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Kinect
閱讀�9428�(shí)間:2011-03-22 09:24:51

  Kinect是美�(guó)微軟公司�2010�11�4日推出的XBOX360游戲�(jī)體感周邊外設(shè)的正式名稱,起初名為Natal,意味初生。它�(shí)際上是一�3D體感攝影�(jī),利用即�(shí)�(dòng)�(tài)捕捉、影像辨�(shí)�麥克�(fēng)輸入、語(yǔ)音辨�(shí)、社群互�(dòng)等功能讓玩家擺脫傳統(tǒng)游戲手柄的束�,通過(guò)自己的肢體控制游戲,并且�(shí)�(xiàn)與互�(lián)�(wǎng)玩家互動(dòng),分享圖�、影音信��

核心技�(shù)

  Light Coding技�(shù)�

  Light Coding技�(shù)理論是利用連續(xù)�(近紅外線)�(duì)�(cè)量空間�(jìn)行編�,經(jīng)感應(yīng)器讀取編碼的光線,交由晶片運(yùn)算�(jìn)行解碼后,產(chǎn)生成一張具有深度的圖像� Light Coding技�(shù)的關(guān)鍵是Laser Speckle雷射光散�,當(dāng)雷射光照射到粗糙物體、或是穿透毛玻璃�,會(huì)形成隨機(jī)的反射斑�(diǎn),稱之為散斑。散斑具有高度隨�(jī)�,也�(huì)隨著距離而變換圖案,空間中任何兩處的散斑都會(huì)是不同的圖案,等于是將整�(gè)空間加上了標(biāo)�,所以任何物體�(jìn)入該空間、以及移�(dòng)�(shí),都可確切紀(jì)錄物體的位置。Light Coding�(fā)出雷射光�(duì)�(cè)量空間�(jìn)行編�,就是指�(chǎn)生散��

  Kinect就是以紅外線�(fā)出人眼看不見的class 1雷射�,透過(guò)鏡頭前的diffuser(光柵、擴(kuò)散片)將雷射光均勻分布投射在測(cè)量空間中,再透過(guò)紅外線攝影機(jī)記錄下空間中的每�(gè)散斑,擷取原始資料后,再透過(guò)晶片�(jì)算成具有3D深度的圖像�

  PrimeSence公司用的Light Coding技�(shù),說(shuō)穿了與微軟先前買�3DV公司所使用的TOF技�(shù)根本就毫不相�(guān),只是產(chǎn)生的�(jié)果類似。這點(diǎn)更加印證了微軟收�(gòu)3DV Systems,只是為了動(dòng)作感�(cè)相關(guān)的專利權(quán)、取得地��

  由于微軟并沒有買斷PrimeSense公司的技�(shù),因此PrimeSensor裝置未來(lái)也有可能出現(xiàn)在電視、電� 等消�(fèi)性產(chǎn)品上,例如CyberLink訊連科技也與PrimsSense合作開發(fā)3D互動(dòng)體驗(yàn)介面(�(lái)源:PrimeSense)。面�(duì)將來(lái)有可能出�(xiàn)同質(zhì)性產(chǎn)�,微軟則是強(qiáng)�(diào)Kinect的追焦旋�(zhuǎn)功能是他們的專利,這點(diǎn)別人不能模仿�

  PrimeSence公司展示�(yīng)用Light Coding技�(shù)的體感偵�(cè)系統(tǒng)。該技�(shù)并未被微軟買�,未�(lái)將有�(jī)�(huì)�(yīng)用在其他裝置��

  另一�(guān)鍵:骨架追蹤系統(tǒng)

  了解Kinect如何獲得影像�,接下來(lái)就是�(jìn)行辨�(shí)的工�。透過(guò)Light Coding技�(shù)所獲得的只是基本的影像資料,重�(diǎn)還是要辨�(shí)影像,轉(zhuǎn)換為�(dòng)作指�。據(jù)�(shuō)Prime Sense公司并沒有提供辨�(shí)技�(shù),所以辨�(shí)部份得靠微軟自己搞定�

  微軟�(huì)將偵�(cè)到的3D深度圖像,轉(zhuǎn)換到骨架追蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)最多可同時(shí)偵測(cè)�6�(gè)�,包含同�(shí)辨識(shí)2�(gè)人的�(dòng)�;每�(gè)人共可記�20組細(xì)節(jié),包含軀�、四肢以及手指等都是追蹤的范�,達(dá)成全身體感操�。為了看懂使用者的�(dòng)作,微軟也用上機(jī)器學(xué)�(xí)技�(shù)(machine learning),建立出龐大的圖像資料庫(kù),形成智慧辨�(shí)能力,盡可能理解使用者的肢體�(dòng)作所代表的涵��

