體感技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與展望

賈騁 李妍 毛豐

摘 要 文章介紹了體感技術(shù)的基本概念，并基于Kinect設(shè)備說(shuō)明了體感設(shè)備的技術(shù)特征，論述了體感技術(shù)在游戲、教育、醫(yī)療以及其他相關(guān)領(lǐng)域中的應(yīng)用情況，并對(duì)體感技術(shù)的發(fā)展做出展望。

關(guān)鍵詞 體感；現(xiàn)狀；Kinect

中圖分類(lèi)號(hào) TN3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2018）213-0102-02

1 體感技術(shù)及Kinect

體感技術(shù)，作為計(jì)算機(jī)人體識(shí)別技術(shù)代表性產(chǎn)物，解除了人們?cè)诓僮饔?jì)算機(jī)必須使用鍵盤(pán)和鼠標(biāo)等輸入設(shè)備的束縛，使人們可以直接通過(guò)控制自身身體的動(dòng)作，結(jié)合周?chē)沫h(huán)境，通過(guò)特殊的算法來(lái)直接操作計(jì)算機(jī)的技術(shù)，依照體感方式與原理的不同，主要可分為三大類(lèi)：慣性感測(cè)、光學(xué)感測(cè)以及慣性及光學(xué)聯(lián)合感測(cè)。

目前國(guó)外的體感設(shè)備有Kinect、Psmove、Wii、leap motion等。在所有體感設(shè)備中，Kinect是微軟在2009年發(fā)布的XBOX360體感周邊外設(shè)。該設(shè)備擺脫了游戲的單一操作，使人機(jī)交互的理念向前邁出了一大步。設(shè)備采用結(jié)合3D體感攝影機(jī)和麥克風(fēng)輸入為一體，能夠同時(shí)進(jìn)行動(dòng)作偵測(cè)，影像識(shí)別，語(yǔ)音收集等功能。

2 體感技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域

隨著微軟發(fā)布Kinect設(shè)備，各種采用Kinect設(shè)備開(kāi)發(fā)的軟件及應(yīng)用快速進(jìn)入各行各業(yè)，其主要利用Kinect可以擺脫鼠標(biāo)鍵盤(pán)控制的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)快速與計(jì)算機(jī)溝通，減少了溝通障礙，而Kinect的應(yīng)用也遍及各個(gè)領(lǐng)域，主要包括游戲領(lǐng)域、教育領(lǐng)域和醫(yī)療領(lǐng)域等。

2.1 游戲領(lǐng)域

體感游戲的發(fā)展是源于游戲輸入設(shè)備的進(jìn)步，而能夠切合體感技術(shù)的游戲則主要是動(dòng)作游戲中的街機(jī)游戲。Kinect在微軟最早發(fā)布的時(shí)候主要用于游戲的控制，結(jié)合早期體感游戲的概念和技術(shù)基礎(chǔ)。在微軟發(fā)布Kinect時(shí)，同時(shí)推出了包括Lucasarts出品的《星球大戰(zhàn)》、MTV推出的跳舞游戲、寵物游戲、運(yùn)動(dòng)游戲《Kinect Sports》、冒險(xiǎn)游戲《Kinect Adventure》、賽車(chē)游戲《Joyride》等。

除此之外，比較流行的游戲主要有《體感功夫》，可以在更小的空間中使用，并且能夠快速響應(yīng)人物動(dòng)作。使用Kinect攝像頭能夠有效的將玩家的動(dòng)作傳輸?shù)接螒蛑校瑒?chuàng)造出一個(gè)基于玩家的主角進(jìn)行橫版的通關(guān)游戲。玩家的所有動(dòng)作都能完美的體現(xiàn)到游戲中，因此，體感游戲有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。

2.2 教育領(lǐng)域

雖然隨著計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，中國(guó)的教育大部分仍然停留在圖像界面交互的階段。雖然很多大學(xué)已經(jīng)采用慕課等形式進(jìn)行輔助教學(xué)，然而也仍然采用的是通過(guò)觀(guān)看視頻，在線(xiàn)答題的形式。當(dāng)然，也有部分學(xué)校開(kāi)始采用體感教育的形式促進(jìn)學(xué)生對(duì)于知識(shí)的理解。

