動作感應(yīng)技術(shù)新的革命

　?。?020-02-08）河南鄭州科技市場IT產(chǎn)品配送網(wǎng)-鄭州電腦手機(jī)測評中心

　　一、 一手掌握，動作感應(yīng)風(fēng)起云涌

　　作為動作感應(yīng)技術(shù)的鼻祖，任天堂Wii為游戲軟硬件技術(shù)帶來了新的革命，其遙控器的控制系統(tǒng)采用藍(lán)牙技術(shù)和主機(jī)相連，內(nèi)部帶有動態(tài)感應(yīng)功能，可以偵測到控制器的方位變化，結(jié)合控制器上的其他按鍵從而實(shí)現(xiàn)Wii的獨(dú)特操控方式。

　　在任天堂Wii取得成功之后，無論是手機(jī)廠商還是PC廠商對該技術(shù)的關(guān)注度皆大大提高，并紛紛推出了一些各具特色的技術(shù)，例如iPhone手機(jī)具備的動作感應(yīng)器技術(shù)。而隨著類似技術(shù)的普及應(yīng)用，很多手機(jī)都已具備可通過調(diào)整手機(jī)的機(jī)身水平垂直位置來切換圖片顯示方式等簡單的動作感應(yīng)技術(shù)。

　　而在PC領(lǐng)域，一些前沿廠商也紛紛研發(fā)應(yīng)用這類技術(shù)。例如華碩、宏碁、聯(lián)想、惠普等廠商都在其產(chǎn)品中嘗試應(yīng)用這樣的動作感應(yīng)“手柄”。以華碩推出的Eee Stick動作感應(yīng)控制器為例，其Eee Stick是一款可較完美實(shí)現(xiàn)手部動作控制電腦操控的外接設(shè)備，它的無線接入的模式讓使用者在玩游戲的時(shí)候享受完全的行動自由，其具備運(yùn)動、指向和傾斜三種模式，使得該設(shè)備可適用于幾乎任何類型的游戲。可作為一個(gè)3D鼠標(biāo)使用，具備常用記憶模式，玩家可以調(diào)整控制器的設(shè)置，從而適應(yīng)個(gè)人的游戲風(fēng)格。

　　二、 忘掉鼠標(biāo)，不用手柄也能感應(yīng)

　　以前的動作感應(yīng)技術(shù)與設(shè)備的弊端在于，用戶需要手握手柄，在空中揮舞，才可進(jìn)行虛擬的網(wǎng)球、飛行、賽車等游戲。而隨著SONY和微軟在近期紛紛宣布推出全身動作感應(yīng)操控系統(tǒng)，可完全擺脫手動搖桿限制的技術(shù)，讓很多讀者眼前一亮。

　　SONY這種全新的動作感應(yīng)控制技術(shù)無需專用的手柄控制器，而是可以將現(xiàn)實(shí)生活中的任何物體拿來控制游戲，如咖啡杯、書本等任何物體都能成為控制器使用。玩家只需手持物體在攝像頭前轉(zhuǎn)動，攝像頭就會自動掃描并將物體的形狀以及動作數(shù)據(jù)保存下來。

　　三、 無拘無束，Natal技術(shù)“探秘”

　　而微軟的技術(shù)比SONY的更先進(jìn)一步，其推出針對XBOX 360游戲機(jī)的Project Natal（納塔爾計(jì)劃）就是一套全身動作感應(yīng)操控系統(tǒng)，能夠讓玩家透過攝影頭捕捉身體的動作，進(jìn)而將數(shù)據(jù)傳進(jìn)XBOX里面處理，轉(zhuǎn)換成輸入指令，操控者就可以操作屏幕當(dāng)中的窗口進(jìn)行游戲。使用該系統(tǒng)進(jìn)行游戲的玩家可完全擺脫手動搖桿的限制，以身體動作及話語來控制游戲。

　　Project Natal究竟是如何實(shí)現(xiàn)全身動作感應(yīng)操控的呢？Project Natal系統(tǒng)由RGB攝像頭、深度傳感器、多陣列麥克風(fēng)以及運(yùn)行特定軟件的可定制芯片組成。

