手勢交互技術(shù)在虛擬文創(chuàng)產(chǎn)品展示設(shè)計的應(yīng)用*

(武漢設(shè)計工程學(xué)院,湖北武漢 430072)

1 文化創(chuàng)意產(chǎn)品

文創(chuàng)就是文化創(chuàng)意,當(dāng)今時代已經(jīng)處于經(jīng)濟飛速發(fā)展的階段,它已經(jīng)不是單一的個體產(chǎn)業(yè),而是經(jīng)過多年的沉淀,發(fā)展稱為一個超強綜合體產(chǎn)業(yè),因此也被稱為文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)。伴隨著近年來的消費升級、居民生活的改善、人們對于娛樂休閑活動的追求也隨之上升,從而使得我國的文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)也進(jìn)入快速發(fā)展的新時期。它依托文化或文化元素為母體,通過個人或者多人創(chuàng)意公開銷售的一種形式,可以延伸到各行各業(yè),包括影視、動畫、游戲、公共建設(shè)、服裝、廣告、飲食,從而讓人領(lǐng)略文化的魅力。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示,2020年全國規(guī)模以上文化及相關(guān)產(chǎn)業(yè)企業(yè)實現(xiàn)營業(yè)收入98514億元,比2019年增長2.2%。然而傳統(tǒng)文創(chuàng)產(chǎn)品生產(chǎn)到展示這種閉環(huán)過程必須經(jīng)過策劃—設(shè)計—定制—成品這一系列環(huán)節(jié),但這往往需要消耗大量的時間、人力、物力成本,如何縮短這一過程的成本消耗一直是一個需要思考解決的問題。

文創(chuàng)產(chǎn)品最終是為消費者服務(wù)的,把消費者作為文化創(chuàng)意設(shè)計的視覺中心,針對他們量身定做所需要的設(shè)計方法和創(chuàng)意,這樣設(shè)計出來的創(chuàng)意作品必然會受到特別的青睞,造成足夠的影響力和購買力,并且伴隨科技手段的日益滲透,文創(chuàng)產(chǎn)品的體驗感將更加吸引消費者的參與,實現(xiàn)“我”的自由取用,改進(jìn)了傳統(tǒng)的表現(xiàn)形式,使得文創(chuàng)產(chǎn)品的創(chuàng)作突破緯度的禁錮,從平面走向立體,從立體走向共感,全新的體驗方式讓文化創(chuàng)意產(chǎn)品改變過去的被動輸入,主動輸出才是為文化創(chuàng)作找到自己的全新的思路[1]。

2 手勢交互技術(shù)

如果提到手勢交互必然離不開人機交互這一術(shù)語,通過計算機輸入、輸出設(shè)備,以有效的方式實現(xiàn)人與計算機對話,人與計算機之間使用某種對話語言,以一定的交互方式,為完成確定任務(wù)的人與計算機之間的信息交換過程。而手勢交互技術(shù)則將手勢作為對話語言的替代,跟蹤人類手勢、識別其表示和轉(zhuǎn)換為語義上有意義的命令的整個過程,稱之為手勢交互識別。其研究旨在將設(shè)計和開發(fā)可以將用于設(shè)備控制的手勢識別為輸入并且通過將命令映射為輸出的系統(tǒng)。一般而言,從手勢交互信息采集的途徑是有兩種:接觸式及非接觸式的,因此可將手勢交互系統(tǒng)劃分為基于接觸式的傳感器和基于非接觸類的傳感器的兩類?；诮佑|式傳感器的手勢識別通?；谑褂枚鄠€傳感器的數(shù)據(jù)手套、加速度計、多點觸摸屏等技術(shù)。而基于非接觸式傳感器的手勢識別通?；谑褂霉鈱W(xué)傳感、雷達(dá)探測等技術(shù)[2]。

2013年2月,Leap體感控制器制造公司發(fā)布了面向PC電腦及蘋果電腦MAC的體感控制器Leap Motion。它所倡導(dǎo)的三維空間交互與現(xiàn)今較為主流的虛擬現(xiàn)實技術(shù)可謂完美結(jié)合,利用雙目立體視覺成像原理,通過兩個攝像機來提取包括三維位置在內(nèi)的信息進(jìn)行手勢的綜合分析判斷,這種應(yīng)用于立體視覺的測量方法,被稱為三角測量法。它是用于定位目標(biāo)空間位置最常用和最基本的方法,如同人眼一樣,能夠?qū)臻g物體進(jìn)行坐標(biāo)定位,包括手指(及手持物)的運動、手掌的運動、手掌球(能夠模擬手的弧面的一種球體,包含球心位置和球半徑信息)三種。在Leap Motion控制器的雙攝像頭基線距離固定后,就可以進(jìn)行設(shè)備校準(zhǔn)。校準(zhǔn)后的控制器可以精確計算出目標(biāo)相對于攝像頭的空間坐標(biāo)。再通過已建立后的手部立體模型,能實現(xiàn)靈活而簡便的抓取虛擬場景的物體,并通過相對運動生成平移、旋轉(zhuǎn)和縮放信息[3-4]。

