体感技术：让机器看懂你的手势

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体感技术：让机器看懂你的手势

2014-06-04 13:20:57   今日中国
来源：今日中国   作者： 马 迪   

托尼·斯塔克站在自家豪华的实验室里，潇洒地挥动双手，面前的数字3D模型随着他的手势上下翻飞，很快，一件新装备设计完成……在电影《钢铁侠》里，钢铁侠挥挥手就能将奇思妙想变成实物，让人非常羡慕。最早能够识别人类手势的计算机，出现于20世纪70年代，最终，以鼠标为代表的辅助工具成功占领市场，移动、拖拽、单击、双击之类的动作显然比输入Dos指令方便得多。然而计算机仍然不理解我们的大多数手势和身体语言。记得我第一次教我爸爸使用鼠标时，指点他“往左”“往右”都没问题，但我说“往上”的时候，他直接把鼠标提了起来……似乎有点傻，但这个反应是人的天性使然。为了让计算机明白我们的意图，我们把本能的身体运动压缩到了二维的鼠标垫或者触摸屏上，却忽略了这种方式对人的束缚。是时候改变一下了。

惯性感测

突破平面的束缚，直接使用肢体动作与设备或环境互动，这就是近几年兴起的体感技术。依照感测方式与原理的不同，主要可分为惯性感测、光学感测两大类。


率先登场的是惯性感测中的一对“好基友”——加速计和陀螺仪。加速计也叫重力感应器，实际上可以感知任意方向上的加速度；陀螺仪又名地感器，能够测量设备运动与垂直轴之间的夹角，并计算角速度。简而言之，加速计主要测量线性受力，陀螺仪则更多关注角度和旋转，两者配合可以跟踪和捕捉设备在三维空间的完整运动。

最早出现的成功案例就是很多人都玩过的Wii游戏机手柄了。Wii可以精确检测到手柄在立体空间中的移动、加速和倾斜，让玩家亲身获得网球、击剑、钓鱼、射击等运动游戏的乐趣，甚至还有健身效果。这种操作非常自然，简单易用，可以凭直觉快速反应，比鼠标操作更加灵活，也更有趣。

基于传感器的手势识别技术不仅限于游戏。苹果公司于2007年在iPhone中增加了加速计，在2010年增加了陀螺仪。随后，谷歌在Android操作系统中增加了诸如倾斜、旋转、插入和切削等动作。现在，许多手势（如摇动－撤消、提起－接听、反面朝下-断开连接）已经成为标准的智能手机功能。

光学感测

自从在任天堂2006年发布Wii之后，竞争对手们都开发出了各自的动作识别和处理技术。这之中，微软Xbox的Kinect体感技术是一项突破。广告语“你，就是遥控器”一语道破它的优势：用户不再需要游戏手柄，而是可以随心所欲地用自己的身体来控制游戏。

Kinect技术主要基于摄像头设备：它就像一只蝙蝠，用红外投射器向外发出红外结构光，用红外感应器来接收反馈。光照到不同距离的地方，反射强度会不一样。

这样，Kinect就知道了面前多种物体的深度信息，并根据深度不同得到很多切面图像。下一步就是对不同切面的图像进行分析，找出和人体相似的轮廓，识别出头、躯干、手和腿，并根据身高进一步判断出膝盖、手掌等位置。最后把这些位置数据绑定到一个虚拟的骨骼上面，这样就完成了真人到虚拟人的映射。2010年，也就是Xbox发布然后大卖的那一年，有一家名为Leap的小公司悄悄成立，3年后他们推出了一款简单得多、便宜得多，被许多人寄予了厚望的设备：Leap Motion。这种售价80美元的盒子可以插接到大多数计算机上，追踪极为精细的手部和手指运动。用户不需要碰触任何介质就能用手势直接控制电脑，包括图片缩放、移动、旋转、指令操作、精准控制、隔空书写等。

实际上，Kinect 更侧重于肢体的整体运动，能够将身体的运动生成模型并输出，主要用于增强现实领域；Leap Motion则定位更偏向于“桌面”操作，主要功能是识别高精度、低延迟的手指运动。可以说，Leap Motion的野心是取代鼠标，甚至取代触摸屏。

举手之劳

许多人看好Leap Motion有替代触控的潜力，相信高精度手势探测的作用范围用不了多久就会扩展到整个房间。

但一些研究工作表明这并非易事。制约手势发展的因素之一正是我们自己。这些动作必须是人们容易做到，但在日常沟通中又并不使用的手势——否则他们有可能在无意中触发什么命令。另外，在以触摸屏为媒介的人机交互发展之初，研究者发现了一种名为“大猩猩臂”的病痛——因为长时间挥舞手臂而感到的沉重和酸痛。另外，在某些场合在空中狂乱地挥舞双手显得太傻了，由此看来，轻微的动作很可能会成为主流。可以肯定的是，人们能记住的手势数量是有限的，基本手势的数量一旦超过个位数，反而会让人混乱和无所适从。应对这个问题的方法之一是让人们定义他们自己的手势——自选动作比规定动作更容易记住。

在现有图形界面大都是2D的条件下，逐渐流行起来的体感技术并不会立即取代键盘和鼠标，而是会逐渐被纳入人机交互的语言体系当中。写论文？还是用键盘吧。为3D打印机建模或者整理文件？挥动双手或许更合适。体感技术真正的影响或许在于，我们终于不必再迎合机器——让机器去猜我们想做什么吧！