Leap Motion 模拟手势：触击_C++

    鉴于博客里有人留言，发现大家对Leap这一块的兴趣还是很高的，而且最近ZOL今年底的时候也给Leap分配了一定的篇幅来介绍，可见Leap体感（准确说是手势）识别的宣传及普及力度还是有的，至于Leap在未来应用领域的开拓上会有怎样的情况，我们就拭目以待吧。好，闲话不多说，今天翻译另一篇文章——Touch Emulation，模拟手指的触击动作。

    Leap Motion提供了丰富的API，在我们自己开发的应用中，咱可以使用API的输出数据来识别触击动作。需要注意的是，在API中，有关触击的数据是由类Pointable提供的。

1、概述

    为了识别触击动作，Leap设备虚拟出一个自适应的触摸平面，在这个虚拟出来的二维平面上，我们便可以实现数据交互了。虽然虚拟二维平面会根据用户手指及手的位置做调整，但在Leap设备的三维坐标系中，与X-Y面是基本平行的。当用户的手指或者使用工具向前移动时，Leap会判断Pointable对象是在靠近还是在触击虚拟二维平面。借助Leap API，当手指或工具触击到虚拟平面时，API会返回两个值：虚拟面区域的信息、手指与触摸面的距离。

（图1为虚拟触摸区域，0点左侧+1区域为悬停区，0点右侧-1区域为触击区）

    Leap Motion借助触摸面，能将Pointable对象识别成这样几种情况：悬停在靠近触摸面的地方、触击触摸面、远离触摸面（触击方向有误时也会识别为远离）。三个区域分别称为：“悬停”、“触击”、“无信号”。注意，三个区域的转换常常是延迟于触击diatance的，这样的延迟是用来防止突然性和重复性的转换，所以当在我们自己开发的应用中，在实现触击交互时，我们可以不必过分考虑“触击”区域。

    记住，只有当Pointable对象在悬停区和触击区的时候，触击distance才变为有效。distance是一个在[+1，-1]区间内规格化的数值，当Pointable对象第一次进入悬停区，触击distance为+1.0，随着Pointable对象靠近触击区域，distance的值也逐渐降为0值；当Pointable对象穿透了触摸面（图1中红色网络区域）进入触击区域，distance为0值，随着Pointable对象在触击区域中越来越深，distance值将逐渐变为-1。但注意了，distance值永远不会超出-1。

    在开发应用时，我们可以根据区域信息来判断，是否需更新UI中与悬停和触击动作相关的UI元素。我们还可以根据distance信息表征的触摸面距离信息，进一步修改UI元素。例如，当我们把手指悬在Leap Controller设备的上方、且处在悬停区域时，咱可以把Leap Controller设备当前的聚焦状态显示出来，然后呢，根据distance信息在屏幕上显示对应的游标，作为手指离触摸面距离的反馈信息。

    作为模拟触击API信息中的一部分，Leap Motion提供的Pointable对象位置信息不仅是规格化的，而且数据很稳定。Leap Motion软件内含自适应的滤波器，改滤波器能够对行为动作进行平滑化和平缓操作，以方便用户在屏幕的小块区域进行操作交互（如点击按钮、链接）。当用户的动作缓慢时，平滑化效果会更好，用户点击特殊点的效果会更好，同样，我们可以用这样的方法来做归零矫正。

2.获取触摸面

    触摸面的信息可以通过Pointable类的touchZone属性来获取，触摸面是用Zone枚举产生的，其中包含以下状态信息：

    NONE——此时，pointable对象要么离触摸面太远，要么就是触击方向有问题（比如触击方向为指向用户）；

    HOVERING——此时pointable对象指尖已经进入悬停区，但还没有触击；

    TOUCHING——此时pointable对象已经穿过触摸面，进入触击区；

    下面一段代码，描述最前端手指所在区域的检测信息：

    Leap::Frame frame = leap.frame();    Leap::Pointable pointable = frame.pointables().frontmost();    Leap::Pointable::Zone zone = pointable.touchZone();