3 虛擬文創(chuàng)產(chǎn)品展示中應(yīng)用手勢交互技術(shù)的實現(xiàn)

結(jié)合服務(wù)設(shè)計理論,引入手勢交互技術(shù)能給文創(chuàng)產(chǎn)品展示領(lǐng)域帶來一個以往不同創(chuàng)新的發(fā)展模式,通過使用Leap Motion控制器作為手勢輸入接口,根據(jù)Leap Motion獲取的手部幾何數(shù)據(jù),研究通過手勢交互的方式,便捷地、高效地與文創(chuàng)產(chǎn)品三維模型進(jìn)行交互[5]。

3.1 虛擬文創(chuàng)產(chǎn)品三維建模

虛擬文創(chuàng)產(chǎn)品展示平臺最終還是要以文創(chuàng)產(chǎn)品展示作為輸出,因此為了反映文創(chuàng)產(chǎn)品全貌,利用三維軟件建模技術(shù)實現(xiàn)對文創(chuàng)產(chǎn)品再現(xiàn)。傳統(tǒng)三維軟件建模方法包含有第一、基本體建模,這也是最簡單的建模方法,通過對內(nèi)置的幾何體的移動、旋轉(zhuǎn)、縮放等操作,完成模型的建立。第二、二維線建模,通過調(diào)節(jié)二維線的頂點及線段的參數(shù),可以生成較復(fù)雜的二維圖形,再此基礎(chǔ)上又可以生成三維模型。第三、多邊形建模,可以說是最為復(fù)雜的建模方法,通過對頂點、邊、面、多邊形和元素編輯的方式對模型進(jìn)行塑形,完成結(jié)構(gòu)的創(chuàng)作,最終完成模型的建立。第四、網(wǎng)格建模,與多邊形建模相似,也是一種基于子對象進(jìn)行編輯的建模方法,包含頂點、邊、面、多邊形和元素5種,區(qū)別在與編輯的對象主要是三邊面,而多邊形建模往往是三邊形、四邊形或者更多邊的面。第五、NURBS 建模,是一種專門做曲面建模的方法,通過曲線的控制點調(diào)節(jié)曲線曲率、方向、長短等,再由這些曲線生成曲面,從而完成曲面造型及特殊造型?；粳F(xiàn)在主流三維建模軟件都采用以上建模方法。而虛擬文創(chuàng)產(chǎn)品則利用 3Ds Max軟件來進(jìn)行三維建模。3Ds Max是Autodesk公司出品的世界頂級的三維軟件之一,功能強大,自誕生之日開始,就深受使用者的喜愛,在模型塑造、場景渲染、動畫及特效等方面都做出高品質(zhì)的內(nèi)容,在影視動畫、虛擬現(xiàn)實、產(chǎn)品造型、游戲設(shè)計等多個領(lǐng)域中占據(jù)主導(dǎo)地位,在模型構(gòu)建中,充分利用3Ds Max所提供的建模方法,完成虛擬文創(chuàng)產(chǎn)品模型的建立,操作靈活,可控性強,視覺領(lǐng)域的表現(xiàn)力是十分突出,這也是虛擬產(chǎn)品造型的重點[6]。