  Kinect偵測(cè)的距離為1.2公尺�3.5公尺�,水平視野則�57度,偵測(cè)范圍似乎比原本想像的還要�,看�(lái)還是不能站的太隨�;Kinec也配備了追焦系統(tǒng),如果玩家超出影像范�,底座馬�(dá)可驅(qū)�(dòng)Kinect左右旋轉(zhuǎn)27�。整體看�(lái)Kinect�(duì)操作空間的限�,似乎比其他體感裝置更嚴(yán)格些�

  Kinect一次可追蹤2人的�(dòng)�(tài),每人能追蹤高達(dá) 20組細(xì)節(jié)�

�(fā)展史

  Kinect的首次亮相是�2009�6�1日E3 2009�,當(dāng)�(shí)的代�(hào)是“Projet Natal”意為初生,遵循微軟以城市名作為開發(fā)代號(hào)的傳�(tǒng),“Projet Natal”是由來(lái)自巴西的微軟董事Alex Kipman以巴西城市Natal, Rio Grande do Norte命名。Natal在英�(yǔ)中還有初生的含義,這也是微軟給予此�(jì)劃對(duì)XBOX360帶來(lái)新生的期�。在Kinect公布�(shí),微軟宣布有超過(guò)一千種開發(fā)工具于當(dāng)日發(fā)放給游戲開發(fā)人員�

  為了展示Kinect的魅�,微軟在E3 09的媒體發(fā)布會(huì)上展示了3�(gè)游戲Demo,分別是Ricochet、Paint Party(顏料派�(duì)� � Milo & Kate。一�(gè)基于《火爆狂飆:天堂》的Kincet游戲試玩也在這�(gè)�(fā)布會(huì)上一同展示。在E3 09上Kinect的骨骼捕捉技�(shù)已經(jīng)可以�30Hz的條件下同時(shí)捕捉四�(gè)人的48�(gè)骨骼�(dòng)�。據(jù)�(yè)界傳聞,“Paject Nata”將作重大的�(shè)�(jì)改變或者硬件升�(jí),將同時(shí)有一�(gè)新的XBOX360主機(jī)隨其一同發(fā)售,微軟隨即公開否認(rèn)了這些�(bào)道的真實(shí)�。并且一�?gòu)?qiáng)�(diào)“Paject Nata”完全兼容目前市�(chǎng)上所有型�(hào)XBOX360主機(jī),微軟的首席�(zhí)行官史蒂芬鮑威爾在一次發(fā)布會(huì)上甚至稱“Paject Nata”就是新一代XBOX,當(dāng)被問及下一代主�(jī)什么時(shí)候上市時(shí),微軟副總裁巴蒂爾金則宣稱初生計(jì)劃的�(fā)布足以使XBOX360的生命延�(xù)�2015年。(普通主�(jī)生命周期�5年)在Kincet的開�(fā)�(guò)程中,項(xiàng)目組成員�(duì)許多游戲�(jìn)行Kincet式實(shí)�(yàn)性的控制方式改變,以此來(lái)做項(xiàng)目可能性評(píng)�,在這些游戲其中就有《美麗的塊魂》和《太空侵略者》,這些游戲�2009�9月的東京電玩展得到展�。創(chuàng)意總�(jiān)藤角表示這些基于Kincet控制的游戲涉及到游戲代碼的重大改變,因而現(xiàn)有游�?qū)⒉豢赡芡ㄟ^(guò)軟件更新而改變控制方��

  盡管Kincet傳感器單元原�(jì)劃包含一�(gè)微處理器用來(lái)處理系統(tǒng)的影像捕捉操作部�。但是到�2010�1�,這�(gè)�(dú)立的處理器被取消,XBOX360的一�(gè)氙氣CPU將負(fù)�(zé)這部�?jǐn)?shù)�(jù)的處�。Kincet系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)將占�(jù)XBOX360大約10%-15%的CPU資源,業(yè)界評(píng)論家稱如此數(shù)量的CPU能耗增加將使得目前的游戲更加不可能通過(guò)軟件更新的方式來(lái)增加Kincet功能。Kincet的焦�(diǎn)更多的應(yīng)放在開發(fā)商如何充分利用這�(gè)硬件��

  3�25�,微軟宣布將在E3 2010期間召開名為“初生計(jì)劃全球首秀”的�(fā)布會(huì)上公布Kincet的發(fā)售日期。這�(gè)�(fā)布會(huì)�2010�6�13日晚在Galen Center舉行,在�(huì)上微軟宣布“Poject Natal"正式命名為Kincet,取意為“kinetic”(�(yùn)�(dòng))和“connect”(溝通)的融合。微軟在這次�(fā)布會(huì)上同�(shí)宣布,Kincet將于2010�11�4日在北美正式�(fā)��

功能特點(diǎn)

  Kinect可以�(zhǔn)確的判斷玩家諸如3D定位、速度和方向等因素,但是在處理上會(huì)略有延遲。Kinect并不是一�(gè)一�(duì)一的體感設(shè)�,盡管對(duì)于核心玩家和技�(shù)愛好者而言Kinect還存在一些明顯的問題,Kinect是為了那些休閑游戲玩家和低年齡玩家所�(shè)�(jì),它更適合家庭、年輕人以及聚會(huì)、Kinect及其游戲�(huì)造成一�(chǎng)不小的Kinect效應(yīng)�

  �(yōu)�(diǎn)

  但是這并不是�(shuō)傳統(tǒng)游戲玩家就找不到和Kinect的契合點(diǎn),實(shí)際上Kinect帶來(lái)了一些體感運(yùn)�(dòng)之外很酷的形�,例如體感菜單導(dǎo)航、語(yǔ)音指令識(shí)�、遠(yuǎn)程視頻會(huì)議和我們提到過(guò)的視覺識(shí)別系�(tǒng)�

  體感菜單

  Kinect另一�(gè)迷人的因素就是他炫目的未�(lái)科技表現(xiàn)。揮揮手臂就可以切換菜單,通過(guò)�(yǔ)音控制菜單,這一切看起來(lái)科幻�(wú)�,Kinect允許玩家通過(guò)�(jiǎn)單的揮手�(lái)�(jìn)行體感操作瞬間到�(dá)�360系統(tǒng)界面一�(gè)特別�(shè)�(jì)的Kinect 中心�

  在這�(gè)Kinect中心里玩家可以通過(guò)�(dòng)作控制菜�,例如將手從右往左揮�(dòng)可以瀏覽�(nèi)�,而將手保持在某處不動(dòng)可以訪問自己感興趣的�(nèi)��

  �(yǔ)音指�

  �(yǔ)音指令更加簡(jiǎn)單,你只需要說(shuō)出單�"XBOX",然后你就可以說(shuō)出你想要做的�(xiàng)目就可以�,語(yǔ)音指令在媒體�(kù)中同樣有�,例如暫停播放等指令十分方便,愛丟手柄遙控器的人一定十分喜歡這一�(shè)��

  �(yǔ)音指令的一�(gè)遺憾就是不限制�(jìn)行此�(xiàng)操作的玩家人�(shù),所以任何在房間�(nèi)的其他人都可以打斷你的操作,如果玩家們有不同意見�(huì)是一�(gè)問題�

  視頻�(huì)�

  Kinect另一件有趣的特點(diǎn)就是視頻�(huì)�,微軟稱之為“Video Kinect”用戶可以通過(guò)此項(xiàng)功能和XBOX Live上其他Kinect用戶甚至MSN用戶�(jìn)行視頻會(huì)�(聊天)。利用Kincet的自�(dòng)傾斜功能,在視頻�(guò)程中,攝像頭�(huì)自動(dòng)捕捉并跟隨玩家的位置,即使你在四處走�(dòng)�

  視覺�(shí)�

  另外在這里要重�(fù)的一�(diǎn)�,視覺識(shí)別功能無(wú)疑是Kinect的功能之一,當(dāng)玩家出現(xiàn)在Kinect面前�(shí)自動(dòng)�(shí)別并登入�(shè)定檔雖然看起�(lái)沒什么特�,實(shí)際上�(shí)別過(guò)程很快,盡管Kinect ID�(shè)置復(fù)�,但是一旦弄妥方便之極�

  Kinect在未�(lái)也會(huì)有無(wú)窮潛�,更高分辨率的攝像頭,獨(dú)立的處理�(shù)�(jù)以減少延遲的處理器芯片都是可以在將來(lái)做到��

  在軟件方�,游戲類別和和應(yīng)用還很單�,但隨著�(shí)間的推移,這一狀況將得到改善。例如利用Kinect的語(yǔ)音指令功能玩家可以和RPG中的角色展開互動(dòng),Kinect可以很輕易地從家庭聚�(huì)游戲類型�(kuò)大到傳統(tǒng)游戲��

