一种基于非接触式交互获取无形透明界面的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及虚拟手势操作领域，具体地讲，涉及一种基于非接触式交互获取无形 透明界面的方法。
【背景技术】
[0002] 电视正在变成一个与许多内容进行交互的枢纽。这些大型的、高分辨率的显示器 可以被用于浏览数码照片、选择音乐、玩游戏、看电影和电视节目。现在许多电视与互联网 连接，允许访问在线内容和社会媒体，这进一步导致了像苹果电视和谷歌电视这样的新产 品的发展，它们增加了从电视屏幕获取信息的数量和复杂性。国内的乐视和小米也很火爆， 其中乐视互联网电视去年10月份以后超越了海信、长虹等传统品牌高居第一位，它有语音 交互和基于触摸操作的智能遥控器。在许多情况下，电视遥控器本身就是一个限制因素， 通常它只提供简单的固定按钮来与电视进行交互，缺少鼠标和手势交互的灵活性。Nasser H. Dardas和Mohammad Alhaj利用手势识别技术来产生控制命令，利用这些控制命令来控 制游戏中物体的运动，在该手势识别系统中利用词袋技术和支持向量机技术来实现用户和 计算机之间的交互。Werner等人在不违反用户心理模型的情况下，通过隐式调整控制显示 来适应当前用户的需要，解决了远程交互中指点设备的精度问题。Joe Weakliam等人提出 了Compass系统，它不需要来自用户的显式输入，而是当用户根据特征和感兴趣的区域浏 览地图特定空间内容时，监控用户的隐式操作。该系统可以分析用户的隐式行为，并将分析 结果用于建立用户模型。Kaori Fujinami等人把增强技术融入到普适计算中，采用自然或 隐式的方法获取用户环境信息，而用户不需要学习如何获取信息，填补了用户和复杂计算 环境间的差距。Paul Dietz等人提出了基于多投影仪的隐式交互技术，他们把投影仪作为 实时输出设备，当用户进入红外线区域时，系统可以隐式地关注用户并在显示区显示用户， 同时用卡通技术循环地展示有关内容。Stavros Antifakos等人设计了一个面向非意外同 步运动的"智能"对象的隐式交互实例，当打开门时系统隐式访问控制。
【发明内容】
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[0003] 本发明要解决的技术问题是提供一种基于非接触式交互获取无形透明界面的方 法，弄清透明界面的空间功能分布与用户行为模型和体验愉悦感之间的关系，探明基于透 明界面的透明感知的认知机理和行为特征，为三维用户界面系统、虚拟现实系统、动漫游戏 软件系统，尤其是为交互式智能数字电视、3D游戏等界面的设计提供更加智能化、人性化、 自然化的交互范式。
[0004] 本发明采用如下技术方案实现发明目的：
[0005] 一种基于非接触式交互获取无形透明界面的方法，其特征是：包括如下步骤：
[0006] (1)初始化，设置k = 1，L(k，i) = 0, i = 1，2, 3, L (k，i)表不透明界面的长、宽、尚，当 H「H2|〈T时，即当人手基本保持不动时，T是一个非负经验参数，p k(x，y，z) =(氏+112)/2， 其中，HJPH2分别表示相邻两帧之间通过Kinect设备接口获得的手势重心位置，0 k(x，y，z) =Pk(x, y, z)，Ok(x, y, z)为k时刻透明界面的重心位置；
[0007] (2)k = k+1，计算Pk(x, y, z)，Pk(x, y, z)为当前时刻k的手势重心位置；
[0008] (3)如果人体重心位置发生移动，则重新定位透明界面的位置和大小，亦即对于经 验常数0，如果：
[0009] Ck(x, y, z)-Ck_1(x, y, z) | > |3 (1)
[0010] 则转第⑴步，ck表示人体的重心位置；
[0011] ⑷刷新透明界面的重心位置，
[0012] 0,,(〇!，〇2,〇3) = (nOk_! (x, y, z)+Pk(x, y, z))/(n+l) (2)
[0013] 其中，n表示透明界面中参与统计的手势重心位置的轨迹点的数目；
[0014] (5)刷新透明界面沿长、宽、高三个方向的长度：
[0015] L(k； 0 =max(L (k_1； i},2*| pk(x, y, z) -〇k (x, y, z)|)
[0016] (2)
[0017]其中，i=1,2, 3;
[0018] (6)判断当前操作是属于物理界面的2D操作区的操作还是属于3D操作区的操 作；
[0019] (7)如果透明界面结构趋于稳定，即
[0020] (I |L(k,i)-L(k_1；i) | |< y)and(| |〇k(x, y, z)-〇k_1(x, y, z) | | < y )
[0021] (4)
[0022] 则输出透明界面的位置、大小和结构信息，y为事先设定的常数，否则，转第步骤 ⑵。
[0023] 作为对本技术方案的进一步限定，所述步骤（7)包括如下步骤：
[0024] (7. 1)如果当前第k帧的手势重心位置与透明界面的重心位置之差超过规定阈 值，则认为当前操作为3D操作区的操作；否则，当前操作被认定为2D操作区的操作，亦即：
[0025] 如果
[0026]A< | |Pk (x, y, z) -〇k (x, y, z)| | <L3 ⑶
[0027] 则当前手势操作为2D操作，否则当前手势操作为3D操作，A、1^为常数；
[0028] (7. 2)刷新2DR和3DR :2DR和3DR分别指显示器上的二维区域和三维区域，
[0029] 分别求 2DR和 3DR 的最大包围盒，得到（2DR_LB, 2DR_RT)和（3DR_LB, 3DR_RT，2DR_ LB指2DR区域的左下角位置，2DR_RT指2DR区域的右上角位置，3DR_LB、3DR_RT分别指3DR 区域的两个对角位置即左下角与右上角位置，从而，确定2DR和3DR区域的位置和大小。
[0030] 作为对本技术方案的进一步限定，所述透明界面指计算机感知的位于用户与物理 界面之间的3D交互感应区。
[0031] 作为对本技术方案的进一步限定，所述物理界面指显示器的显示屏幕。
[0032] 作为对本技术方案的进一步限定，所述透明界面为水平长方形。
[0033] 作为对本技术方案的进一步限定，所述透明界面为竖直长方形。
[0034] 作为对本技术方案的进一步限定，所述透明界面为半圆柱形。
[0035] 作为对本技术方案的进一步限定，所述物理界面分为2D操作区和3