重力監(jiān)控，走出體感的第一步
　　
　　手，是人類各種創(chuàng)造性活動(dòng)的天然工具，而自古以來手勢(shì)就是一套特定的語言系統(tǒng)，在人的交流中發(fā)揮著重要的作用。不過要單純的電腦識(shí)別一個(gè)看似簡(jiǎn)單動(dòng)作卻是一個(gè)很復(fù)雜的過程。體感控制技術(shù)的工作就是讓電腦要能在這些眾多可能性中識(shí)別動(dòng)作的 終含義——讓電腦理解你！
　　
　　那么怎么才能做到這一點(diǎn)呢？我們都知道，一個(gè)初生嬰兒很難區(qū)分出一個(gè)手語的含義，但我們通過多年的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練可以在幾分之一秒內(nèi)做到。而體感控制技術(shù)也以類似的方法被創(chuàng)造出來，陀螺儀就是其中技術(shù)關(guān)鍵的突破點(diǎn)，它觀察身邊的世界，注意你的動(dòng)作變化。借助重力監(jiān)控，讓系統(tǒng)來通過手勢(shì)的“力度”識(shí)別手語：借助“加速度計(jì)-陀螺儀”組合，再通過測(cè)量設(shè)備的位移變化結(jié)合軟件實(shí)現(xiàn)指令操作。
　　
　　如wii remote手柄、一些支持體感操作的電視遙控器、智能手機(jī)就是采用這種方式來讀懂你的手語。不過，這種手勢(shì)輸入控制方式只能提供簡(jiǎn)單的指令操作，嚴(yán)格來說并不是人機(jī)交互范疇—一因?yàn)橄到y(tǒng)只會(huì)進(jìn)行簡(jiǎn)單“識(shí)別”而不是“思考”。這時(shí)以微軟kinect為代表的新一代手勢(shì)控制方式的出現(xiàn)向傳統(tǒng)智慧提出了挑戰(zhàn)——從感應(yīng)向感觀方向過渡。
　　
　　結(jié)構(gòu)光模式，讓體感系統(tǒng)長(zhǎng)眼睛
　　
　　直接讓電腦“看見”手勢(shì)無疑是 直接的指令控制方式。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)一直在努力向堪比人類大腦的智能方向發(fā)展，以更好地了解場(chǎng)景，因?yàn)槿绻荒芙忉屩車氖澜纾?jì)算機(jī)就無法與人實(shí)現(xiàn)自然交流對(duì)接。不過讓電腦看見很容易，但如何感受到動(dòng)作的意思就相對(duì)復(fù)雜得多。人眼能看到3d對(duì)象，能自然識(shí)別(x，v，z)坐標(biāo)軸，從而能夠看到一切事物，而大腦能夠以3d影像的形式表達(dá)這些坐標(biāo)軸。機(jī)器無法獲得3d視覺的一大挑戰(zhàn)就是第三坐標(biāo)——z軸坐標(biāo)的獲取。
　　
　　針對(duì)這個(gè)問題，開發(fā)人員開發(fā)出了結(jié)構(gòu)光模式用來測(cè)量或掃描3d對(duì)象，讓電腦像人一樣擁有3d視覺。在該類系統(tǒng)中，可在整個(gè)對(duì)象上照射結(jié)構(gòu)光模式，光模式可使用激光照明干擾創(chuàng)建，也可使用投影影像創(chuàng)建。一旦系統(tǒng)捕捉到操作者的肢體動(dòng)作，就會(huì)進(jìn)行分析與比較，一旦與設(shè)定的動(dòng)作相一致，就執(zhí)行已設(shè)定的操作。不過結(jié)構(gòu)光模式的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高的缺點(diǎn)讓它難以在消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)普及，后來開發(fā)人員在這基礎(chǔ)上推出了成本更低的“light coding”掃描模式。
　　
　　light coding，顧名思義就是用光源照明給需要測(cè)量的空間編上碼，說到底還是結(jié)構(gòu)光技術(shù)。但與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)光方法不同的是，他的光源打出去的并不是一副周期性變化的二維的圖像編碼，而是一個(gè)具有三維縱深的“體編碼”。這種光源叫做激光散斑(laserspeckle)，是當(dāng)激光照射到粗糙物體或穿透毛玻璃后形成的隨機(jī)衍射斑點(diǎn)。這些散斑具有高度的隨機(jī)性，而且會(huì)隨著距離的不同變換圖案，這樣識(shí)別設(shè)備就可以輕易判定出圖像中哪部分才是移動(dòng)物體，并進(jìn)行分析與比較。
　　
　　kinect引出的人機(jī)交互方式
　　
