【手勢交互】3. Leap Motion

美國 http://www.leapmotion.com/

 

Leap Motion是一種3D動作控制系統,其創始人在讀書期間發現傳統的鼠標對於3D軟件的控制極爲不方便,因此迸發出要設計一套全新的動作控制系統來自由的控制電腦軟件。20125月,Leap Motion推出的3D動作控制系統完全突破了以前3D控制的概念,爲未來的3D交互打開了無限的想象空間,可以在電腦裏進行3D手繪、三維模型設計、遊戲控制等。這個被稱作Leap的技術能讓人通過手指直接控制電腦,包括圖片縮放、移動、旋轉、指令操作、精準控制、隔空書寫等。

 

Leap motion控制器由2個帶廣角鏡頭的高幀率灰度攝像頭、3個紅外LED燈,1USB3.0芯片(CYUSB3014,具有強大的數據處理與數據傳輸能力)組成。控制器通過USB接口與PC設備相連接,在PC上運行一套算法,快速的識別控制器場景內的手部運動。Leap motion和手之間不能有不透明物體,在明亮的地方使用效果更好。支持Win7/win8Mac,目前還未支持Android

 

採用主動式紅外照明是夜視監控攝像頭常用的一種方式,通過這種方式可以在極低光照的環境中採集到視頻內容。它的基本原理和黑夜裏用手電筒照明一樣,紅外燈發出紅外線照射物體,紅外線反射,被監控攝像頭接收,形成視頻圖像。只是紅外線不被人眼感知,人眼看不到它的光線,而攝像頭的波長感應範圍比人眼寬泛,它可以感受並記錄下紅外光。Leap Motion也採用常用的850nm紅外線做爲照明光源。

 

反射紅外光通過Leap Motion設備頂層的一個紅外濾波片後進入攝像頭。這個紅外濾波片,使紅外光可以通過,而大部分其他可見光則會被吸收掉,相當於對攝像頭所採集的數據進行了初步處理,簡化了後期運算複雜度。

 

Leap Motion的反射紅外光線使用兩個帶廣角鏡頭的攝像頭接收。廣角鏡頭是爲了讓可識別的手勢控制區域儘可能大,Leap Motion宣稱的視覺範圍爲150度,構成60x60x60cm8立體英尺的錐形檢測空間,也有人測試說在前後的Z軸方向,範圍並沒有宣稱的那麼大。Leap Motion最佳使用高度爲20釐米,在此空間內的全部10個手指都可以被實時檢測到,精度高達1/100毫米。但因爲廣角,圖像邊緣有很大的桶形畸變。

 

雙個攝像頭是爲了通過計算機視覺的算法(一般是三角測距法)獲得手部的三維數據。灰度攝像頭是爲了進一步減少運算數據量,提高算法速度。Leap Motion控制器採集到的數據格式爲640x240,每像素1字節,每秒最高可達200幀,一般用60幀每秒的幀率。這些數據通過USB3.0傳輸到PC上,由PC上的軟件處理得到相應的手部姿態,由連續多幀的手部姿態來確定一個手部動作,完成人手和電腦的交互。

 

Leap Motion的核心競爭力就是PC上那部分處理算法。這套算法即有效(最小識別動作範圍0.01毫米)又低複雜度(對PCCPU佔有率在2%左右,不會對PC其他操作造成影響)。

 

 

Leap Motion結構


與此同時,Leap Motion的開發平臺也處於不斷完善之中,現在已經發布了SDK2.1版,全面支持JavascriptU3DC++PythonObjective-C,在WindowsOSXLinux以及Web端都可以輕鬆地進行編程,最近還發布了Leap Motion for Virtual Reality,開發者們可以結合VRLeap Motion開發出更多更好玩的體感遊戲。

 

Leap Motion的實用性並沒有像他宣傳的那麼神奇。說一下它的缺點。1. 就是累,端坐在電腦前卻要提起手腕,懸空操控Leap Motion實在是太讓人吃力。即使它的功能很炫酷,但是用戶也難長時間(試試擡起手臂30秒)的使用。在一般人的日常生活中也很難找到一種操作方式和他相似,音樂指揮家的工作可能類似。

 

2. 是易用性,Leap Motion的隔空操作,非所見所得,焦點、力度都難以精確,需要一段的適應期來適應它的精度。初次使用Leap Motion的效果並不理想。同時8立方英尺的空間,還是有些侷限,手臂動作幅度過大,超出檢測範圍,就會造成手勢失敗。還有人的手就不是非常不穩定的,偶爾會不自覺的抖動一下,0.01毫米誤差的Leap Motion會把這些抖動都認爲是人爲主動位移。Leap Motion貌似需要在某些應用場景下降低一些精度,而保證人手動作的連續性。

 

3. 是目標丟失的問題,在用戶移動手臂的時候,屏幕上的虛擬手會不時地消失再出現。用戶的手腕偶爾會抽搐一下,即使是緩慢的翻掌動作也會引起許多探測上的錯誤。用戶握拳的時候,也常會識別錯誤。這些問題是PC機上算法的問題,需要進一步的調優改進。

 

4. 是干擾問題,Leap Motion的的攝像頭是自下朝上的。因此如果室內房頂的燈光正對控制器,將會對Leap Motion產生一些干擾,造成檢測不穩定,手指漏檢測等現象。

 

總的來說,Leap Motion是一款革命性的產品,它讓人機交互領域朝着更加自然的方向邁了一步。

 

Leap motion由寧波舜宇代工,20148月登陸中國市場,中文名爲“厲動”,在京東的售價爲688元人民幣。

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