基于Leap Motion的手势识别在虚拟交互中的研究*

针对虚拟场景中的自然手势交互进行了研究,提出了基于Leap Motion的动态指尖手势轨迹识别方法。首先借助Leap Motion设备采集指尖在场景中运动时产生的坐标并同时对数据进行预处理,然后从这一系列坐标中找出起始和结束位置并提取出有效的手势轨迹,再进行轨迹优化和手势初步分类,基于加权欧氏距离将轨迹和手势模板进行相似度计算,得到识别结果。采集200组手势数据进行实验,结果证明提出的方法具有很高的识别率,将方法应用在手势交互系统中,实现使用自然手势和虚拟物品进行交互,增加了交互乐趣,改善了交互体验。     

基于Leap Motion的动态手势识别

动态手势识别作为人机交互的一个重要方向，在各个领域具有广泛的需求。相较于静态手势，动态手势的变化更为复杂，对其特征的充分提取与描述是准确识别动态手势的关键。为了解决对动态手势特征描述不充分的问题，利用高精度的Leap Motion传感器对手部三维坐标信息进行采集，提出了一种包含手指姿势和手掌位移的特征在内的、能够充分描述复杂动态手势的特征序列，并结合长短期记忆网络模型进行动态手势识别。实验结果表明，提出的方法在包含16种动态手势的数据集上的识别准确率为98.50%；与其他特征序列的对比实验表明，提出的特征序列，能更充分准确地描述动态手势特征。     

基于Leap Motion传感器的自适应动态手势识别

基于视觉的手势识别是实现新型人机交互的一项关键技术,针对手势普适性与识别率问题,在改进隐马尔可夫模型学习机制的基础上提出一种新的基于Leap Motion传感器的自适应动态手势识别方法。该方法首先采用几何特征法识别静态手姿以确定动态手势起始点与结束点,然后基于角度对动态手势轨迹进行特征提取与分类,并引入修正的重估方法计算隐马尔可夫模型参数,最后在对非定义手势识别的基础上自动学习更新隐马尔可夫模型,以提高动态手势识别率,并最终实现对26个小写字母的动态手势识别。实验结果表明,所提出的动态手势识别方法具有良好的自适应性与精确性。     

基于Leap Motion的三维手势交互系统研究

手势识别的快速发展及体感设备的不断更新为三维手势交互提供了灵感,基于Leap Motion 手势识别和最邻近算法,建立了一种三维手势交互系统。首先对手势设计理论和交互手 势设计原则进行研究,基于此设计手势功能和建立手势库,并将手势库分为 8 种手势;其次进 行手势特征提取,建立手指关键点模型,获取手势特征的角度特征;然后计算 KNN 算法和 SVM 算法的手势识别效率,KNN 改进算法取得较好的识别效率;最后,设计三维交互系统,手势分 类为 4 个模块,每个模块有 2 个手势任务;20 名测试者中提取 1 600 组手势数据,并进行总采 集样本关节点均值的数据分析;设计三维交互系统模块,在 Unity3D 中创建的三维交互系统中 导入 1 600 组手势数据,根据自定义的 8 种手势驱动虚拟手完成交互设计过程,完成用户体验 分析和手势识别效率统计。通过研究发现,基于 Leap Motion 手势识别具有较高的识别效率, 三维手势交互系统富有创新性。     

基于Leap Motion的手势控制技术初探

最新体感设备Leap Motion的面世提供给用户一种全新的体验, 即通过跟踪探测动态手势可以进行体感游戏、虚拟演奏、凌空绘画等的非接触式人机交互. 文章首先对Leap Motion的技术特点进行介绍, 并对同类型设备进行对比总结, 介绍了Leap Motion的相关应用和发展前景. 文章分析了Leap Motion的原理和技术基础, 然后提出基于Leap Motion的手势控制技术, 最后以一个基于Unity 3D的手势控制虚拟场景中的物品运动的具体实例, 对Leap Motion手势控制技术的实现进行了细节介绍.     