3.2 手勢交互技術(shù)的引入

為了將文創(chuàng)產(chǎn)品三維建模進(jìn)行實時展示同時進(jìn)行同步手勢交互,借助于Unity引擎仿真手模型,它擁有較高的精細(xì)度,并且自帶動畫,在此基礎(chǔ)上借助Leap Motion控制器進(jìn)行手部的控制。為什么會選擇這種技術(shù)方案?主要原因如下:第一,Leap Motion控制器主要功能是識別高精度、低延遲的手指運動,通過使用Leap Motion控制器作為手勢輸入接口,根據(jù)Leap Motion獲取的手部幾何數(shù)據(jù),研究通過手勢交互的方式,便捷地、高效地與文創(chuàng)產(chǎn)品三維模型進(jìn)行交互方法。通過操作確定了手勢相關(guān)的特征數(shù)據(jù),并且包含移動和旋轉(zhuǎn)的手勢數(shù)據(jù),預(yù)估手勢輪廓的位置,在此條件下對跟蹤目標(biāo)進(jìn)行重定位,通過從Leap Motion控制器可以對模型進(jìn)行平移、縮放、旋轉(zhuǎn)等操作功能,同時為了避免模型和手勢的不貼合,計算出對模型的變換量,并使用變換量對模型進(jìn)行相應(yīng)的變換功能。對其做相應(yīng)的改進(jìn)和重置,讓模型更加貼合手勢。第二,為了手勢輪廓能,更好的完整的提取和分離,引用了混合卡爾曼濾波和粒子濾波方法對獲取的手勢數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與優(yōu)化,作為基于視覺的手勢識別系統(tǒng)的構(gòu)建模塊的大多數(shù)完整的手部交互機制包括三個基本階段:檢測,跟蹤和識別。手的檢測和相應(yīng)圖像區(qū)域的分割是手勢識別系統(tǒng)的首要任務(wù)。這種分割至關(guān)重要,因為它將任務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)與圖像背景分離開來,然后再將其傳遞到后續(xù)跟蹤和識別階段。這些方法利用幾種類型視覺特征的組合來檢測手部。這些特征可以是手的膚色、形狀和運動等。對于手勢的跟蹤則采取預(yù)測和重定位的形式,在以往的實驗中證明,部分人采用光流法補幀這種算法進(jìn)行跟蹤,但由于其易受環(huán)境的影響,效果并不明顯,因此采用基混合卡爾曼濾波和粒子濾波方法,能突破一定環(huán)境的局限性,具備可操作性和靈活性,達(dá)到對預(yù)估手勢位置的準(zhǔn)確性,實現(xiàn)基于運動軌跡信息的動態(tài)手指姿勢的識別[7]。

4 結(jié)語

傳統(tǒng)文化創(chuàng)意作品演示過程通常先是設(shè)計者完成個人創(chuàng)作,然后作品被設(shè)計完成后運送到展示空間之中去。其創(chuàng)作的環(huán)境、材料、工具、形式,文化內(nèi)涵表現(xiàn)都受到一定的限制,并且與設(shè)計者的初衷存在一定的差異,這可以稱為傳統(tǒng)展示設(shè)計方式所存在的局限性。而虛擬文創(chuàng)產(chǎn)品展示平臺通過Leap Motion傳感器獲取的手部幾何數(shù)據(jù),研究通過手勢交互技術(shù)能夠便捷地、高效地與虛擬文創(chuàng)產(chǎn)品進(jìn)行交互的方法。通過虛擬三維文創(chuàng)作品模型的展示改變?yōu)g覽者的操作任務(wù),將文創(chuàng)產(chǎn)品其他部分的運轉(zhuǎn)狀態(tài)顯示出來,瀏覽者雖然不能直接接觸到這些實物模型,但是通過交互技術(shù)就能知道這些關(guān)鍵產(chǎn)品的信息。手勢交互技術(shù)的介入可以用于提供給設(shè)計者實時展示文化創(chuàng)意設(shè)計作品、提供給瀏覽者了解設(shè)計作品、提供給設(shè)計者和瀏覽者查看關(guān)聯(lián)于文創(chuàng)作品的第一反饋信息以及提供給用戶查看關(guān)聯(lián)于其他文化創(chuàng)意作品的第二反饋信息。借助現(xiàn)代計算機和其強大的顯示功能,用戶可以清晰看到某物體的真實狀態(tài),建立起適當(dāng)?shù)男睦砟Ｐ?簡化操作和理解過程。改變傳統(tǒng)文創(chuàng)產(chǎn)品展示過程必須經(jīng)過策劃—設(shè)計—定制—成品單一閉環(huán)鏈條環(huán)節(jié),將傳統(tǒng)設(shè)計模式引入新型科技手段,兩者融合是文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)的一個新的趨勢,是文創(chuàng)企業(yè)做大做強、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造提升,瀏覽者不再是被動觀看作品的接受者,也可以作探索文創(chuàng)作品的主動者,所作出的行為能夠影響到文化創(chuàng)意作品,使這些作品能夠感受變化,從而產(chǎn)生更深刻地認(rèn)識,凸顯了人文價值。