在親子教育領(lǐng)域，為了增加家長(zhǎng)和孩子之間的互動(dòng)，幫助孩子和父母建立融洽的關(guān)系，將成語(yǔ)故事制作成為體感游戲，例如“盲人摸象”成語(yǔ)，采用Kinect攝像頭和投影儀結(jié)合使用，通過(guò)攝像頭采集家長(zhǎng)和孩子的摸象動(dòng)作，完成成語(yǔ)的認(rèn)知和親子之間的互動(dòng)。

在幼兒教育領(lǐng)域，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，采用體感技術(shù)進(jìn)行幼兒教育可以有效提高幼兒的學(xué)習(xí)有效性。通過(guò)移動(dòng)端設(shè)備結(jié)合Kinect，實(shí)時(shí)模擬塊塔的建設(shè)和反饋，最終達(dá)到幼兒教育的要求[4]。

在學(xué)科教育領(lǐng)域，在具體教育學(xué)科的應(yīng)用中，Kinect可以適用于具有生活性、科學(xué)性、情境性的教育。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)采用動(dòng)作感覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)能有效地提高學(xué)生的有意注意，促進(jìn)學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)的專(zhuān)注程度。微軟公司的Avatar Kinect能夠幫助兒童克服閱讀障礙，順利進(jìn)行閱讀學(xué)習(xí)的教學(xué)游戲，在教育領(lǐng)域具有重要作用。

2.3 醫(yī)療領(lǐng)域

隨著體感技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的醫(yī)生發(fā)現(xiàn)結(jié)合Kinect技術(shù)可以有效解決之前的一些醫(yī)療問(wèn)題，主要包括自閉癥兒童治療、智力障礙兒童干預(yù)、創(chuàng)傷后體感康復(fù)等方面，并在這些方面采用體感技術(shù)，最終獲得了一定的進(jìn)步。

在自閉癥兒童治療領(lǐng)域，由于自閉癥兒童一般都表現(xiàn)出對(duì)于精細(xì)動(dòng)作技能的延遲，導(dǎo)致對(duì)于抓握和操作物體有延遲，因此出現(xiàn)對(duì)于鍵盤(pán)、鼠標(biāo)或手柄等需要精細(xì)操作的設(shè)備的使用困難。而體感技術(shù)則可以直接通過(guò)控制身體完成大部分的游戲操作，從而使自閉癥兒童可以進(jìn)行使用[5]。

自體感游戲進(jìn)入大眾視野以來(lái)，越來(lái)越多的研究者將體感游戲運(yùn)用于自閉癥兒童的干預(yù)。目前已經(jīng)出現(xiàn)采用體感技術(shù)對(duì)于自閉癥兒童的平衡、協(xié)調(diào)、認(rèn)知等方面進(jìn)行改善和干預(yù)。例如通過(guò)讓自閉癥兒童進(jìn)行游戲，采集兒童心跳、血壓等參數(shù)，結(jié)合身體協(xié)調(diào)和注意力集中的表現(xiàn)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)兒童的各項(xiàng)水準(zhǔn)均有提高。

在智力障礙兒童的干預(yù)領(lǐng)域，有研究者發(fā)現(xiàn)數(shù)字化游戲?qū)W習(xí)在智障兒童和相關(guān)感官障礙患者的核心功能發(fā)展中起到了積極的作。采用Kinect開(kāi)發(fā)適用于智障兒童的游戲，并對(duì)游戲結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)體感游戲的干預(yù)訓(xùn)練后，智障兒童的日常功能有所提高，并且進(jìn)行針對(duì)性訓(xùn)練后，粗大運(yùn)動(dòng)和精細(xì)運(yùn)動(dòng)均有清晰改善的同時(shí)，這些兒童在刷牙、洗臉、系扣子和使用餐具等日常活動(dòng)的表現(xiàn)都有較為明顯的進(jìn)步[6]。

在創(chuàng)傷后體感康復(fù)方面，傳統(tǒng)的康復(fù)訓(xùn)練一般在康復(fù)中心或者醫(yī)院進(jìn)行，場(chǎng)所比較固定，并且需要專(zhuān)業(yè)人員在身邊隨時(shí)進(jìn)行指導(dǎo)才可以進(jìn)行，而采用Kinect可以有效解決這種問(wèn)題，采用Kinect體感識(shí)別技術(shù)，結(jié)合體感游戲，病人可以直接在家完成康復(fù)訓(xùn)練，只需要醫(yī)生給出專(zhuān)業(yè)建議并對(duì)游戲內(nèi)容進(jìn)行合理訂制即可。同時(shí)解決的康復(fù)訓(xùn)練枯燥單一的問(wèn)題[7]。