　　《一》、深度傳感器

　　深度傳感器也是Project Natal的核心組成部分。Project Natal擁有一個(gè)配備了單色CMOS傳感器的紅外投影儀，允許Project Natal在任何光照條件下識別房間內(nèi)的3D空間（而不是將房間作為一個(gè)2D圖像來識別）。

　　其原理由于微軟技術(shù)保密的原因沒有透露，但我們可以通過3D掃描儀的原理來推敲其實(shí)現(xiàn)過程。大家知道，平面掃描儀的目的是識別和記錄一個(gè)平面上的黑白或彩色的圖案，建立一個(gè)平面坐標(biāo)系，將這些圖案以點(diǎn)陣方式排列在其中，輸出或記錄。而3D掃描儀是一種結(jié)合結(jié)構(gòu)光技術(shù)、相位測量技術(shù)、計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的復(fù)合3D非接觸式測量技術(shù)，其是對一個(gè)空間物體的表面實(shí)行掃描，一般只識別記錄物體表面的形狀而不管其表面的顏色圖案等，從而能建立一個(gè)3D立體坐標(biāo)系，把對象物體表面各部分的點(diǎn)排列在這個(gè)坐標(biāo)系里，輸出或記錄，從而能更精確的實(shí)現(xiàn)運(yùn)動攝像互動操控。

　　而微軟的該深度傳感器系統(tǒng)則可能利用匹配技術(shù)、三角形測量原理，較精準(zhǔn)解算出由RGB攝像機(jī)公共視區(qū)內(nèi)像素點(diǎn)傳回的3D坐標(biāo)及“動作表情”。

　　《二》、RGB攝像頭

　　微軟首先收購了3DV公司的ZCam攝像系統(tǒng)，ZCam系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)視頻游戲、網(wǎng)頁的操控，微軟將這種源自PC方面的技術(shù)更進(jìn)一步深化，設(shè)計(jì)出RGB攝像頭來捕捉玩家的動作。

　　從技術(shù)原理上來看，目前實(shí)現(xiàn)三維數(shù)據(jù)的采集方式主要有三種方式：一是接觸式，如三坐標(biāo)測量；二是非接觸式，如結(jié)構(gòu)光法、激光三角法等；三是逐層掃描方法，如CT法和核磁共振法、自動斷層掃描法等。ZCam的技術(shù)屬于非接觸式，與普通的只能記錄2D平面影像的攝像頭不同，Zcam攝影頭的技術(shù)獨(dú)特之處其是一個(gè)3D感應(yīng)攝像頭，其鏡頭旁邊有一圈LED光源，會發(fā)射光波，其攝像頭能偵測短暫時(shí)間片中的光脈沖變化以定位目標(biāo)的位置和動作，其原理類似傳統(tǒng)的雷達(dá)系統(tǒng)，不過以光波替代了無線電波，所以該技術(shù)能較精準(zhǔn)的感受3D立體空間的相對位置變化。而且Zcam能及時(shí)計(jì)算每秒60fps的體感運(yùn)算，不需要依賴主機(jī)的輔助，所以能讓游戲主機(jī)專心計(jì)算畫面效果，體感部分由攝影機(jī)來負(fù)責(zé)，這也是它的獨(dú)到之處。

　　而RGB攝像頭正是基于這樣的原理，且一個(gè)RGB攝像頭由三根不同的線纜分別傳輸三個(gè)基本彩色成分，用三個(gè)獨(dú)立的CCD傳感器來獲取三種彩色信號，能采集更精確的彩色圖像與3D圖像。通過RGB攝像頭可以更清楚地辨別反射回的動作及表情，所以對于Project Natal來說，通過RGB攝像頭就可清楚地識別出操控者臉部乃至各種手勢的動作，從而讓深度傳感器能更好的進(jìn)行識別。

　　《三》．多陣列麥克風(fēng)

　　Project Natal內(nèi)置一個(gè)多陣列麥克風(fēng)，通過聲音來識別語音，并過濾環(huán)境噪音。為什么新一代動作感應(yīng)系統(tǒng)不采用普通的單麥克風(fēng)或雙麥克風(fēng)來去除噪聲呢？這是因?yàn)橛捎趯?shí)際環(huán)境噪聲的復(fù)雜性，這兩種系統(tǒng)均不能達(dá)到滿意的消噪要求。

