2010年12月21日 星期二

觸控方興未艾 體控前景可期

隨著Apple iPod, iPhone, iPad的風行,觸控技術已經儼然成為重要的科技。2010年11月,隨著微軟XBox360的Kinect[1,2]推出,體感/體控將取而代之成為新主流。而電腦視覺演算法的角色,將因此更日益重要。

觸控/體感是人機介面(HCI, Human Computer Interface)的新方向,可取代滑鼠、鍵盤這種傳統輸入方式,由於簡單、方便,因此一有3C產品推出便廣受注目。

在學術界,早在20餘年前就已經有許多的論文研究在探討取代鍵盤滑鼠的輸入介面。關於觸控,由於已經有太多的論文,多如過江之鯽,有興趣者可以參考Wikipedia[3]。至於產業界的觸控技術,可分為電容式、電阻式、光學式、電磁式等不同方式,各有其優缺點[4],並且都已經達到可量產的程度。台灣目前已有許多觸控廠商並佔居世界要角,例如Apple的觸控面板都是跟台灣下單生產。另外值得一提的事,微軟在多年前即已推出一個Surface的技術[5],將桌子變成一台可觸控的大電腦,並可達到多點觸控的目的,其概念與技術成熟度,其實不亞於iPod/iPhones/iPad的觸控技術。

至於體感/體控,則是我比較有興趣的主題。體感技術應以3年前的Wii開始受人注目,用一個無線手握把來當控制器以玩遊戲,一時間蔚為風行。但是真正的體感概念比起Wii更有甚之,是用身體各部位來當作遙控器,舉凡頭、手、身體、腳、嘴巴等無一不可來作為控制器,因此比起觸控更直覺而簡單,而且甚至都不需要無線手握把、感應式地板或其他侵入式感測器。此「身體即遙控器」的作法,需要採用「光學體感」技術。

此技術在學術界與產業界稱之為Motion Capture/Gesture Recognition,好萊塢拍攝3D動畫電腦,如阿凡達,即是用此技術[6]。另外2009年一個MIT博士班學生Pranav Mistry發展的Sixth Sense[7],是善用穿戴式計算(Wearable Computing)、攝影機、投影機、手勢辨識等技術結合而成,也可作為一個不錯的體控技術代表。

微軟的Kinect即已經到此「身體即遙控器」地步,堪稱相當不錯的光學體感技術。也因為它是目前市面上唯一一個3C商品化的光學體感技術,因此舉世矚目[8]。

不論是觸控或體控,其中有一種共通技術稱之為「光學式觸控/體控」,就是以攝影機鏡頭的光學原理,來偵測人體的控制意圖。「光學觸控」將攝影機鏡頭放置在螢幕四周,並搭配簡單的影像辨識演算法來偵測手指觸摸螢幕的位置。「光學體控」則是將攝影機放在電視旁,攝影人體,並透過複雜的電腦視覺分析技術,分析人體各部位動作,以達到控制電視的目的。

因此對於電腦視覺研究者而言,Kinect具有許多指標性的意義。

倘對於Kinect有深入研究的人,都會發現Kinect具有2個攝影鏡頭,並已經是一台嵌入式系統,將鏡頭擷取的影像進行3D立體視覺分析以得到深度(Depth)訊息,據以分析人體的動作。有趣的是,Kinect計算深度的原理,其實並非用到2個鏡頭,而是僅用一個紅外線鏡頭加上Structured Light的電腦視覺分析技術,達到計算深度的目的。另外一個鏡頭是可見光鏡頭,是來拿呈像並擷取其他視覺特徵用。

目前已經有許多人拿Kinect來作研究,加入到系統中增加3D深度的訊息,以提高電腦視覺的計算精準度,或增加遊戲/應用的趣味性。例如AI Game[9]、直昇機[10]。Milo這個AI Game[9]特別值得一提,因為一般的體感遊戲都是以動作遊戲(Action Game)、運動遊戲(Sport Game)為主,但是結合AI後,體感遊戲的層次可以再昇華,成為有劇情(Storyline)而吸引人的遊戲。

我們智慧型系統實驗室也將開始採用Kinect來進行3D研究,應用的方向可以很多元,可以創意導向來思考。研究成果會在將來的實驗室網站或部落格發表。

[1] Kinect, XBox360, Microsoft, 2010.
[2] Kinect, Wikipedia, 2010/12/20.
[3] Gesture Recognition, Wikipedia, 2010/12/20
[4] 觸控面版,博拓國際,2010/12/20.
[5] Microsoft Surface, Microsoft, 2010.
[6] Avatar: Motion capture Mirrors Emotion, DiscoveryNetworks, Youtube, 2009/12/24.
[7] Sixth Sense, Pranav Mistry, 2010.
[8] 微軟一招點燃體感主機,工商時報,2010/12/19.
[9] Milo Demo, the Virtual Boy, Peter Molyneux,TED, 2010/8/18.
[10] Kinect Live View in QGroundControl Linux, PixHawk, 2010.

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