基于Leap Motion和支持向量机的手势识别

为了使手势识别在更多的领域得到推广及应用,提出了基于Leap Motion体感设备实时跟踪技术获取手势三维空间坐标信息的方法,并从中分别提取角度信息和相对坐标信息,构建手势特征数据,建立手势识别模型.对特征数据进行归一化处理后,利用支持向量机(SVM)分类器进行训练、建模和分类,实现手势识别.实验结果表明:以角度数据和坐标数据作为手势特征的方法可行,平均识别率分别为96.6%和91.8%.通过对比可以得出:以角度数据作为特征值具有较高的准确性和鲁棒性,并避免了单纯依照一种特征值产生的局限性.     

基于Leap Motion的动态手势识别方法

伴随虚拟现实（Virtual Reality,VR）技术的发展,以及人们对人机交互性能和体验感的要求提高,手势识别作为影响虚拟现实中交互操作的重要技术之一,其精确度急需提升^[1].针对当前手势识别方法在一些动作类似的手势识别中表现欠佳的问题,提出了一种多特征动态手势识别方法.该方法首先使用体感控制器Leap Motion追踪动态手势获取数据,然后在特征提取过程中增加对位移向量角度和拐点判定计数的提取,接着进行动态手势隐马尔科夫模型（Hidden Markov Model,HMM）的训练,最后根据待测手势与模型的匹配率进行识别.从实验结果中得出,该多特征识别方法能够提升相似手势的识别率.     

基于Leap Motion的手语识别算法优化

Leap Motion设备产生的数据在虚拟环境中可以进行手势识别。通过识别和跟踪用户的手来生成虚拟3D手部模型,从而获取手势信息。本文设计了一种基于隐马尔可夫模型(Hidden Markov Model, HMM)分类算法来学习从Leap Motion中所获取的手势信息的系统,根据手势特征的重要性赋予不同权值,可进一步提高分类准确率,实现手语信息的识别输入。测试结果表明,识别准确率为86.1%,手语打字输入识别速度为每分钟13.09个字符,可显著提高聋哑人与正常人之间沟通的便捷性。     

基于Leap Motion的虚拟课堂手势交互方法

随着虚拟现实技术的飞速发展, Leap Motion等体感传感器出现并被广泛地应用在人机交互中.针对Leap Motion体感控制器在识别范围边缘识别率低且识别速度慢的问题提出了一种基于深度神经网络的Leap Motion手势交互方法.该方法在定义的交互手势基础上,设计了三维交互系统并应用到虚拟场景中.系统首先通过Leap Motion进行数据捕捉,对获取到的红外图像采用深度神经网络进行特征提取并实现对手势的分类识别,然后结合Leap Motion获取的手部坐标前后帧的变化来判断动态手势,最终结合动态手势完成虚拟场景中的交互功能.经过实验验证,本文手势识别方法无论是在识别速度还是识别精度上都优于Leap Motion自带的手势识别方法,同时在Leap Motion识别范围边界处仍能保持较高的识别率.     

Hand gesture recognition using Leap Motion via deterministic learning

With the development of multimedia technology, traditional interactive tools, such as mouse and keyboard, cannot satisfy users’ requirements. Touchless interaction has received considerable attention in recent years with benefit of removing barriers of physical contact. Leap Motion is an interactive device which can be used to collect information of dynamic hand gestures, including coordinate, acceleration and direction of fingers. The aim of this study is to develop a new method for hand gesture recognition using jointly calibrated Leap Motion via deterministic learning. Hand gesture features representing hand motion dynamics, including spatial position and direction of fingers, are derived from Leap Motion. Hand motion dynamics underlying motion patterns of different gestures which represent Arabic numbers (0-9) and capital English alphabets (A-Z) are modeled by constant radial basis function (RBF) neural networks. Then, a bank of estimators is constructed by the constant RBF networks. By comparing the set of estimators with a test gesture pattern, a set of recognition errors are generated. The average L₁ norms of the errors are taken as the recognition measure according to the smallest error principle. Finally, experiments are carried out to demonstrate the high recognition performance of the proposed method. By using the 2-fold, 10-fold and leave-one-person-out cross-validation styles, the correct recognition rates for the Arabic numbers are reported to be 94.2%, 95.1% and 90.2%, respectively, for the English alphabets are reported to be 89.2%, 92.9% and 86.4%, respectively.     

