體感技術(shù)：讓機(jī)器看懂你的手勢

馬迪

托尼·斯塔克站在自家豪華的實(shí)驗(yàn)室里，瀟灑地?fù)]動雙手，面前的數(shù)字3D模型隨著他的手勢上下翻飛，很快，一件新裝備設(shè)計完成……在電影《鋼鐵俠》里，鋼鐵俠揮揮手就能將奇思妙想變成實(shí)物，讓人非常羨慕。最早能夠識別人類手勢的計算機(jī)，出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，最終，以鼠標(biāo)為代表的輔助工具成功占領(lǐng)市場，移動、拖拽、單擊、雙擊之類的動作顯然比輸入Dos指令方便得多。然而計算機(jī)仍然不理解我們的大多數(shù)手勢和身體語言。記得我第一次教我爸爸使用鼠標(biāo)時，指點(diǎn)他“往左”“往右”都沒問題，但我說“往上”的時候，他直接把鼠標(biāo)提了起來……似乎有點(diǎn)傻，但這個反應(yīng)是人的天性使然。為了讓計算機(jī)明白我們的意圖，我們把本能的身體運(yùn)動壓縮到了二維的鼠標(biāo)墊或者觸摸屏上，卻忽略了這種方式對人的束縛。是時候改變一下了。

慣性感測

突破平面的束縛，直接使用肢體動作與設(shè)備或環(huán)境互動，這就是近幾年興起的體感技術(shù)。依照感測方式與原理的不同，主要可分為慣性感測、光學(xué)感測兩大類。

率先登場的是慣性感測中的一對“好基友”——加速計和陀螺儀。加速計也叫重力感應(yīng)器，實(shí)際上可以感知任意方向上的加速度；陀螺儀又名地感器，能夠測量設(shè)備運(yùn)動與垂直軸之間的夾角，并計算角速度。簡而言之，加速計主要測量線性受力，陀螺儀則更多關(guān)注角度和旋轉(zhuǎn)，兩者配合可以跟蹤和捕捉設(shè)備在三維空間的完整運(yùn)動。

最早出現(xiàn)的成功案例就是很多人都玩過的Wii游戲機(jī)手柄了。Wii可以精確檢測到手柄在立體空間中的移動、加速和傾斜，讓玩家親身獲得網(wǎng)球、擊劍、釣魚、射擊等運(yùn)動游戲的樂趣，甚至還有健身效果。這種操作非常自然，簡單易用，可以憑直覺快速反應(yīng)，比鼠標(biāo)操作更加靈活，也更有趣。

基于傳感器的手勢識別技術(shù)不僅限于游戲。蘋果公司于2007年在iPhone中增加了加速計，在2010年增加了陀螺儀。隨后，谷歌在Android操作系統(tǒng)中增加了諸如傾斜、旋轉(zhuǎn)、插入和切削等動作。現(xiàn)在，許多手勢（如搖動-撤消、提起-接聽、反面朝下-斷開連接）已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)的智能手機(jī)功能。

光學(xué)感測

自從在任天堂2006年發(fā)布Wii之后，競爭對手們都開發(fā)出了各自的動作識別和處理技術(shù)。這之中，微軟Xbox的Kinect體感技術(shù)是一項(xiàng)突破。廣告語“你，就是遙控器”一語道破它的優(yōu)勢：用戶不再需要游戲手柄，而是可以隨心所欲地用自己的身體來控制游戲。

Kinect技術(shù)主要基于攝像頭設(shè)備：它就像一只蝙蝠，用紅外投射器向外發(fā)出紅外結(jié)構(gòu)光，用紅外感應(yīng)器來接收反饋。光照到不同距離的地方，反射強(qiáng)度會不一樣。

這樣，Kinect就知道了面前多種物體的深度信息，并根據(jù)深度不同得到很多切面圖像。下一步就是對不同切面的圖像進(jìn)行分析，找出和人體相似的輪廓，識別出頭、軀干、手和腿，并根據(jù)身高進(jìn)一步判斷出膝蓋、手掌等位置。最后把這些位置數(shù)據(jù)綁定到一個虛擬的骨骼上面，這樣就完成了真人到虛擬人的映射。2010年，也就是Xbox發(fā)布然后大賣的那一年，有一家名為Leap的小公司悄悄成立，3年后他們推出了一款簡單得多、便宜得多，被許多人寄予了厚望的設(shè)備：Leap Motion。這種售價80美元的盒子可以插接到大多數(shù)計算機(jī)上，追蹤極為精細(xì)的手部和手指運(yùn)動。用戶不需要碰觸任何介質(zhì)就能用手勢直接控制電腦，包括圖片縮放、移動、旋轉(zhuǎn)、指令操作、精準(zhǔn)控制、隔空書寫等。

實(shí)際上，Kinect 更側(cè)重于肢體的整體運(yùn)動，能夠?qū)⑸眢w的運(yùn)動生成模型并輸出，主要用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域；Leap Motion則定位更偏向于“桌面”操作，主要功能是識別高精度、低延遲的手指運(yùn)動。可以說，Leap Motion的野心是取代鼠標(biāo)，甚至取代觸摸屏。

舉手之勞

許多人看好Leap Motion有替代觸控的潛力，相信高精度手勢探測的作用范圍用不了多久就會擴(kuò)展到整個房間。

但一些研究工作表明這并非易事。制約手勢發(fā)展的因素之一正是我們自己。這些動作必須是人們?nèi)菀鬃龅剑谌粘贤ㄖ杏植⒉皇褂玫氖謩荨駝t他們有可能在無意中觸發(fā)什么命令。另外，在以觸摸屏為媒介的人機(jī)交互發(fā)展之初，研究者發(fā)現(xiàn)了一種名為“大猩猩臂”的病痛——因?yàn)殚L時間揮舞手臂而感到的沉重和酸痛。另外，在某些場合在空中狂亂地?fù)]舞雙手顯得太傻了，由此看來，輕微的動作很可能會成為主流。可以肯定的是，人們能記住的手勢數(shù)量是有限的，基本手勢的數(shù)量一旦超過個位數(shù)，反而會讓人混亂和無所適從。應(yīng)對這個問題的方法之一是讓人們定義他們自己的手勢——自選動作比規(guī)定動作更容易記住。

在現(xiàn)有圖形界面大都是2D的條件下，逐漸流行起來的體感技術(shù)并不會立即取代鍵盤和鼠標(biāo)，而是會逐漸被納入人機(jī)交互的語言體系當(dāng)中。寫論文？還是用鍵盤吧。為3D打印機(jī)建模或者整理文件？揮動雙手或許更合適。體感技術(shù)真正的影響或許在于，我們終于不必再迎合機(jī)器——讓機(jī)器去猜我們想做什么吧！