3.获取触击Distance

    触击distance是通过Pointable类的touchDistance属性来获取的，distance随着手指在虚拟平面的靠近和触击，其范围在+1到-1区间内变化。distance信息没有一个实际的数量意义，它只是反映Leap Motion对pointable距离的检测效果。

    下面一段代码，描述了最前端手指的触击distance：

    Leap::Frame frame = leap.frame();    Leap::Pointable pointable = frame.pointables().frontmost();    float distance = pointable.touchDistance();

4.获取Pointable的稳定位置信息

    Pointable对象的位置信息是通过Pointable类的stabilizedTipPosition属性，此位置信息是基于标准Leap Motion十字坐标来输出的，并且经过了上下文相关的滤波和稳定化处理。

    下面一段代码，描述最前端手指的稳定位置信息：

    Leap::Frame frame = leap.frame();    Leap::Pointable pointable = frame.pointables().frontmost();    Leap::Vector stabilizedPosition = pointable.stabilizedTipPosition();

5.Leap Motion设备坐标系和App坐标系的转换

    当开发触击模拟相关app应用时，我们必须把Leap Motion设备的坐标系映射到app的屏幕空间中。为了方便映射，Leap Motion的API提供了InteractionBox类。InteractionBox描绘的是在Leap Motion视野范围内一个长方体容器，该类提供了一个函数，函数会把长方体空间内的位置映射到[0,1]规格化区间内，我们先将实际的位置信息规格化，然后根据app的尺寸产生最终的坐标，最后在app坐标系中得到一个点。

    例如，如果我们在客户区内有一窗口，窗口大小由变量windowWidth、windowHeight确定。当我们手指触击的位置在客户区范围内的时候，我们可参考下面的代码，来得到触击点的二维坐标值：

    Leap::Frame frame = leap.frame();    Leap::Finger finger = frame.fingers().frontmost();    Leap::Vector stabilizedPosition = finger.stabilizedTipPosition();    Leap::InteractionBox iBox = leap.frame().interactionBox();    Leap::Vector normalizedPosition = iBox.normalizePoint(stabilizedPosition);    float x = normalizedPosition.x * windowWidth;    float y = windowHeight - normalizedPosition.y * windowHeight;

6.触击案例
    在下面的例子中，对于app应用窗口中检测到的所有Pointable对象，我们通过调用模拟触击的API，将pointable对象的位置显示出来。本例中，在触摸区域内，我们将触击点涂色，并根据触击distance来设置阿尔法值。指尖的稳定位置数据通过类InteractionBox来映射到app窗口：

    本例中，触击的代码如下（本例通过调用库Cinder来创建app窗口并绘图）：

#include "cinder/app/AppNative.h"#include "cinder/gl/gl.h"#include "Leap.h"#include "LeapMath.h"using namespace ci;using namespace ci::app;using namespace std;class TouchPointsApp : public AppNative {  public:        void setup();        void draw();  private:    int windowWidth = 800;    int windowHeight = 800;    Leap::Controller leap;};void TouchPointsApp::setup(){    this->setWindowSize(windowWidth, windowHeight);    this->setFrameRate(120);    gl::enableAlphaBlending();}void TouchPointsApp::draw(){        gl::clear( Color( .97, .93, .79 ) );    Leap::PointableList pointables = leap.frame().pointables();    Leap::InteractionBox iBox = leap.frame().interactionBox();    for( int p = 0; p < pointables.count(); p++ )    {        Leap::Pointable pointable = pointables[p];        Leap::Vector normalizedPosition = iBox.normalizePoint(pointable.stabilizedTipPosition());        float x = normalizedPosition.x * windowWidth;        float y = windowHeight - normalizedPosition.y * windowHeight;        if(pointable.touchDistance() > 0 && pointable.touchZone() != Leap::Pointable::Zone::ZONE_NONE)        {            gl::color(0, 1, 0, 1 - pointable.touchDistance());        }        else if(pointable.touchDistance() <= 0)        {            gl::color(1, 0, 0, -pointable.touchDistance());        }        else        {            gl::color(0, 0, 1, .05);        }        gl::drawSolidCircle(Vec2f(x,y), 40);    }}CINDER_APP_NATIVE( TouchPointsApp, RendererGl )