体感游戏是怎样识别姿态信号的？

　　Jeff

　　近日，广州市某中学购置的“智能互动宣泄仪”引发了网络热议，孩子们可以通过玩拳击、网球等体感互动游戏来宣泄情绪，不过根据爆料，它其实就是一台发布于2006 年的任天堂Wii 体感游戏机……这件事的后续如何，就要等待当地纪委的调查结果了。但从宣泄情绪的角度来说，体感的确是最直观的操作方法，近期火爆短视频平台的《长号冠军》也是一款基于体感操作的搞笑音乐游戏，那么对于游戏设计来说，体感操作是如何实现的呢？

　　惯性检测、红外感知和三轴陀螺仪

　　以任天堂Wii 为例，它在手柄上放置了一颗重力传感器，用来检测三轴向的加速度，这样就获得了空间方位上的加速度，但这样显然还不够，系统还需要一个准确的移动方向，所以还需要电视前方放一个外置的红外信号发射器不断地发射红外信号，游戏手柄上的红外接收器就能获取手部在垂直及水平方向的位移信息，进而实现空间鼠标的作用。有意思的是红外发射器其实只是两个发热源而已，所以并不一定非得要官方的设备，只要能发热（也就是发出红外光）就行，因此用两支蜡烛放在电视前面也能获得基本相同的结果。

　　不过，Wii 手柄这样的配置往往只能检测空间鼠标的方向性，也就是VR术语里常见的3DoF，但游戏里我们还需要得到手柄的指向性，比如《塞尔达传说：天空之剑》就需要玩家把手柄当成一把剑，需要获取手柄的指向才会知道剑的朝向，因此任天堂推出了加强版Wii Motion Plus 手柄，加入了三轴陀螺仪，如此一来便可精确地检测人体手腕旋转等动作，从而实现了指向性操作，做到了6DoF。

　　再比如前几年在Switch 上十分受追捧的《健身环大冒险》，它就是通过健身环内配备的力学传感器来感应推压和拉伸的强度，再结合手柄的惯性传感器和加速度传感器，实现了体感操作的目的。

　　人工智能摄像头捕捉

　　事实上在游戏圈，还有一个比Wii名头更响亮的体感神器：微软Kinect。现在带Kinect 的XBOX 360 套装价格往往在千元以上，这可是2009 年的产品！原因在于它采用了纯视觉方案，也就是不依赖任何控制器端的信号识别，纯粹靠摄像头来捕捉三维空间中的玩家动作，所以它不要控制器就能实现体感操作。

　　从技术上来说，Kinect 可以做三件事：骨骼跟踪、颜色识别和距离探测。骨骼跟踪就是摄像头捕捉用户手势动作，然后再将捕捉到的影像与内部存有的人体模型相对照，并创造成相关的骨骼模型，系统再将该模型转换成虚拟角色，该角色通过识别该人体骨骼模型的关键部位进行动作触发，在虚拟骨骼模型的帮助下，系统可识别人体的25 个关键部位，甚至还能识别站立和坐姿。

　　那么它是如何识别人体的呢？首先是距离探测，Kinect 采用的是光电编码测距技术，深度传感器会发射一个预编码的红外激光散斑，再根据接收器接收到的红外光变形，来换算深度信息，接着利用深度信息来寻找最可能是人体的画面区域，这个过程也会结合颜色识别，检测人体的面部信息进行定位，甚至可以设置自动登录。为了加快识别速度，微软是有做人工智能优化的，据官方资料显示，用于Kinect 的人工智能大模型数据量达到了TB 级别，从结果来看确实实现了几乎无感知的人体识别。

　　现在的体感游戏大多都延伸到了虚拟现实领域，而VR 设备也都结合了感知定位和摄像头识别这两大方式。比如Pico 4 就通过四颗环境追踪摄像头和红外光学定位系统扫描环境，建立安全区，玩家在安全区内不仅可以在XYZ 三轴上自由旋转视角，也能在XYZ 三轴上进行移动，从而实现6DoF 的目的，而且是头显和双手柄全6DoF。所以现在的体感游戏无论准确度还是沉浸感都达到了前所未有的高度。

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