　　從技術(shù)原理上來看，陣列信號處理采用廣義旁瓣對消思想，能夠點(diǎn)對點(diǎn)的從聲源位置獲取較高品質(zhì)的語音信號，同時(shí)抑制其他說話人的聲音及環(huán)境噪聲，具有很好的空間選擇性。陣列麥克風(fēng)通過對拾取的多路語音信號進(jìn)行分析與處理，使陣列形成的波束主瓣對準(zhǔn)目標(biāo)，“零點(diǎn)”指向干擾源以抑制干擾信號，從而盡可能地獲取目標(biāo)語音。其中波束方向及波束主瓣寬度與麥克風(fēng)的間距、數(shù)目、擺放位置、聲源入射角及采樣頻率緊密相關(guān)。而波束的形成不僅可消除使用單個(gè)麥克風(fēng)時(shí)需人工調(diào)節(jié)麥克風(fēng)指向性問題，而且可以使輸出語音的信噪比大幅度提高，獲得高質(zhì)量的語音。

　　陣列麥克風(fēng)早已被廣泛應(yīng)用于機(jī)器人語音識別領(lǐng)域，而應(yīng)用于PC、游戲機(jī)、游戲領(lǐng)域應(yīng)是水到渠成，其能更精確的實(shí)現(xiàn)語音定位，通過陣列麥克風(fēng)語音增強(qiáng)與語音識別相結(jié)合能更精確地“理解”指令，讓未來的游戲機(jī)、PC成為真正全方位的人機(jī)交互娛樂系統(tǒng)。除此而外，定制芯片和定制軟件也是該系統(tǒng)的核心。據(jù)微軟介紹，定制芯片（運(yùn)行有微軟專利軟件層）這一專利軟件層“使得一切Project Natal的魔法得以成真，讓Project Natal與目前市場上的任何其他技術(shù)都卓而不凡”。并且，隨著微軟及其他公司對這方面軟硬件技術(shù)研發(fā)的不斷深入，未來的游戲乃至影視將可能全面進(jìn)入“真人扮演”時(shí)代，這完全有可能讓您為此沉醉并欲罷不能。

　　微軟已明確表示，Project Natal系統(tǒng)將成為XBOX游戲機(jī)和PC的佳選，“XBOX和Windows兩個(gè)部門的技術(shù)人員都在進(jìn)行相應(yīng)技術(shù)測試”。而Project Natal系統(tǒng)一旦投入實(shí)用化，并不斷完善，其將為未來的游戲世界、PC操控方式、娛樂方式、健身方式、硬件技術(shù)帶來革命性的變化。Wii及其他動感控制技術(shù)的局限在于僅能用手控制，而Natal則讓你的身體無所不為，無論是手、腳、軀體、頭、口……“全身運(yùn)動，齊身游戲，身臨其境”將成為更真實(shí)的可能。

　　當(dāng)然，Project Natal系統(tǒng)要想全面實(shí)用化，無論在相關(guān)軟硬件上，還是游戲、影視支持上，都還有較長的路走。而且即使Project Natal成功，也不代表手持式動作感應(yīng)技術(shù)的滅亡，這技術(shù)仍將在便攜設(shè)備等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。并且影響一種新技術(shù)普及度的因素除了性能，還有成本和價(jià)格因素。當(dāng)然，隨著Project Natal的初露鋒芒，相信包含任天堂、SONY在內(nèi)的游戲公司，相關(guān)PC廠商、游戲廠商都會逐步加大對類似技術(shù)的研發(fā)力度，未來的動作感應(yīng)技術(shù)必將因此更多彩。而近期，微軟和SONY也正式宣布?xì)⑷雱幼鞲袘?yīng)這一體驗(yàn)領(lǐng)域。微軟在E3上推出的名為Natal的全新動作感應(yīng)游戲形式令業(yè)界興奮，因?yàn)樵摲绞接脩舨恍栌螒蚴直?，只需通過機(jī)器附帶的攝像頭、深度傳感器、麥克風(fēng)等設(shè)備，就能將用戶的舉手投足一一感知，從而實(shí)現(xiàn)全新的無手柄動作感應(yīng)與操控體驗(yàn)。

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