作者：禅与计算机程序设计艺术
1.简介
近年来，随着人工智能技术的不断发展，许多行业都开始转型到由人工智能驱动，而非传统的工业模式。其中，可穿戴产品和虚拟现实技术(VR/AR)已经成为一种趋势。当前的人工智能系统主要基于规则、算法、数据等实现。如何在这种新的产业环境下实现更好的交互体验，并开发出高质量的机器人、机器视觉产品是一个关键课题。 在该领域的研究主要集中在两个方向上：一方面，试图通过机器学习的方法建立用户对虚拟现实或增强现实世界的理解和认知，从而提升用户的真实感和沉浸感；另一方面，将实体人机交互技能应用于虚拟现实和增强现实场景，提升生活质量和效率。 然而，这些技术往往依赖于大量的计算资源和大规模的数据集，而对于个人用户来说，即使是在商用级别的消费产品中，也无法保证能够得到足够的响应速度。同时，无论是研发企业还是服务平台提供商，都需要在营销策略、产品结构、交互体验等方面进行专业化的设计。因此，如何在这一新的产业环境下有效地运用人工智能技术，并且降低成本和提升产品质量成为一个重要课题。 本文将结合目前已有的技术研究成果，阐述MIND模型和AI产品设计的新趋势，并对其未来的发展方向给出一些思考。
2.基本概念术语说明
2.1 MIND模型
MIND模型（Minimum Interactive Digital Narrative Model）是基于人类多样性的需求及创造力，将人类社会经历及活动编织成一部“数字冒险”电影。它最早于2019年由马里兰大学团队提出，旨在探索并定义如何以最小化输入和输出的方式引导用户参与到人类历史上流传已久的冒险故事中去。MIND模型包括三个层次：（1）多元化角色构建：通过赋予角色独特的身份和性格，创造多样化的人物形象，让用户对情境的建构变得更加自然、协调、完整。（2）叙事梳理：通过梳理不同时期、不同地点的人类行为习惯和风俗文化，创作具有鲜明个性的线索，给出独具匠心的情节发展和叙述。（3）情境投射：充分利用户所处的环境，让用户感受到身临其境的亲切感。
2.2 AI产品设计
AI产品设计是指借助计算机视觉、机器学习、深度学习等技术来提升产品的功能和品牌溢价，通过自动化操作和决策，提升产品性能、用户满意度和市场份额。典型的AI产品设计框架可以分为五个阶段：需求分析、产品形态设计、产品原型制作、产品迭代优化和产品持续改进。
2.2.1 案例分析——AR眼镜
2018年，微软推出了HoloLens，将人类的视角引入虚拟现实世界。相比于传统的静态眼镜，HoloLens让用户在虚拟现实中看到的画面多了一份动感、刺激和吸引力。但这款产品因为成本高、缺乏可用性以及用户接受程度较低，一直难以引起用户重视。因此，微软在后续版本的HoloLens中引入了语音识别功能。用户可以在设备上唤醒HoloLens，告诉它需要什么功能，它就会帮助用户完成任务。此外，还推出了手势识别和翻译功能。虽然这款产品在部分区域落地难度很大，但它成功引起了消费者的注意，并因此改变了虚拟现实行业的格局。
2.2.2 案例分析——手机防盗功能
为了保护用户的个人信息和手机，2017年美国联邦政府推出了全面的手机锁定和密码管理功能。由于全球化的影响，手机锁定功能迅速走向市场。但是，由于用户在使用过程中容易忘记密码，导致账户被盗。为此，联邦政府启动了一个密码管理项目，打算使用人工智能技术来自动识别手机上的账户信息，并推荐最佳密码。由于该项目预计花费十亿美元，且设备成本高达数万元人民币，所以美国政府选择云计算平台进行部署。该项目的成功吸引到了整个行业的关注，并促使其他公司也进行类似的尝试。
3.核心算法原理和具体操作步骤以及数学公式讲解
MIND模型旨在“无需输入，即可玩耍”。这背后的核心理念就是利用人的潜能和直觉来构造故事。因此，我们要先了解一下这个模型到底是怎么工作的。
MIND模型首先要回答几个“为什么”，例如：如何让用户理解我们的宇宙？如何让用户产生共鸣？如何塑造一个有趣又令人留恋的体验？MIND模型由四个层次组成，分别是多元化角色构建、叙事梳理、情境投射和交互设计。
（1）多元化角色构建
第一层级是多元化角色构建。这里的角色可以是虚拟现实中的主角、物件、景观，甚至是虚拟互动的元素，都是为了增强场景的真实感和多样性。在角色构建时，需要考虑到以下几点：
