浅析体感交互技术在模拟驾驶类游戏中的应用

谷芳麟　曹雪妍

摘 要：因为互联网的发展，我们使用电脑终端的方式也会继续发生改变——从有形的向无形的过渡。体感交互的技术也是顺应时代潮流的产物，那么在目前的技术允许下，我们能将肢体语言的这种模糊化控制做到什么程度呢？

关键词：体感；驾驶模拟；Kinect；交互

1 我的作品

我的专业方向是数字媒体方向，主要学习的课程都和交互及灯光艺术相关。但是，在研究生阶段做的许多模型社团工作却让我对无线电遥控汽车模型产生了浓厚的兴趣。我尝试将两者结合，经过多次的失败后，终于成功地制作出了第一版本的体感交互汽车驾驶模拟系统。主要的工作原理就是利用无限图像传输设备将无人汽车模型上的画面和声音信号采集到驾驶者面前的屏幕与音响上，驾驶者通过这些信息与外部世界交流，做出动作反馈。体感传感器捕捉驾驶员肢体语言，分析驾驶意图，然后电脑发射无线电波给汽车，完成指令动作。综上所述，我的作品是一台不需要身体接触，似乎依靠意念（一些肢体语言）就能驱使的现实中的驾驶模拟器。

2 体感交互技术的价值

隨着体感交互技术的普及化，硬件成本的降低和软件的开源使越来越多的人开始了解Leap Motion，Kinect一类的新型体感传感器，并着手制作一些自己的作品。这些都使得体感交互成为越来越受人瞩目的艺术作品或商业应用的交互方式，大量的体感应用层出不穷，极大地丰富了观众的各种体验，并产生越来越多新的可能性。探索交互技术本身并不是一个轻松的过程，但是我还是选择了挑战，实际上体感交互技术在我看来是非常有价值的，也是未来人机互动中发展方向的一方面。随着互联网的发展，我们发现生活似乎已经进入了一种读图时代。类似全部采用文字精确描述某样事物的方式现在已经越来越不能被当代年轻人所接受，取而代之的是广告、海报、微视频等更多元的信息媒介。因为互联网的发展，我们使用电脑终端的方式也会继续发生改变——从有形的向无形的过渡。体感交互的技术也是顺应时代潮流的产物，那么在目前的技术允许下，我们能将肢体语言的这种模糊化控制做到什么程度呢？人类是否已经开始可以依靠意念控制去做某件简单的事情了呢？通过对技术的研究，我们会慢慢深入探索的过程。采用体感技术作为控制手段实际上就是对常规有形控制（如按你、按键、摇杆等）的一种挑战，从精确的某个动作激发机械式的精准操控到只是一念之间的随性动作转化为某种最终结果的模糊化控制。我们把更多的事情交给电脑来处理，而人要做的只是下达一个大概的命令即可。这对电脑的判断能力无疑是一个全新的考验，而个人开发这样的肢体语言与模糊控制的复合系统也只有在硬件不断发展的今天才渐渐能够开始实现。我相信体感控制技术代表了未来人机交互发展过程中的某种基础，随着大数据时代的发展，由体感技术衍生出的模糊控制也会越来越普遍地进入到我们的生活之中。

3 真实模型的价值

驾驶模拟是一个很有意思的话题。其实真实驾驶与模拟器在体验上始终还是存在很大的差异，原因主要有视觉感受与听觉感受的差异，一个身临其境一个面对屏幕；还有很重要的一种差异就是重心转移，再好的模拟器都不可能完全模拟出坐在座舱内在道路上行驶时的那种身体的感受。现在驾驶模拟类的电子游戏很多，发展也比较成熟，也有现成的kinect赛车游戏，海内外创客也开发了不少kinect虚拟驾驶模拟应用，如果再要有什么创新，那也只能跳出虚拟的框架往真实出发，所以我选择了遥控模型最为载体。使用真实的遥控汽车模型或多或少还是可以模仿出一些真实情况下汽车的反应。

目前，无线电遥控技术与无人航拍飞机所采用的无线图像传输技术和画面稳定系统都较为成熟。我将这些技术移植到我的载具上，使模型车成为一个拥有良好视野的无人侦察机。使用者可以通过屏幕产生一种置身其中的沉浸感，由于一切都发生在真实之中，模拟驾驶的感受也变得非常微妙。虽然不是真的坐在汽车里面，但是画面却又是真实的，和电脑模拟游戏相比较会产生完全不同的驾驶体验。在我们的运行实验中，模型车和驾驶员之间的反馈变得更加密切，我认为这都是源于模型的真实性。真实性是人们行为的重要判断标准之一，这也是为什么人们在遥控模型的实验中要比在电子游戏过程之中参与度更高的原因。我相信，通过一种相对虚化的模糊化驾驶控制方式去操控一台实际存在的模型是一种非常有意义的全新尝试，无论这么做是否有必要，都是一种对新的未知领域的探索。

