文章编号：1007-1423（2016）30-0061-04DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2016.30.016
杜棋东，陈俞妃，朱金龙
（广州铁路职业技术学院，广州510430）
摘要：
针对电子游戏按键操作枯燥、虚拟度不足、互动趣味性不高等问题，设计开发基于Kinect的切西瓜体感减压游戏。详细介绍Kinect通信机制、Kinect数据采集技术、Unity3D、HTML5及体感交互等关键技术。体感减压游戏对人们消除疲惫、轻松减压有重要的意义。 关键词：
Kinect；体感减压；关键技术
基金项目：
2016年度广东大学生科技创新培育专项资金立项项目（No.pdjh2016b0686）、广东省科技计划项目（N
o.2015A030401005）
0引言
伴随信息技术的不断创新，虚拟现实技术（VR）逐渐渗透到到各个领域，尤其是健康领域。融合健康理念，以虚拟游戏的方式，满足大众的健康需求。基于Kinect的体感减压游戏是一种利用身体头部、手部、脚步以及躯干等部位进行运动的姿态游戏，游戏通过Kinect传感器获取人体姿态信息数据，无需额外的硬件设备介入。体感减压游戏把娱乐与健康理念相结合，一方面起到放松心情，减轻思想压力的作用，另一方面协助锻炼身体，满足人们健康需求。
在目前的众多游戏中，均存在长时间的按键操作、游戏虚拟度不足、游戏互动趣味性不高等问题。为了解决以上实际问题，本文以切西瓜体感减压游戏游戏为例，利用Unity3D技术嵌入Kinect的3D摄影头完成人体动作捕捉，呈现游戏界面，生成随机参数控制水果模型，以及实现切水果音效和分割后的水果模型等。切西瓜体感游戏具有信息容量大、随机参数演示等特点，用户在虚拟环境中以交互的方式感受切西瓜的动作以及西瓜被分割后的乐趣，提高游戏的减压效果。 以下将详细介绍游戏需求、功能以及游戏架构，并着重从Kinect通信机制、Kinect数据采集技术、Uni-ty3D、HTML5及体感交互等几个方面，详细介绍系统关键技术的实现。
1游戏需求、功能以及游戏架构
1.1游戏需求
当前，我国正在大力发展文化创意产业，游戏开发更是其中十分活跃的领域。VR体感减压游戏是为了提高体感游戏的互动乐趣，让用户从繁重的工作中脱离出来，该游戏能够满足在任何连接Kinect设备的地方进行游戏交互。为充分结合Kinect所独有的实时三维数据的特征以及充分利用三维空间的属性开发富有创意的减压游戏，通过访问调查，了解不同体对该游戏娱乐功能、健康理念的需求，听取游戏开发的相关意见。
1.2游戏功能
根据Kinect传感器的体感减压游戏功能，游戏采用模块化的设计方式，将切西瓜游戏的开发归纳为三大模块：人体姿势的检测及监听交互模块，水果物体创建、生产及销毁模块，切中西瓜模块。基于Kinect的传感技术，细化每个层次。
游戏具有以下功能：
（1）人体姿势的检测及监听。通过Kinect传感，实现Kinect坐标到屏幕坐标的转换，达到人物进入场景的检测及人物姿态监听的目的。
（2）虚拟西瓜与用户互动。全方位、多视角、深层次、生动地展现体感游戏的西瓜创建、生产以及
销毁。虚拟西瓜的运动效果均是随机的，通过捕捉姿态，判断用户与西瓜的互动情况。
（3）切中西瓜。切中西瓜模块，主要是西瓜与姿态的交互碰撞检测、碰撞后的西瓜形态变化，以及游戏计分。该碰撞检测融合了丰富的游戏种类可以满足绝大多数用户的娱乐需求。
1.3游戏架构
基于Kinect传感器的体感减压游戏采用三层体系结构，包括Kinect设备输入、事件产生和数据捕获及游戏引擎处理。
根雕制作技术如图1所示。Kinect设备输入位于底层，负责与数据源的交互操作，即通过Kinect设备，在微软Kinect SDK的驱动下，准备接收外界的信息数据；事件产生和数据捕获层是核心部分，在Kinect设备输入层和游戏引擎处理层的中间，起到承上启下的作用，通过Kinet Wrapper与Unity3D引擎进行硬件初始化、深度图像三维重建、骨骼追踪、人体行为分析、手势轨迹识别以及交互控制等；游戏引擎处理层主要以客户端的方式来表示体感游戏效果，经过骨骼数据、动态捕获处理后，表现为很强的交互效果。
该游戏利用Kinect设备和Unity3D引擎的技术特点，设计了减压游戏原型，以减压游戏这种愉悦身心的内容为载体，为用户实现了在真实与虚拟融合的空间中、直接与游戏场景中的元素进行互动的效果。
2游戏实现的关键技术
2.1Kinect通信机制技术
以微软提供的Kinect SDK为基础，通过传感器调用API接口方法，获取人体的图像、姿态、声音等数据信息。具体通信机制分为以下四点：一是对Kinect传感器进行初始化，打开重置外界图像的颜、深度、骨架等数据流；二是外界图像获取，首先通过Kinect获取颜、深度、骨架等数据信息，然后通过函数转成对应图像；三是姿态跟踪分析，首先通过骨架节点分析当前姿态情况，然后调用点距离函数和点水平距离函数求出相关的距离信息；四是图像显示，通过调用不同的函数，显示图像的彩、图像的深度信息，以及分析后的骨架图。
图1游戏开发构架
2.2Kinect数据采集技术
Kinect采集重点分三部分，一是利用彩摄像头获取外界的彩图像，分辨率为512×424（kinect2.0版本），获取的帧数是30帧/秒；二是利用两个红外摄像头（红外发射与红外接收），获得用户的深度数据，数据处理后获得用户的姿态动作；三是麦克风阵列，获取用户的语音信息。体感交互游戏实现的关键就是通过数据进行深度图像三维重建、骨骼信息追踪、人体行为分析、手势轨迹识别，以及交互控制等，通过对这些关键技术的研究，实现与游戏对象的精准交互。
在获取到骨骼跟踪数据后，需要对数据进行处理，排除其他环境因素、人为因素等的干扰，所以加了一个查离Kinect最近的被跟踪的骨骼算法。首先这个骨骼是被跟踪的之一，计算这些跟踪者头部坐标的Z值大小，Z值越小的离Kinect越近，就认为用户就是离
