【手势交互】3. Leap Motion

美国 http://www.leapmotion.com/

 

Leap Motion是一种3D动作控制系统，其创始人在读书期间发现传统的鼠标对于3D软件的控制极为不方便，因此迸发出要设计一套全新的动作控制系统来自由的控制电脑软件。2012年5月，Leap Motion推出的3D动作控制系统完全突破了以前3D控制的概念，为未来的3D交互打开了无限的想象空间，可以在电脑里进行3D手绘、三维模型设计、游戏控制等。这个被称作Leap的技术能让人通过手指直接控制电脑，包括图片缩放、移动、旋转、指令操作、精准控制、隔空书写等。

 

Leap motion控制器由2个带广角镜头的高帧率灰度摄像头、3个红外LED灯，1个USB3.0芯片（CYUSB3014，具有强大的数据处理与数据传输能力）组成。控制器通过USB接口与PC设备相连接，在PC上运行一套算法，快速的识别控制器场景内的手部运动。Leap motion和手之间不能有不透明物体，在明亮的地方使用效果更好。支持Win7/win8，Mac，目前还未支持Android。

 

采用主动式红外照明是夜视监控摄像头常用的一种方式，通过这种方式可以在极低光照的环境中采集到视频内容。它的基本原理和黑夜里用手电筒照明一样，红外灯发出红外线照射物体，红外线反射，被监控摄像头接收，形成视频图像。只是红外线不被人眼感知，人眼看不到它的光线，而摄像头的波长感应范围比人眼宽泛，它可以感受并记录下红外光。Leap Motion也采用常用的850nm红外线做为照明光源。

 

反射红外光通过Leap Motion设备顶层的一个红外滤波片后进入摄像头。这个红外滤波片，使红外光可以通过，而大部分其他可见光则会被吸收掉，相当于对摄像头所采集的数据进行了初步处理，简化了后期运算复杂度。

 

Leap Motion的反射红外光线使用两个带广角镜头的摄像头接收。广角镜头是为了让可识别的手势控制区域尽可能大，Leap Motion宣称的视觉范围为150度，构成60x60x60cm的8立体英尺的锥形检测空间，也有人测试说在前后的Z轴方向，范围并没有宣称的那么大。Leap Motion最佳使用高度为20厘米，在此空间内的全部10个手指都可以被实时检测到，精度高达1/100毫米。但因为广角，图像边缘有很大的桶形畸变。

 

双个摄像头是为了通过计算机视觉的算法（一般是三角测距法）获得手部的三维数据。灰度摄像头是为了进一步减少运算数据量，提高算法速度。Leap Motion控制器采集到的数据格式为640x240，每像素1字节，每秒最高可达200帧，一般用60帧每秒的帧率。这些数据通过USB3.0传输到PC上，由PC上的软件处理得到相应的手部姿态，由连续多帧的手部姿态来确定一个手部动作，完成人手和电脑的交互。

 

Leap Motion的核心竞争力就是PC上那部分处理算法。这套算法即有效（最小识别动作范围0.01毫米）又低复杂度（对PC的CPU占有率在2%左右，不会对PC其他操作造成影响）。

 

 

Leap Motion结构

与此同时，Leap Motion的开发平台也处于不断完善之中，现在已经发布了SDK的2.1版，全面支持Javascript、U3D、C++、Python、Objective-C，在Windows、OSX、Linux以及Web端都可以轻松地进行编程，最近还发布了Leap Motion for Virtual Reality，开发者们可以结合VR和Leap Motion开发出更多更好玩的体感游戏。

 

Leap Motion的实用性并没有像他宣传的那么神奇。说一下它的缺点。1. 就是累，端坐在电脑前却要提起手腕，悬空操控Leap Motion实在是太让人吃力。即使它的功能很炫酷，但是用户也难长时间（试试抬起手臂30秒）的使用。在一般人的日常生活中也很难找到一种操作方式和他相似，音乐指挥家的工作可能类似。

 

2. 是易用性，Leap Motion的隔空操作，非所见所得，焦点、力度都难以精确，需要一段的适应期来适应它的精度。初次使用Leap Motion的效果并不理想。同时8立方英尺的空间，还是有些局限，手臂动作幅度过大，超出检测范围，就会造成手势失败。还有人的手就不是非常不稳定的，偶尔会不自觉的抖动一下，0.01毫米误差的Leap Motion会把这些抖动都认为是人为主动位移。Leap Motion貌似需要在某些应用场景下降低一些精度，而保证人手动作的连续性。

 

3. 是目标丢失的问题，在用户移动手臂的时候，屏幕上的虚拟手会不时地消失再出现。用户的手腕偶尔会抽搐一下，即使是缓慢的翻掌动作也会引起许多探测上的错误。用户握拳的时候，也常会识别错误。这些问题是PC机上算法的问题，需要进一步的调优改进。

 

4. 是干扰问题，Leap Motion的的摄像头是自下朝上的。因此如果室内房顶的灯光正对控制器，将会对Leap Motion产生一些干扰，造成检测不稳定，手指漏检测等现象。

 

总的来说，Leap Motion是一款革命性的产品，它让人机交互领域朝着更加自然的方向迈了一步。

 

Leap motion由宁波舜宇代工，2014年8月登陆中国市场，中文名为“厉动”，在京东的售价为688元人民币。