Kinect Windows SDK 开发：手势识别

分享一下我老师大神的人工智能教程！零基础，通俗易懂！http://blog.csdn.net/jiangjunshow

也欢迎大家转载本篇文章。分享知识，造福人民，实现我们中华民族伟大复兴！

               

像点击(clicks)是GUI平台的核心，轻点(taps)是触摸平台的核心那样，手势(gestures)是Kinect应用程序的核心。和图形用户界面中的数字交互不同，手势是现实生活中存在的动作。如果没有电脑我们就不需要鼠标，但是没了Kinect，手势依然存在。从另一方面讲，手势是日常生活中人与人之间相互交流的一部分。手势能够增强演讲的说服力，能够用来强调和传递情感。像挥手(waving)或者指点(pointing)这些手势都是某种无声的演讲。

    Kinect应用程序的设计和开发者的任务就是将这些现实生活中存在的手势映射到计算机交互中去以传达人的想法。尝试从鼠标或触摸式的GUI设计移植基于手势的自然交互界面要做很多工作。借鉴过去30多年来对于这一概念的研究，以及从一些Kinect for Xbox的体感游戏中获取一些设计理念，计算机工程师和交互设计师一起为Kinect创建了一系列新的手势库。

    本文将会介绍用户体验的一些知识，并讨论如何将手势应用到Kinect应用程序中。我们将展示Kinect如何作为自然交互界面(Natural User Interface)的人机交互模型的一部分。我们将讨论一些具体的使用Kinect来进行手势识别及交互的例子。更重要的是，将会展示一些已经作为Kinect手势识别库中的手势。

 

1. 什么是手势

 

    在许多不同的学科中，手势(gesture)有着其独特的含义，可能这些含义之间有某些异同。在艺术领域，手势被用来传达舞蹈中最富表现力的部分，特别是在亚洲舞蹈艺术中，手势被作为某些宗教符号或者象征。在交互设计领域，在基于触摸的自然交互界面中手势和操控有很大区别。

    以上这些说明手势在不同的学科领域都有自己独特的含义。在学术领域都试图对手势定义一个抽象的概念。在用户体验设计领域使用最广泛的关于手势的定义实在Eric Hulteen 和Gord Kurtenbach 1990年发表的一篇名为人机交互中的手势(Gestures in Human-Computer Communication),定义如下：”手势是身体的运动，他包含一些信息。挥手道别是一种手势。敲击键盘不是手势，因为用手指的运动去敲击按键没有被观察，也不重要，他只表达的键盘被按下这一动作。(A gesture is a motion of the body that contains information. Waving goodbye is a gesture. Pressing a key on a keyboard is not a gesture because the motion of a finger on its way to hitting a key is neither observed nor significant. All that matters is which key was pressed)”

    这个定义既解释了什么是手势也解释了什么不是手势。像这样的下一个正式的定义通常有两个方面的困难，既要避免太具体也要避免太抽象。如果一个定义太具体-如，定义某项技术-可能会随着UI技术的变化会变得模糊不清。作为一种学术定义而不是以常见的用法为基础的定义，它也必须足够一般，并且符合或者说广大的研究机构先前已发表在HCI的研究成果及艺术中符号学。另一方面，定义过于宽泛，也会有有无关紧要的风险：如果一切都是一种姿态，那么就什么都不是了。

    Eric Hulteen 和Gord Kurtenbach关于手势的定义的中心在于手势能够用来交流，手势的意义在于讲述而不是执行。

有趣的是将语言和行为引入到人机交互接口中来，这是一种彻底的变革。我们与计算机交互语音变为无声的语言(mute)：我们通过指点和手势而不是语言与计算设备进行沟通。当和计算机进行交互时，我们点击键盘按键或触摸屏幕。我们似乎更喜欢这种形式的静音通信即使当前的技术能够支持更简单的语音指令。我们没有操作(manipulation)的力量，和虚拟的对象而不是真实的物体进行交互，因而没有持久性。运动成为纯粹的手势。

    基于Eric Hulteen 和Gord Kurtenbach的定义，我们都明白什么是 UI 操作 ——暂时不是一种手势 ——理解什么是手势以及手势表示"重大"行为或者符号仍然有很大的困难。移动交互的含义是什么？手势进行沟通和语言进行沟通的最明显不同是什么？我们做手势的象征意义往往很抽象简单。