　　微軟正是在light coding這種技術(shù)基礎(chǔ)上，推出了基于xbox360游戲主機(jī)的體感設(shè)備——kinect。
　　
　　為了教會(huì)kinect辨識(shí)，微軟專門開發(fā)了一個(gè)復(fù)雜的人工智能系統(tǒng)：數(shù)以tb計(jì)的數(shù)據(jù)被輸入到集群系統(tǒng)中來教會(huì)kinect以像素級(jí)技術(shù)來辨認(rèn)手、腳以及它看到的其他身體部位。kinect會(huì)評(píng)估模型輸出的每一個(gè)可能的像素來確定關(guān)節(jié)點(diǎn)，通過這種方式kinect能夠基于充分的信息 準(zhǔn)確地評(píng)估人體實(shí)際所處位置，然后利用對(duì)用戶動(dòng)作的 佳推測(cè)來作出相應(yīng)操作。
　　
　　目前微軟正在努力重塑現(xiàn)有計(jì)算機(jī)上的人機(jī)交互方式，其中的一個(gè)目標(biāo)是把kinect該款成功的游戲外設(shè)部署在他們無所不在的視窗操作系統(tǒng)上面，微軟稱為“kinect for windows”。
　　
　　不過，基于light coding技術(shù)仍無法完全擺脫固有的缺點(diǎn)——受攝像頭及設(shè)備性能的制約，分辨率和精度都不太理想，如kinect的識(shí)別精度在4mm左右、分辨率在160×120像素～640×480像素之間，這就要求使用者在控制時(shí)需要有較大的動(dòng)作幅度。這時(shí)時(shí)差測(cè)距傳感器技術(shù)(tof)的出現(xiàn)，為體感控制的發(fā)展提供了新的思路。
　　
　　tof傳感，體感控制的第六感官
　　
　　時(shí)差測(cè)距傳感器系統(tǒng)是一種光雷達(dá)(lidar)系統(tǒng)，同樣可從發(fā)射極向?qū)ο蟀l(fā)射光脈沖。接收器則可通過計(jì)算光脈沖從發(fā)射器到對(duì)象，再以像素格式返回到接收器的運(yùn)行時(shí)間來確定被測(cè)量對(duì)象的距離，并通過相應(yīng)運(yùn)算來獲得整個(gè)場(chǎng)景，確定3d范圍影像。這種不用“看”就能知道手語的方式，似乎讓電腦等設(shè)備擁了的第六感觀，更為神奇。
　　
　　近期受大家關(guān)注的leapmotion leap3d手控設(shè)備就采用tof系統(tǒng)。該產(chǎn)品內(nèi)置cmos傳感器和紅外線led，利用cmos傳感器捕捉物體反射的紅外線來實(shí)現(xiàn)動(dòng)作檢測(cè)：led光掃描系統(tǒng)，就像是超市的掃描槍一樣，形成一個(gè)光線網(wǎng)，一旦光網(wǎng)內(nèi)的手指移動(dòng)就會(huì)引起紅外線反射，leap3d探知手指所在位置和移動(dòng)方向的同時(shí)，利用雙攝像頭進(jìn)行立體拍攝，這就可以對(duì)紅外區(qū)域探知的移動(dòng)進(jìn)行重點(diǎn)分析和檢測(cè)出三維動(dòng)作。tof系統(tǒng)除了可以光波掃描外，聲波也是其中一個(gè)采樣方式。微軟研究院聯(lián)合華盛頓大學(xué)研發(fā)的“soundwave”系統(tǒng)就是利用聲波代替光波來實(shí)現(xiàn)手勢(shì)識(shí)別的。
　　
　　相對(duì)于kinect這類采用結(jié)構(gòu)光技術(shù)方案，tof系統(tǒng)軟件復(fù)雜程度通常較低，很容易利用已有的、已經(jīng)商品化的硬件將電腦變成手勢(shì)識(shí)別接口。不過這種控制方式也存在一個(gè)缺點(diǎn)，那就是手勢(shì)操控距離較短，如leapmotion的leap只有在50厘米以內(nèi)才能夠?qū)崿F(xiàn)手勢(shì)操控，這就意味著失去了“遠(yuǎn)程手勢(shì)操控”的能力。
　　
　　從市場(chǎng)來看，windows版kinect設(shè)備預(yù)計(jì)將在今年上半年上市，售價(jià)為249美元。如果你認(rèn)為微軟不夠厚道，那么leapmotion所推出的leap 3d或許就是不錯(cuò)的選擇。這臺(tái)小巧的設(shè)備可以感應(yīng)8立方英尺內(nèi)的任何動(dòng)作，甚至可以同時(shí)識(shí)別不同手指間以及鉛筆的差別，即便是0.01毫米的細(xì)微動(dòng)作變化也能被leap捕捉到， 重要的是售價(jià)僅70美元。
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