動作感應技術新的革命

　　（2020-02-08）河南鄭州科技市場IT產品配送網-鄭州電腦手機測評中心

　　一、 一手掌握，動作感應風起云涌

　　作為動作感應技術的鼻祖，任天堂Wii為游戲軟硬件技術帶來了新的革命，其遙控器的控制系統采用藍牙技術和主機相連，內部帶有動態感應功能，可以偵測到控制器的方位變化，結合控制器上的其他按鍵從而實現Wii的獨特操控方式。

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

　　而在PC領域，一些前沿廠商也紛紛研發應用這類技術。例如華碩、宏碁、聯想、惠普等廠商都在其產品中嘗試應用這樣的動作感應“手柄”。以華碩推出的Eee Stick動作感應控制器為例，其Eee Stick是一款可較完美實現手部動作控制電腦操控的外接設備，它的無線接入的模式讓使用者在玩游戲的時候享受完全的行動自由，其具備運動、指向和傾斜三種模式，使得該設備可適用于幾乎任何類型的游戲。可作為一個3D鼠標使用，具備常用記憶模式，玩家可以調整控制器的設置，從而適應個人的游戲風格。

　　二、 忘掉鼠標，不用手柄也能感應

　　以前的動作感應技術與設備的弊端在于，用戶需要手握手柄，在空中揮舞，才可進行虛擬的網球、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操控系統，可完全擺脫手動搖桿限制的技術，讓很多讀者眼前一亮。

　　SONY這種全新的動作感應控制技術無需專用的手柄控制器，而是可以將現實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動，攝像頭就會自動掃描并將物體的形狀以及動作數據保存下來。

　　三、 無拘無束，Natal技術“探秘”

　　而微軟的技術比SONY的更先進一步，其推出針對XBOX 360游戲機的Project Natal（納塔爾計劃）就是一套全身動作感應操控系統，能夠讓玩家透過攝影頭捕捉身體的動作，進而將數據傳進XBOX里面處理，轉換成輸入指令，操控者就可以操作屏幕當中的窗口進行游戲。使用該系統進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究竟是如何實現全身動作感應操控的呢？Project Natal系統由RGB攝像頭、深度傳感器、多陣列麥克風以及運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的3D空間（而不是將房間作為一個2D圖像來識別）。

　　其原理由于微軟技術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現過程。大家知道，平面掃描儀的目的是識別和記錄一個平面上的黑白或彩色的圖案，建立一個平面坐標系，將這些圖案以點陣方式排列在其中，輸出或記錄。而3D掃描儀是一種結合結構光技術、相位測量技術、計算機視覺技術的復合3D非接觸式測量技術，其是對一個空間物體的表面實行掃描，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3D立體坐標系，把對象物體表面各部分的點排列在這個坐標系里，輸出或記錄，從而能更精確的實現運動攝像互動操控。

　　而微軟的該深度傳感器系統則可能利用匹配技術、三角形測量原理，較精準解算出由RGB攝像機公共視區內像素點傳回的3D坐標及“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，ZCam系統可以實現視頻游戲、網頁的操控，微軟將這種源自PC方面的技術更進一步深化，設計出RGB攝像頭來捕捉玩家的動作。

　　從技術原理上來看，目前實現三維數據的采集方式主要有三種方式：一是接觸式，如三坐標測量；二是非接觸式，如結構光法、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攝影頭的技術獨特之處其是一個3D感應攝像頭，其鏡頭旁邊有一圈LED光源，會發射光波，其攝像頭能偵測短暫時間片中的光脈沖變化以定位目標的位置和動作，其原理類似傳統的雷達系統，不過以光波替代了無線電波，所以該技術能較精準的感受3D立體空間的相對位置變化。而且Zcam能及時計算每秒60fps的體感運算，不需要依賴主機的輔助，所以能讓游戲主機專心計算畫面效果，體感部分由攝影機來負責，這也是它的獨到之處。

　　而RGB攝像頭正是基于這樣的原理，且一個RGB攝像頭由三根不同的線纜分別傳輸三個基本彩色成分，用三個獨立的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行識別。

　　《三》．多陣列麥克風

　　Project Natal內置一個多陣列麥克風，通過聲音來識別語音，并過濾環境噪音。為什么新一代動作感應系統不采用普通的單麥克風或雙麥克風來去除噪聲呢？這是因為由于實際環境噪聲的復雜性，這兩種系統均不能達到滿意的消噪要求。

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

　　陣列麥克風早已被廣泛應用于機器人語音識別領域，而應用于PC、游戲機、游戲領域應是水到渠成，其能更精確的實現語音定位，通過陣列麥克風語音增強與語音識別相結合能更精確地“理解”指令，讓未來的游戲機、PC成為真正全方位的人機交互娛樂系統。除此而外，定制芯片和定制軟件也是該系統的核心。據微軟介紹，定制芯片（運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研發的不斷深入，未來的游戲乃至影視將可能全面進入“真人扮演”時代，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系統將成為XBOX游戲機和PC的佳選，“XBOX和Windows兩個部門的技術人員都在進行相應技術測試”。而Project Natal系統一旦投入實用化，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、硬件技術帶來革命性的變化。Wii及其他動感控制技術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……“全身運動，齊身游戲，身臨其境”將成為更真實的可能。

　　當然，Project Natal系統要想全面實用化，無論在相關軟硬件上，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技術的滅亡，這技術仍將在便攜設備等領域發揮重要作用。并且影響一種新技術普及度的因素除了性能，還有成本和價格因素。當然，隨著Project Natal的初露鋒芒，相信包含任天堂、SONY在內的游戲公司，相關PC廠商、游戲廠商都會逐步加大對類似技術的研發力度，未來的動作感應技術必將因此更多彩。而近期，微軟和SONY也正式宣布殺入動作感應這一體驗領域。微軟在E3上推出的名為Natal的全新動作感應游戲形式令業界興奮，因為該方式用戶不需游戲手柄，只需通過機器附帶的攝像頭、深度傳感器、麥克風等設備，就能將用戶的舉手投足一一感知，從而實現全新的無手柄動作感應與操控體驗。

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