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加载激光投射器 VR改用手势识别

2016年08月19日 11:43:09 中国传动网

自人类发明了工具以来,与工具之间就需要通过一种方式建立起联系,用手握住工具的把手就是联系的一种。进入电子科技时代,交互的重要性愈加凸显,就好像遥控器之于空调、键盘鼠标之于电脑、游戏手柄之于电视游戏等等,缺少了一个简单有效的交互,工具对于人类也就失去了意义。

随着虚拟现实的崛起,如何寻找到合适的交互技术也成为了从业者们研究的重中之重。

与其他科技产品不同,VR体验强调的是沉浸感,而沉浸感的来源又是与外界的隔绝而造就的,尤其是视觉和听觉的隔绝,使得大脑被欺骗,产生脱离于现实世界的虚拟沉浸感。这就产生了新的问题:看不见自己的身体,尤其是人类交互感知最重要的手和运动最重要的脚,无法与虚拟环境产生交互,在虚拟的世界里变成了一个看客。

通过传统电子设备的交互方式,比如手柄一类的产品,暂时解决交互了的问题,却又使得用户从虚拟世界中被带出,沉浸感大打折扣。

在二维屏幕交互中,几乎所有控制命令都可以抽象为按键动作。但在虚拟现实中,用户希望自然交互,也就是人类在现实世界里怎么跟外界交互,在虚拟世界里我们也希望按照同样的方式交互,沉浸感更高,效率高,学习成本低。

于是,寻找一种全新的、合适的虚拟现实交互形式就成为了一件非常有必要的事情。

一些交互形式到目前为止,虽然各自有各自的优点,但也都存在一定的缺陷。比如眼球追踪,尽管众多公司都在研究眼球追踪技术,但几乎没有一家的解决方案令人满意,都无法提供精准和实时的反馈。或如动作捕捉,市面上的动作捕捉设备只会在特定超重度的场景中使用,而且需要用户花费比较长的时间穿戴和校准才能够使用,而且这种方式的一大痛点是没有反馈,用户很难感觉到自己的操作是有效的。

又如触觉反馈,它无法适应更加广泛的应用场景。对于人类来说,最自然最有效的的交互方式有两个当属动作莫属了,因为即便语言不通,你仍然可以通过动作的比划与他人进行沟通。放在VR里面来说,肢体和手势动作可以用于大部分交互场景,尤其是轻度交互的固定场景还是对于重度交互的移动场景,手势的优势都非常突出。

于是,手部动作识别在已知的交互形式中成为最受欢迎形式。特别是三维手势识别。三维手势识别需要的输入是包含有深度的信息,可以识别各种手型、手势和动作。相比于前两种二维手势识别技术,三维手势识别不能再只使用单个普通摄像头,因为单个普通摄像头无法提供深度信息。要得到深度信息需要特别的硬件,目前世界上主要有3种硬件实现方式,加上新的先进的计算机视觉软件算法就可以实现三维手势识别了。

结构光(StructureLight)

结构光的代表应用产品就是PrimeSense的Kinect一代了。

这种技术的基本原理是,加载一个激光投射器,在激光投射器外面放一个刻有特定图样的光栅,激光通过光栅进行投射成像时会发生折射,从而使得激光最终在物体表面上的落点产生位移。

当物体距离激光投射器比较近的时候,折射而产生的位移就较小;当物体距离较远时,折射而产生的位移也就会相应的变大。这时使用一个摄像头来检测采集投射到物体表面上的图样,通过图样的位移变化,就能用算法计算出物体的位置和深度信息,进而复原整个三维空间。

以Kinect一代的结构光技术来说,因为依赖于激光折射后产生的落点位移,所以在太近的距离上,折射导致的位移尚不明显,使用该技术就不能太精确的计算出深度信息,所以1米到4米是其最佳应用范围。

光飞时间(TimeofFlight)

光飞时间是SoftKinetic公司所采用的技术,该公司为Intel提供带手势识别功能的三维摄像头。同时,这一硬件技术也是微软新一代Kinect所使用的。

这种技术的基本原理是加载一个发光元件,发光元件发出的光子在碰到物体表面后会反射回来。使用一个特别的CMOS传感器来捕捉这些由发光元件发出、又从物体表面反射回来的光子,就能得到光子的飞行时间。根据光子飞行时间进而可以推算出光子飞行的距离,也就得到了物体的深度信息。就计算上而言,光飞时间是三维手势识别中最简单的,不需要任何计算机视觉方面的计算。

PC端VR设备,成本高技术含量高,能够运行重度体验的VR内容,因而对于交互的需求也是重量级别。3D的手势识别用在重度VR交互上才是真正的好钢用到了刀刃上,能够满足用户的重度交互需求,还能够提供较好的反馈和沉浸感。用户置身的三维场景中,要跟三维场景里面的物品进行交互,没有深度信息是不可能做到的。

现在Oculus和HTCVive其实都采用的是手柄的解决方案,但是3D的手势交互其实是一种更自然、更舒服的方式。对于复杂的3D场景,3D的手势交互是不可缺少的,而且更加真实和沉浸式的3D场景体验,才是VR内容的未来。而在重度VR体验内容中,空间的深度信息更为复杂,应用场景的变化也更加多样化,只有3D的手势识别能够较好的满足精度、延迟和沉浸的要求。

至于未来如何发展,历史总是由人民书写的,消费者的选择才是技术方向的选择。

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供稿: 网易

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