原理

  Kinect傳感�

  Kinect骨架追蹤處理流程的核心是一�(gè)�(wú)論周圍環(huán)境的光照條件如何,都可以讓Kinect感知世界的CMOS紅外傳感�。該傳感器通過(guò)黑白光譜的方式來(lái)感知�(huán)境:純黑代表�(wú)窮遠(yuǎn),純白代表無(wú)窮近。黑白間的灰色地帶對(duì)�(yīng)物體到傳感器的物理距�。它收集視野范圍�(nèi)的每一�(diǎn),并形成一幅代表周圍環(huán)境的景深圖像。傳感器以每�30幀的速度生成景深圖像�,實(shí)�(shí)3D地再�(xiàn)周圍�(huán)�。如果你玩過(guò)pin point impression 3D針模玩具可能更容易理解這一技�(shù)--將你的手(或者臉,如果你愿意的話)按壓在這種玩具�,就可以�(chǎn)生你身體某一部位的簡(jiǎn)�3D模型�

  尋找移動(dòng)部件

  Kinect需要做的下一件事是尋找圖像中較可能是人體的移�(dòng)物體,就像人眼下意識(shí)地聚焦在移動(dòng)物體上那樣。接下來(lái),Kinect�(huì)�(duì)景深圖像�(jìn)行像素級(jí)�(píng)�,來(lái)辨別人體的不同部�。同�(shí),這一�(guò)程必須以�(yōu)化的�(yù)處理�(lái)縮短響應(yīng)�(shí)間�

  Kinect采用分割策略�(lái)將人體從背景�(huán)境中區(qū)分出�(lái),即從噪音中提取出有用信�(hào)。Kinect可以主動(dòng)追蹤最多兩�(gè)玩家的全身骨�,或者被�(dòng)追蹤最多四名玩家的形體和位�。在這一階段,我�?yōu)槊總�(gè)被追蹤的玩家在景深圖像中�(chuàng)建了所謂的分割遮罩,這是一種將背景物體(比如椅子和寵物等)剔除后的景深圖像。在后面的處理流程中僅僅傳送分割遮罩的部分,以減輕體感�(jì)算量�

  Kinect的大�

  真正的魔�(shù)在這里�(fā)生。分割化玩家圖像的每一�(gè)像素都被傳送�(jìn)一�(gè)辨別人體部位的機(jī)器學(xué)�(xí)系統(tǒng)�。隨后該系統(tǒng)將給出了某�(gè)特定像素屬于哪�(gè)身體部位的可能�。比�,一�(gè)像素�80%的幾率屬于腳�60%的幾率屬于腿�40%的幾率屬于胸�??雌�?lái)這時(shí)候我們就可以把幾率的可能性當(dāng)作結(jié)�,但這么做未免太�(guò)武斷�。我們的做法是將所有的這些可能性輸入到接下�(lái)的處理流程中并且等到階段再做判斷�

  看了上面的介�,你也許要問我�?nèi)绾谓�?huì)Kinect辨識(shí)人體部位。開�(fā)這一人工智能(被稱為Exemplar(模型)系統(tǒng))可不是一件輕松的事情:數(shù)以TB�(jì)的數(shù)�(jù)被輸入到集群系統(tǒng)中來(lái)教會(huì)Kinect以像素級(jí)技�(shù)�(lái)辨認(rèn)手、腳以及它看到的其他身體部位�

  模型匹配:生成骨架系�(tǒng)

  處理流程的一步是使用之前階段輸出的結(jié)�,根�(jù)追蹤到的20�(gè)�(guān)節(jié)�(diǎn)�(lái)生成一幅骨架系�(tǒng)。Kinect�(huì)�(píng)估Exemplar輸出的每一�(gè)可能的像素來(lái)確定�(guān)節(jié)�(diǎn)。通過(guò)這種方式Kinect能夠基于充分的信息最�(zhǔn)確地�(píng)估人體實(shí)際所處位�。另外我�?cè)谀P推ヅ潆A段還做了一些附加輸出濾鏡來(lái)平滑輸出以及處理閉塞�(guān)節(jié)等特殊事��

  骨架追蹤系統(tǒng)的目�(biāo)之一是為處理流程的各種輸出提供一種菜單式的選擇界�。游戲開�(fā)者可以選擇任意的系統(tǒng)部件組合�(lái)開發(fā)各種游戲體驗(yàn)。比�,你可以僅僅使用分隔映射�(lái)制造一些驚人的華麗效果�

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