    在人机交互领域，手势通常被作为传达一些简单的指令而不是交流某些事实、描述问题或者陈述想法。使用手势操作电脑通常是命令式的，这通常不是人们使用手势的目的。例如，挥手(wave)这一动作，在现实世界中通常是打招呼的一种方式，但是这种打招呼的方式在人机交互中却不太常用。通常第一次写程序通常会显示“hello”,但我们对和电脑打招呼并不感兴趣。

    但是，在一个繁忙的餐馆，挥手这一手势可能就有不同的含义了。当向服务员招收时，可能是要引起服务员注意，需要他们提供服务。在计算机中，要引起计算机注意有时候也有其特殊意义，比如，计算机休眠时，一般都会敲击键盘或者移动鼠标来唤醒，以提醒计算机“注意”。当使用Kinect时，可以使用更加直观的方式，就行少数派报告阿汤哥那样，抬起双手，或者简单的朝计算机挥挥手，计算机就会从休眠状态唤醒。

    在人机交互领域，手势通常有一些含义，表示有意让某些事情发生。手势是一种指令。当通过鼠标或者触控板去点击UI界面上的按钮时，我们希望按钮会触发其背后的事件。通常，按钮上会有一个标签来指示按钮的功能如：开始、取消、打开、关闭。我们的手势操作就是想要实现这些事件。

    上面的定义中的第一点可以得出，手势的另一个特点是比较随意(arbitrary)。手势有限定的领域，那么在该领域之外没有任何意义。令人惊讶的是除了指向(pointing)和耸肩(shurg)，人类学家没有发现任何东西我们可以称之为一种通用的手势。然而，在计算机的UI中，指向(pointing)通常被认为是直接操作因为它牵涉到跟踪，同时耸肩的含义太微妙而不好辨识。因此，我们想要使用的任何Kinect手势必须基于应用程序的用户 和应用程序的设计和开发者之间就某种手势代表的含义达成一致。

    因为手势是任意的(arbitrary)所以他们也是基于约定的(conventional)。应用程序的设计者必须告诉用户正在使用的手势的意义，或者是这些手势是约定俗称大家都知道的。此外，这些约定不是基于语言文化，而是对已确定的技术规则。我们知道如何使用鼠标 （行为学习） 并不是因为这是我们已经从我们的文化导入的东西，而是因为这是基于特定的图形用户界面的跨文化约定。同样地，我们知道如何点击或滑动智能手机，不是因为这些都是文化的约定，而是因为这些都是跨文化自然用户界面项约定。有趣的是，我们在一定程度上知道如何点击平板电脑，因为我们以前学习了如何使用鼠标单击。技术约定之间可以相互转化，这是因为语言和手势可以通过不同的语言和文化之间来转换。

    然而，手势的这种任意性和基于约定的特性也带来了误解性（misunderstanding），这是在设计任何用户界面，尤其是像Kinect这样的没有任何预先设定好的操作约定的用户界面时需要关注的风险。就像在有些国家，点头表示否定摇头表示可能。手势，或者任何身体的运动，都有可能产生误解。

   总之，在人机交互领域，手势是：

• 表达一种简单的命令
• 天生有随意性
• 基于某种协定
• 可能被误解

注意：实际的直接操作（manipulation）不是手势。

 

2. 自然交互界面(NUI)

 

   讨论手势而不讨论自然用户界面显然不完整。自然用户界面是一系列技术的合计，他包括：语音识别，多点触控以及类似Kinect的动感交互界面，他和Windows和Macs操作系统中鼠标和键盘交互这种很常见图形交互界面不同。就像图像交互界面和之前的命名行交互界面不同那样。

    自然交互界面自然在哪儿呢？早期自然交互界面的发起者认为交互界面的设计应该对用户非常直观，使用用户先天就会的行为来进行交互操作。他的目标是不需要操作由图标和菜单构成的基于GUI 的应用程序界面，因为这种界面通常具有陡峭的学习曲线。相反，理想化的状态是，用户应该能够走到应用程序前面，就能够开始使用它。在过去的几年里随着触摸功能的智能手机和平板电脑的流行，逐渐取代了键盘鼠标，当我们看到孩子们开始走到任何触摸屏设备面前，用手去触摸它，期待它的响应，在这