淺析體感交互技術在模擬駕駛類游戲中的應用

谷芳麟　曹雪妍

摘 要：因為互聯網的發展，我們使用電腦終端的方式也會繼續發生改變——從有形的向無形的過渡。體感交互的技術也是順應時代潮流的產物，那么在目前的技術允許下，我們能將肢體語言的這種模糊化控制做到什么程度呢？

關鍵詞：體感；駕駛模擬；Kinect；交互

1 我的作品

我的專業方向是數字媒體方向，主要學習的課程都和交互及燈光藝術相關。但是，在研究生階段做的許多模型社團工作卻讓我對無線電遙控汽車模型產生了濃厚的興趣。我嘗試將兩者結合，經過多次的失敗后，終于成功地制作出了第一版本的體感交互汽車駕駛模擬系統。主要的工作原理就是利用無限圖像傳輸設備將無人汽車模型上的畫面和聲音信號采集到駕駛者面前的屏幕與音響上，駕駛者通過這些信息與外部世界交流，做出動作反饋。體感傳感器捕捉駕駛員肢體語言，分析駕駛意圖，然后電腦發射無線電波給汽車，完成指令動作。綜上所述，我的作品是一臺不需要身體接觸，似乎依靠意念（一些肢體語言）就能驅使的現實中的駕駛模擬器。

2 體感交互技術的價值

隨著體感交互技術的普及化，硬件成本的降低和軟件的開源使越來越多的人開始了解Leap Motion，Kinect一類的新型體感傳感器，并著手制作一些自己的作品。這些都使得體感交互成為越來越受人矚目的藝術作品或商業應用的交互方式，大量的體感應用層出不窮，極大地豐富了觀眾的各種體驗，并產生越來越多新的可能性。探索交互技術本身并不是一個輕松的過程，但是我還是選擇了挑戰，實際上體感交互技術在我看來是非常有價值的，也是未來人機互動中發展方向的一方面。隨著互聯網的發展，我們發現生活似乎已經進入了一種讀圖時代。類似全部采用文字精確描述某樣事物的方式現在已經越來越不能被當代年輕人所接受，取而代之的是廣告、海報、微視頻等更多元的信息媒介。因為互聯網的發展，我們使用電腦終端的方式也會繼續發生改變——從有形的向無形的過渡。體感交互的技術也是順應時代潮流的產物，那么在目前的技術允許下，我們能將肢體語言的這種模糊化控制做到什么程度呢？人類是否已經開始可以依靠意念控制去做某件簡單的事情了呢？通過對技術的研究，我們會慢慢深入探索的過程。采用體感技術作為控制手段實際上就是對常規有形控制（如按你、按鍵、搖桿等）的一種挑戰，從精確的某個動作激發機械式的精準操控到只是一念之間的隨性動作轉化為某種最終結果的模糊化控制。我們把更多的事情交給電腦來處理，而人要做的只是下達一個大概的命令即可。這對電腦的判斷能力無疑是一個全新的考驗，而個人開發這樣的肢體語言與模糊控制的復合系統也只有在硬件不斷發展的今天才漸漸能夠開始實現。我相信體感控制技術代表了未來人機交互發展過程中的某種基礎，隨著大數據時代的發展，由體感技術衍生出的模糊控制也會越來越普遍地進入到我們的生活之中。

3 真實模型的價值

駕駛模擬是一個很有意思的話題。其實真實駕駛與模擬器在體驗上始終還是存在很大的差異，原因主要有視覺感受與聽覺感受的差異，一個身臨其境一個面對屏幕；還有很重要的一種差異就是重心轉移，再好的模擬器都不可能完全模擬出坐在座艙內在道路上行駛時的那種身體的感受。現在駕駛模擬類的電子游戲很多，發展也比較成熟，也有現成的kinect賽車游戲，海內外創客也開發了不少kinect虛擬駕駛模擬應用，如果再要有什么創新，那也只能跳出虛擬的框架往真實出發，所以我選擇了遙控模型最為載體。使用真實的遙控汽車模型或多或少還是可以模仿出一些真實情況下汽車的反應。

目前，無線電遙控技術與無人航拍飛機所采用的無線圖像傳輸技術和畫面穩定系統都較為成熟。我將這些技術移植到我的載具上，使模型車成為一個擁有良好視野的無人偵察機。使用者可以通過屏幕產生一種置身其中的沉浸感，由于一切都發生在真實之中，模擬駕駛的感受也變得非常微妙。雖然不是真的坐在汽車里面，但是畫面卻又是真實的，和電腦模擬游戲相比較會產生完全不同的駕駛體驗。在我們的運行實驗中，模型車和駕駛員之間的反饋變得更加密切，我認為這都是源于模型的真實性。真實性是人們行為的重要判斷標準之一，這也是為什么人們在遙控模型的實驗中要比在電子游戲過程之中參與度更高的原因。我相信，通過一種相對虛化的模糊化駕駛控制方式去操控一臺實際存在的模型是一種非常有意義的全新嘗試，無論這么做是否有必要，都是一種對新的未知領域的探索。