4 我们为什么驾驶

我们为什么要制作驾驶模拟器？实际上模拟器基本都是用来解决在大多数情况下现实中无法做到、但又想要尝试的事情，或者是在有风险的情况下，使用模拟器来减少可能的损失。那么问题就来了，作为一种采用体感控制技术驾驭遥控模型的练习方式似乎并不能真的对驾驶水平的提高有多大帮助，而体感控制本身的模糊性也制约了精确驾驶，那么这种模拟器本身已经有点脱离现实情况。但从另一个角度来讲，驾驶的过程实际上就是意念运动转化为驾驶行为，并导致最终驾驶结果的一种过程，而我们现在是将驾驶行为转化为体感控制的过程，结果则变成驱动一台遥控模型。从某种程度上说，这套驾驶模拟器还是完成了对驾驶意图转化为最终驾驶结果的诠释，只是过程更写意罢了。驾驶也许是人类的本能，从有马匹的时代开始人类就向往着能用马车到达任何地方。驾驶模拟器虽然不能带你遨游世界，但一样可以体验到驾驶的快感。或许可以认为一次永远到达不了目的地的旅行是徒劳的，仅在原地转圈的驾驶还是存在某种缺失。但驾驶的过程是一个意动的过程，将这个过程从现实中抽离后，可以说它有意义也可以认为实际上完全没有价值。究竟怎样去理解，还是要问一句：我们驾驶的目的是什么？

5 技术路线

关于体感驾驶的理论在上文已经详细阐述，下面来介绍一些具体的技术细节。我的作品使用了Kinect体感传感器作为数据采集器。它的基本工作原理是使用红外投射器将不可见的红外光谱散布在空间内，再通过红外感应器捕捉反射回来的光线，同时利用RGB摄像机进行分析。如果在此空间中有人存在，那么系统将自动捕捉用户各个骨骼关节的空间三维数据。有了这组数据后，我就可以将它拿来利用。在电脑中我使用MAX/Msp软件中的一个开源程序jit.openni来获取各组数据，然后对数据进行编程。将具体的某些动作归类，进行模糊化处理后，转化为遥控汽车上各个通道的具体控制信号。这些信号通过Maxuino程序发送给Arduino单片机，单片机会控制6组舵机控制2.4Ghz无线电遥控系统的各个通道，实现对车辆的控制。无线图像传输系统的工作频段在5.8GHz，不会和遥控系统发生干扰。采用这种相对复杂的方式而非直接使用无线传输模块来控制车辆，主要是考虑到遥控系统的稳定性和安全问题，Arduino的无线收发系统比现有的R/C遥控器失控的概率要大很多。

车载摄像系统使用了可以单独插储存卡的多功能微型摄像机，在驾驶过程中，驾驶员可以自由开启摄像或拍照功能。驾驶结束后，高清图像与视频可以直接导入到电脑中，方便日后观看和编辑。影像稳定系统采用了使用SimpleBGC程序的两轴无刷自稳定云台，手工制作了第三个轴用作视角自转。车体一共配置了六个通道的遥控功能，包括前进/后退、左/右、云台俯仰、横滚、自转和摄像机控制。具体操控技巧受篇幅限制就不再一一说明，可以登录我们的网站：http：//zhan.renren.com/rcdriver自行查看视频。载具选用了日本田宫模型生产的CR-01攀爬遥控车并做了大量改装。

6 结语

从作品宣传视频在中国最大的遥控模型网站RCFans的投稿结果来看，体感驾驶的概念获得了不错的反响，在半个月后就有超过9500次的点击量，并获得70条以上的留言。其中大多数用户都认为这是未来的一种发展趋势，当然也有部分用户指出这种设计实用性不强，系统太过冗余等缺陷。无论如何，作为一种新的概念与技术，都需要接受历史的验证才能证明它的最终价值。但就目前而言，体感控制已经展现出许多明显的优势是不容忽视的，而将该技术整合可以使目前的模拟驾驶游戏市场和遥控模型市场的现状变更加的多元化，这种尝试也是很有价值的。我相信未来体感交互技术在模拟驾驶游戏或其他领域都将会有更多的应用。

参考文献：

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

[2] David Zicarelli.Max教学课程与专题[M]. Cycling74 2000-

2004.