Kinect 最近的被跟踪的骨骼，也是我们需要Kinect 记录的用户骨骼。如图2所示。
图2
mavs
Kinect 感应器的视角图
2.3Unity3D 、HTML5及Kinect 的关键技术
Unity3D 是一种比较流行的游戏开发引擎，利用Unity3D 接收Kinect Wrapper 传递的数据，包括Kinect 硬件的初始化、图像与深度的数据采集、数据处理等。步进式加热炉
HTML5具有包括插件少、语义化强与设备兼容性好等特性。游戏开发者可以通过Unity3D +HTML5对场景的元素，包括文本、图像、图形等应用不同的颜，调整
alpha 透明度，修改旋转角度、像素等，还可以使用JavaScript 语言调用键盘鼠标输入、定时器间隔、事件、对象、声音数字函数等功能。切西瓜游戏系统采用
Kinect 跟踪识别用户姿态，主要是手势，完成用户的信息采集，然后通过姿态与游戏界面交互，进入游戏。
在微软下载Kinect Wrapper Package for Uni -
ty3D ，将下载好的包拖进Unity3D 引擎中，打开Kinect -Sample ，基于游戏需要将捕捉手部的骨骼保留，调整相应参数并加入Collider 组件。在立体空间放置背景图和背景音乐，背景图前控制水果模型
在一定范围内生成，同时人体骨骼也控制在相应范围内移动，实现切割行为，继而产生切水果模型的音乐和相应的切割水果模型产生，如图3所示。
2.4体感游戏的交互分析
（1）水果模型生成和范围界定
基于游戏需要制作三种水果模型和一个模型，模型生成给予向上的力：
fruit_.GetComponent <Rigidbody >().velocity =direction *power ；
ngd071
为了水果生成具有3D 空间感，除了控制X 轴相
应范围：
float x =Random.Range(-4.0f ，4.0f)；
还有给予Z 轴一定的范围：
float z =Random.Range(7.5f ，8.5f)；
图3调整参数、加入Collider 组件
（2）切水果实现
通过Kinect 设备捕捉人体控制游戏内手部骨骼，当控制的手部骨骼体与生成的水果模型接触，引起了触发信号，相应的水果模型销毁，生产相应被切割的水果模型。
Destroy(other.gameObject)；
如图4所示，模型生产及切水果实现。微调电容
图4模型生产及切水果实现
（3）切水果音效和分开的水果模型生成
为手部骨骼体加入Audio Source组件，Play On Awake设置为false，引入代码，当手部骨骼碰撞水果后，切水果音效出现（cutSource.Play();）；为水果模型引入代码，接触到手部骨骼后，相应的分开水果模型生成：
Instantiate(SlideRed，transform.position，ation)；
（4）倒计时结束和退出游戏。通过代码设置游戏时间为60秒（float GameTime=60f;），并将其显示
与游戏面板左上角，随着游戏的进行，时间从60秒不断减少，当时间为0，时间渐渐淡出消失，然后弹出游戏结束界面：
ExitGUI.SetActive(true)。3结语
本文基于Kinect开发的切西瓜体感减压游戏游戏，采用Kinect通信机制、Kinect数据采集技术、Unity3D、HTML5及体感交互等关键技术，实现了人体姿势的检测及监听交互，水果物体创建、生产及销毁，切中西瓜效果等功能。体感减压游戏体感交互性强，对人们消除疲惫、轻松减压有重要的意义。经过研究测试表明，该游戏具有专业性、愉悦性、轻松性等特点，其开发思路适用于基于Kinect传感器的体感减压游戏，也可以为其他类型的基于Kinect游戏开发提供借鉴。
参考文献：
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作者简介：
杜棋东（1987-），男，广东梅州人，硕士，讲师，研究方向人机交互与智能算法、虚拟现实技术
陈俞妃（1995-），女，学生
朱金龙（1996-），男，学生
收稿日期：2016-09-06修稿日期：2016-10-10
Key Technology and Implementation of Body Feeling Decompression Game
Based on Kinect Device Sensor
DU Qi-dong，ZHU Jin-long，CHEN Yu-fei
（Guangzhou Railway Polytechnic，Guangzhou510430）
Abstract：
Electronic games keystrokes as dry as a chip,a virtual deficiencies,interactive fun is not high,so designs and develops the access cut watermelon body feeling games to relieve stress,introduces the key technology of Kinect communication mechanism in details,Kinect data collection technology,Unity3D,HTML5and somatosensory interaction.Body feeling decompression for people to eliminate fatigue，easy game has an important significance.
Keywords：
Kinect;Body Feeling Decompression;Key Technology
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