4 我們為什么駕駛

我們為什么要制作駕駛模擬器？實際上模擬器基本都是用來解決在大多數情況下現實中無法做到、但又想要嘗試的事情，或者是在有風險的情況下，使用模擬器來減少可能的損失。那么問題就來了，作為一種采用體感控制技術駕馭遙控模型的練習方式似乎并不能真的對駕駛水平的提高有多大幫助，而體感控制本身的模糊性也制約了精確駕駛，那么這種模擬器本身已經有點脫離現實情況。但從另一個角度來講，駕駛的過程實際上就是意念運動轉化為駕駛行為，并導致最終駕駛結果的一種過程，而我們現在是將駕駛行為轉化為體感控制的過程，結果則變成驅動一臺遙控模型。從某種程度上說，這套駕駛模擬器還是完成了對駕駛意圖轉化為最終駕駛結果的詮釋，只是過程更寫意罷了。駕駛也許是人類的本能，從有馬匹的時代開始人類就向往著能用馬車到達任何地方。駕駛模擬器雖然不能帶你遨游世界，但一樣可以體驗到駕駛的快感。或許可以認為一次永遠到達不了目的地的旅行是徒勞的，僅在原地轉圈的駕駛還是存在某種缺失。但駕駛的過程是一個意動的過程，將這個過程從現實中抽離后，可以說它有意義也可以認為實際上完全沒有價值。究竟怎樣去理解，還是要問一句：我們駕駛的目的是什么？

5 技術路線

關于體感駕駛的理論在上文已經詳細闡述，下面來介紹一些具體的技術細節。我的作品使用了Kinect體感傳感器作為數據采集器。它的基本工作原理是使用紅外投射器將不可見的紅外光譜散布在空間內，再通過紅外感應器捕捉反射回來的光線，同時利用RGB攝像機進行分析。如果在此空間中有人存在，那么系統將自動捕捉用戶各個骨骼關節的空間三維數據。有了這組數據后，我就可以將它拿來利用。在電腦中我使用MAX/Msp軟件中的一個開源程序jit.openni來獲取各組數據，然后對數據進行編程。將具體的某些動作歸類，進行模糊化處理后，轉化為遙控汽車上各個通道的具體控制信號。這些信號通過Maxuino程序發送給Arduino單片機，單片機會控制6組舵機控制2.4Ghz無線電遙控系統的各個通道，實現對車輛的控制。無線圖像傳輸系統的工作頻段在5.8GHz，不會和遙控系統發生干擾。采用這種相對復雜的方式而非直接使用無線傳輸模塊來控制車輛，主要是考慮到遙控系統的穩定性和安全問題，Arduino的無線收發系統比現有的R/C遙控器失控的概率要大很多。

車載攝像系統使用了可以單獨插儲存卡的多功能微型攝像機，在駕駛過程中，駕駛員可以自由開啟攝像或拍照功能。駕駛結束后，高清圖像與視頻可以直接導入到電腦中，方便日后觀看和編輯。影像穩定系統采用了使用SimpleBGC程序的兩軸無刷自穩定云臺，手工制作了第三個軸用作視角自轉。車體一共配置了六個通道的遙控功能，包括前進/后退、左/右、云臺俯仰、橫滾、自轉和攝像機控制。具體操控技巧受篇幅限制就不再一一說明，可以登錄我們的網站：http：//zhan.renren.com/rcdriver自行查看視頻。載具選用了日本田宮模型生產的CR-01攀爬遙控車并做了大量改裝。

6 結語

從作品宣傳視頻在中國最大的遙控模型網站RCFans的投稿結果來看，體感駕駛的概念獲得了不錯的反響，在半個月后就有超過9500次的點擊量，并獲得70條以上的留言。其中大多數用戶都認為這是未來的一種發展趨勢，當然也有部分用戶指出這種設計實用性不強，系統太過冗余等缺陷。無論如何，作為一種新的概念與技術，都需要接受歷史的驗證才能證明它的最終價值。但就目前而言，體感控制已經展現出許多明顯的優勢是不容忽視的，而將該技術整合可以使目前的模擬駕駛游戲市場和遙控模型市場的現狀變更加的多元化，這種嘗試也是很有價值的。我相信未來體感交互技術在模擬駕駛游戲或其他領域都將會有更多的應用。

參考文獻：

[1] Massimo Banzi.Getting Started with Arduino[M]. 2009.

[2] David Zicarelli.Max教學課程與專題[M]. Cycling74 2000-

2004.