体感技术的概念及三大分类

当你初次听到“体感技术”这个词的时候，是什么感觉？如果只从字面理解，你可能会理解成用身体感觉，这样其实已经有一点点接近的意思，只不过我们要探讨像用什么姿势感觉，怎样感觉，通过什么感觉这样的问题。

2010年，微软推出了它的体感设备Kinect，这种革命性的设备借助一个3D摄像头和手势识别软件让人们利用身体的自然活动玩游戏，从而取代原始的掌上控制器， 有媒体形容它为“手势键盘”(gesture keyboarding)。意思就是说，Kinect摄像头可以捕捉到用户的手势动作，再把这些手势语言转换成游戏控制。具体来说，Kinect借助 PrimeSense软件和摄像头侦测、捕捉用户手势动作，然后再将捕捉到的影像与本身内部有的人体模型相对照。每一个符合内部已存人体模型的物体就会被创造成相关的骨骼模型，系统再将该模型转换成虚拟角色，该角色通过识别该人体骨骼模型的关键部位进行动作触发。存虚拟骨骼模型的帮助下，系统可识别 人体的 25个关键部位。微软通过对 33DV systems公司的收购得到了后者的摄像头识别技术，并在此基础上加入了识别人体站立 ／坐姿的新技术。

体感技术

那么体感技术到底是什么呢？它在于人们可以很直接地使用肢体动作，与周边的装置或环境互动，而无需使用任何复杂的控制设备，便可让人们身历其境地与内容做互动。

2006年，Nintendo发表了新时代游戏主机Wii，掀起了体感游戏的序幕。“体感技术”的基本概念，在于人们可以很直接地使用肢体动作，与周边的装置或环境互动，而无需使用任何复杂的控制设备，便可让人们身历其境地与内容做互动。举个例子，当你站在一台电视前方，假使有某个体感设备可以侦测你手部的动作，此时若是我们将手部分别向上、向下、向左及向右挥，用来控制电视台的快转、倒转、暂停以及终止等功能，便是一种很直接地以体感操控周边装置的例子，或是将此四个动作直接对应于游戏角色的反应，便可让人们得到身临其境的游戏体验。其他关于体感技术的应用还包括：3D 虚拟现实、空间鼠标、游戏手柄、运动监测、健康医疗照护等，在未来都有很大的市场。

体感技术原理及技术演进

如图1所示，图片中的玩家手持游戏手柄进行“网球体感游戏”，玩家的手部击球动作可完全用来模拟并控制游戏里游戏角色的球路，而玩家手部的动作与游戏角色球路的对应是如何实现的呢？原理在于玩家手上的手柄能获取玩家手部的各种物理参数，例如：加速度、角速度、位移……等等，然后再进一步通过算法，将这些物理参数转化为人体在空间中的三个位移量，以及三个旋转量，如此一来便可将手部在空间中的各种动作（平移 + 旋转）完全描述出来，接着再将此平移及旋转量传输给游戏角色，游戏角色便可与玩家做出相同的动作对应。因此所谓的“体感游戏”，便是通过各种传感器捕捉人体的肢体动作（平移 + 旋转），并将所计算出的肢体动作对应于游戏上角色的反应，使玩家的动作与游戏中角色的反应呈现1:1拟真的对应。

近年来全世界在体感技术上的演进，依照体感方式与原理的不同，主要可分为三大类：惯性感测、光学感测以及惯性及光学联合感测。

惯性感测：主要是以惯性传感器为主，例如用重力传感器，陀螺仪以及磁传感器等来感测使用者肢体动作的物理参数，分别为加速度、角速度以及磁场，再根据此些物理参数来求得使用者在空间中的各种动作。主要代表厂商为Logitech在2007年推出空间鼠标（MxAir），使用三轴重力传感器以及两轴陀螺仪，可感测使用者在空间中的手部动作，并将此动作转化为鼠标在屏幕上垂直方向与水平方向的位移。

2009年，苹果智能型手机开始拉开了手机体感游戏热门下载的序幕，许多使用惯性传感器来适配的体感游戏不断地孕育而生。其中，iPhone使用了以三轴重力感测以及三轴磁传感器为主的惯性感测。2010年，基于未来手机上即将陆续推出拥有重力传感器、磁传感器和陀螺仪的智能型手机，CyWee发展了面向这三种传感器的特有算法，称为九轴混合感测算法（9 - axis Sensor Fusion Technology）。所谓的九轴，指的便是可量测空间中三轴向之重力传感器、可量测三轴向之磁传感器，以及可量测三轴向之陀螺仪，此算法可克服传统上仅使用个别单一传感器的缺点，进而达成更精确的空间中动作捕捉原理体感体验。

光学感测：主要代表厂商为 Sony及Microsoft。早在 2005年以前，Sony 便推出了光学感应套件——EyeToy，主要是通过光学传感器获取人体影像，再将此人体影像的肢体动作与游戏中的内容互动，主要是以2D平面为主，而内容也多属较为简易类型的互动游戏。

直到 2010年，Microsoft发表了跨世代的全新体感感应套件——Kinect，号称无需使用任何体感手柄，便可达到体感的效果，而比起 EyeToy更为进步的是，Kinect 同时使用激光及摄像头（RGB）来获取人体影像信息，可捕捉人体3D全身影像，具有比起EyeToy更为进步的深度信息，而且不受任何灯光环境限制。

惯性及光学联合感测：主要代表厂商为Nintendo及 Sony。2006年所推出的 Wii，主要是在手柄上放置一个重力传感器，用来侦测手部三轴向的加速度，以及一红外线传感器，用来感应在电视屏幕前方的红外线发射器讯号，主要可用来侦测手部在垂直及水平方向的位移，来操控一空间鼠标。这样的配置往往只能侦测一些较为简单的动作，因此Nintendo在2009年推出了Wii手柄的加强版——Wii Motion Plus，主要为在原有的Wii手柄上再插入一个三轴陀螺仪，如此一来便可更精确地侦测人体手腕旋转等动作，强化了在体感方面的体验。至于在2005年推出EyeToy的Sony，也不甘示弱地在2010年推出游戏手柄Move，主要配置包含一个手柄及一个摄像头，手柄包含重力传感器、陀螺仪以及磁传感器，摄像头用于捕捉人体影像，结合这两种传感器，便可侦测人体手部在空间中的移动及转动。

毫无疑问，体感技术的出现为我们的生活、工作、娱乐提供了另一番体验，它的便捷、嵌入式的真实体验感、交互性等一系列优势使得体感技术有广阔的市场前景。而目前体感技术的使用已非常广泛，涉及虚拟应用、3D建模、机械控制、虚拟乐器、虚拟娱乐、计算机相关应用、虚拟实验、游戏操控、健康训练等多个领域。而其中体感游戏机的开发对体感技术的应用尤为成功，我们前面提到的微软Kinect、任天堂Wii和索尼Ps Move是目前主流的三大体感游戏机。那么体感技术在各行各业中的应用是怎样的呢?它在我们关心的教育行业中的发展前景又是怎样？欲知后事如何，且听下回分解。