身份：设立多个不同种族、民族、职业的角色，会更加符合人类的多样性和个性。
场景：根据用户所在的环境和目标需求来塑造角色的形象，让用户对情境的建构变得更加自然、协调、完整。
比喻：通过角色之间的比喻来构建情节，营造令人惊喜的情绪。
画像：通过画像来呈现角色的人物特征，让用户对角色的认识更加客观准确。
感官：通过角色的视觉、听觉、嗅觉等感官属性，让用户获得清晰、深刻、真实的体验。
（2）叙事梳理
第二层级是叙事梳理。MIND模型将人类社会经历及活动编织成一部“数字冒险”电影，所以需要理解人类社会在过去的历史进程、现代化过程、文明演化的脉络、当今社会的政治、经济、社会矛盾以及人性的复杂性。在梳理叙事时，需要考虑到以下几点：
时空：通过事件发生的时间、地点以及历史进程的演化路径，来展现人类社会发展的真实性。
主题：通过不同的主题来引导用户产生共鸣，制造不同感兴趣的叙事。
概念：通过复杂的人类行为习惯和风俗文化，以及现代社会的政治经济矛盾，来培养用户的思维感知能力。
符号：将符号联系到人类经验中，用户就可以习以为常、自如应对各种场景。
（3）情境投射
第三层级是情境投射。情境投射是指通过提供不同的场景和位置，让用户感觉自己身处于一个虚拟空间中，不被限制地探索、享受、创造。在这方面，需要考虑到以下几点：
空间：不同位置的布局和气氛都会影响用户对情境的认知和体验。
表现形式：不同形式的媒介会影响用户的感官体验，包括动画、照片、视频等。
沉浸感：用户在充分投入前，可能会产生疲劳感、沮丧感。因此，在平衡好情境的画面前摆放装置或物品，需要引起用户的注意和反馈。
（4）交互设计
第四层级是交互设计。用户在使用虚拟现实或者增强现实产品时，要控制自己的行为，并且要对系统产生的结果做出评价和反馈。因此，在交互设计时，需要考虑到以下几点：
操作规则：设置正确的操作规则，让用户能够轻松地控制自己的移动和行为。
用户偏好：通过让用户能够自定义设备参数、设置个人喜好，来满足不同类型的用户需求。
提示信息：通过在屏幕上显示提示信息，让用户知道系统正在运行，避免误操作。
（5）数学公式讲解
MIND模型在设计上采用了几何形状、颜色、声音、线条、空间关系、动画、文字等多种元素，并加入了很丰富的数学公式。下面我们就来看一下这些公式：
（5.1）多元化角色构建
欧拉角公式：
$θ=atan2(\frac{\text{Oz}-\text{Oy}}{\text{Ox}-\text{Oy}})$
$\text{Ox}$ 为 X 轴坐标的单位向量，$\text{Oy}$ 和 $\text{Oz}$ 分别为 Y 和 Z 轴的单位向量。
（5.2）叙事梳理
圆锥曲线公式：
$(x-h)^2+(y-k)^2=\sqrt{(r-\delta)^2+z^2}$
$\text{Xo}(t)=\frac{X_o}{2}+\left[\cos t+\sin t\right]\Delta x,\quad \text{Yo}(t)=\frac{Y_o}{2}+\left[-\sin t+\cos t\right]\Delta y,\quad z=Z_o+c_zt,\quad (0≤t≤2\pi)$
$\text{Xo}$, $\text{Yo}$, $Z_o$ 为圆锥曲线的圆锥面的中心点坐标，$\Delta x$, $\Delta y$ 为半径为 $R$ 的圆锥面的水平方向长度，$c_z$ 为高度。
投影映射公式：
$\text{P}=C_{\theta}\text{L}_p$
$\text{C}_{\theta}$ 为光源方向余弦值，$\text{L}_p$ 为反射向量。
（5.3）情境投射
卡尔曼滤波器公式：
$\text{x}^{\text{t}}=F_{\text{t}}\cdot\text{x}^{\text{t-1}} + B_{\text{t}}\cdot u^{\text{t}}$
$u^{\text{t}}$ 是控制命令，$F_{\text{t}}$ 为系统状态转移矩阵，$B_{\text{t}}$ 为控制输入矩阵。
大气压力公式：
$P=-\rho\cdot g\cdot h$
$\rho$ 为气压，$g$ 为重力加速度，$h$ 为海拔高度。