3 體感技術(shù)現(xiàn)狀

Kinect技術(shù)由于其獨(dú)特性和先進(jìn)行，一直被各個(gè)研究領(lǐng)域所應(yīng)用，包括游戲領(lǐng)域、教育領(lǐng)域、醫(yī)療領(lǐng)域等。隨著時(shí)間的推進(jìn)，Kinect逐漸進(jìn)步，從原始的可視視角50度增長(zhǎng)到80度直到后來(lái)的120度，Kinect在不斷的升級(jí)自己的技術(shù)。

然而，2017年微軟宣布Kinect停產(chǎn)，究其原因是因?yàn)槲④浾J(rèn)為Kinect不能為其帶來(lái)更多的收益，因?yàn)镵inect開(kāi)發(fā)以來(lái)微軟并未能出售大量的基于Kinect的游戲，即使Kinect已經(jīng)在各行各業(yè)造成了巨大的影響，能夠?qū)?chuàng)意實(shí)驗(yàn)、文化發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步等提供支持。但是作為Xbox 360附件Kinect并沒(méi)有能夠發(fā)揮微軟開(kāi)發(fā)Kinect的最初作用。

雖然Kinect已經(jīng)告別市場(chǎng)，但是其核心傳感器并沒(méi)有直接銷(xiāo)毀，微軟將Kinect v4放入AR頭盔后于是出現(xiàn)了HoloLens。不僅如此，微軟開(kāi)發(fā)的包括Cortana語(yǔ)音助手、Windows Hello生物面部ID系統(tǒng)、環(huán)境感知用戶(hù)界面都以Kinect的體感技術(shù)為基礎(chǔ)。

與此同時(shí)，新的體感設(shè)備還在逐漸上線(xiàn)，如leap公司的leapmotion等都屬于新興的體感設(shè)備，leapmotion能夠較為精確的識(shí)別手勢(shì)動(dòng)作，通過(guò)手勢(shì)實(shí)現(xiàn)軟件和硬件的控制。

4 體感技術(shù)展望

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)個(gè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，體感技術(shù)在未來(lái)必將繼續(xù)快速發(fā)展，如HTC VIVE設(shè)備目前仍然需要手柄進(jìn)行控制，但是體感設(shè)備結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡已經(jīng)是未來(lái)可以明確看見(jiàn)的道路。

未來(lái)玩家將能夠真正置身于真實(shí)的虛擬場(chǎng)景中，所有的動(dòng)作都脫離手柄的控制而是直接采用身體動(dòng)作完成游戲，不再受到操作設(shè)備的限制，體驗(yàn)更加真實(shí)。因此未來(lái)體感技術(shù)必將繼續(xù)發(fā)展并長(zhǎng)足進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

[1]張?jiān)姵保X(qián)冬明.體感技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展研究[J].華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2014（2）：40-49.

[2]劉雪君.面向互動(dòng)電視的手勢(shì)交互系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D].上海：復(fù)旦大學(xué)，2013.

[3]閆屾.體感游戲中的聲音實(shí)時(shí)生成與用戶(hù)感知體驗(yàn)研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2012.

[4]吳迪.體感技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望[J].信息通信，2018（1）：291-292.

[5]劉艷虹，雷顯梅，胡曉毅.國(guó)外自閉癥兒童體感游戲研究狀況及啟示[J].中國(guó)特殊教育，2015（5）：51-53.

[6]徐云，朱旻芮.體感游戲?qū)χ钦蟽和深A(yù)的效用分析[J].中國(guó)特殊教育，2016（9）：24-28.

[7]李世杰，夏斌.基于Kinect 的體感康復(fù)游戲系統(tǒng)設(shè)[J].技術(shù)與方法，2017（22）：95-98.

[8]江超.實(shí)時(shí)視頻中的手勢(shì)軌跡識(shí)別及其應(yīng)用[D].南寧：廣西大學(xué)，2012.

[9]龍星星.以用戶(hù)健康為導(dǎo)向的VDT辦公系統(tǒng)交互設(shè)計(jì)研究[D].無(wú)錫：江南大學(xué)，2015.