Leap Motion关键点模型手姿态估计方法

在虚拟操作的人机交互中,为解决视觉方式人手姿态估计的问题,提出一种基于Leap Motion采集设备的关键点模型手姿态参数估计方法.该方法通过建立关键点模型,利用Leap Motion采集的少量手势信息计算模型中人手关键点的空间位置,并将其作为手姿态的估计参数.实验结果表明,文中方法能够实时地估算出手各个关键点的位置以驱动虚拟手运动,为基于手势的虚拟操作人机交互应用奠定了基础.     

基于Leap Motion和Unity3D的虚拟沙画手势识别及交互

虚拟仿真技术的快速发展及体感设备的不断更新为沙画动画这一全新的艺术创作形式带来新的灵感。针对沙画现场作画工序复杂的问题,结合Leap Motion设备和Unity3D开发环境完成手势识别并驱动虚拟手实现虚拟沙画效果。首先,依据Leap Motion捕捉到的手势坐标及方向信息提取手部关键点;然后提出角域划分的方法并引入新的特征向量,将其与提取信息串联作为手势分类依据;最后,根据自行定义的沙画手势语义驱动虚拟手完成虚拟沙画创作。实验证明,利用Leap Motion完成近距离手势识别效果较其他方法结果更加精准,实时性较高,手势跟踪稳定,虚拟沙画绘画过程沉浸感强。     

基于Leap Motion的机械臂交互控制研究

针对多旋转自由度机械臂的便捷控制问题,建立了一种联接体感设备Leap Motion与六自由度机械臂的交互控制系统。在体感输入和机械臂运动响应模型中,利用基于几何方法的机械臂运动学逆解,提出一种增加求解约束,二分搜索末端抓取器最优空间位姿的解法。这种解法运行效率高,求解过程直观,能够在对数级时间内求解。经过仿真和实物实验验证,该解法具备处理大量体感输入数据,实现机械臂实时响应的能力,为非触控式的体感机械臂控制提供了一种可行方案。     

Virtual grasps recognition using fusion of Leap Motion and force myography

Hand gesture recognition is important for interactions under VR environment. Traditional vision-based approaches encounter occlusion problems, and thus, wearable devices could be an effective supplement. This study presents a hand grasps recognition method in virtual reality settings, by fusing signals acquired using force myography (FMG), a muscular activity-based hand gesture recognition method, and Leap Motion. We conducted an experiment where participants performed grasping of virtual objects with VR goggles on their head, an FMG band on their wrist, and a Leap Motion positioned either on the desk or on the goggles (two experimental settings). The FMG, Leap Motion, and fusion of both signals were used for training and testing a simple, but effective linear discriminant analysis classifier, as well as three other mainstream classification algorithms. The results showed that the fusion of both signals achieved a significant improvement in classification accuracy, compared to using Leap Motion alone in both experimental settings.     

基于Leap Motion的电影前期预演人机交互方法

随着虚拟现实(VR)技术的发展,虚拟预演逐渐成为电影制作流程中不可或缺的一环,如何使用自然、多模态的交互方式,结合三维实时渲染引擎,提高电影制作人员在前期预演中的参与感,是该领域的重要研究内容.针对当前虚拟预演中使用的交互方式大多为光学运动捕捉系统等,存在价格昂贵、操作难度高、便携性差等问题.提出一种基于Leap Mo...     

Design and implementation of somatosensory interactive game based on Leap Motion

Recently, virtual reality and interactive somatosensory technology has become one of the hot issues in the research of computer applications. Leap Motion is a new type of interactive somatosensory devices which bring users senses of immersion efficiently. This paper studies a interactive somatosensory game model based on Leap Motion and implemented with Unity. Based on the two core technology philosophy of Leap Motion, i.e., virtual reality technology and body sense of interactive technology, the design implementation of each sub module of the system and Leap Motion game algorithm are thoroughly addressed. This paper has certain significance for future application of Leap Motion in film, television, and interactive games.