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更新日期:2018-05-15 点击:

原标题:“智能组合光影”身临其境打游戏

你喜欢玩体感游戏吗?你是否为不灵敏的人物、没有真实感的背景感到不够过瘾呢?人大附中高三年级的男生李一锦就有这样的感受。为提升体感游戏的真实感,他研制了一款“智能组合光影系统”,将Kinect游戏传感器与投影仪相结合,让人物的影像融入背景,达到了“人在游戏中”的视觉效果。这个项目也在今年的全国青少年科技创新大赛上获得了一等奖的好成绩。

创意缘起

体感游戏不真实

“现在许多体感游戏很受大家欢迎,但它存在着一个致命的缺陷——缺乏真实感,”李一锦喜欢玩一些体感小游戏,但他经常感觉到,游戏玩家在游戏中是被动与光影进行交互,让人很不过瘾。

“比如打网球的小游戏,都是游戏中设定的小人物在画面里操作,游戏者本人无法融入游戏中,”此时的李一锦冒出了想法,能不能把人的影像加进游戏里,让游戏者体会到“真人实战”的感受呢?

从小对高新科技领域感兴趣的李一锦了解到,微软推出的Kinect游戏传感器具有RGB摄像头、红外发射器和CMOS接收器等组件,除了可以拍摄基本的RGB图像,还可以获取深度图像和人体的骨骼图像,得到人体各骨骼点相对于Kinect的坐标,可以应用在控制机器人、虚拟试衣镜、运动捕捉以及应用在手术室等场合中。李一锦觉得可以利用这款传感器提升人机交互中的真实感,为游戏领域带来革新。

经过反复思考、试验,李一锦决定尝试将Kinect传感器与投影仪联系在一起,“使得这两部分在空间上达到配准,最终实现了投影仪传输的影像中有人的影子的融入,直接主动和游戏交互,使人的影子成为游戏的主动参与者。”这在人机交互与虚拟现实开发的领域是前所未有的创意。

创意目标

让影子“拍打”小球

李一锦向记者解释了这项发明要实现的几大功能:首要功能是实感拍打“小球”的功能。通过投影仪打出的光圈,人的影子映射到屏幕上。这时设备“抛出”了一个红色的小球,当你伸出手主动去“拍打”小球,屏幕上的小球一旦“接触”到手部影子,就会根据手的运动速度和方向被反方向弹出。如此反复,感觉像自己的影子在“拍打”小球一样真实。第二个功能可以实现小球在操作者胳膊的影子上进行上下虚拟滚动。

“这两项是本项目最主要的功能,可以运用在新的体感游戏的开发上,让游戏更加具有真实感,受到更多人的喜爱。也可以使用在物理实验中,比如虚拟力学实验。让小球在胳膊上进行滚动或者探究小球受到某个力影响时的运动状态,提升虚拟实验的真实感。”李一锦在介绍项目的应用前景时说。

除了两项主要的功能外,李一锦发现将Kinect传感器与投影仪联系在一起还能完成其他的一些功能。“通过传感器的捕捉,投影仪可以将彩色的光打在人的全身。同时,人在屏幕前走动,投影仪可完成‘追光’效果,让彩色光追着人‘走’,始终打在人的身上。”进一步开发这个功能,李一锦的实验做到了可将人体分不同部分打上不同颜色的光的程度。“这项功能可以运用在一些演示活动中,用以提升演示的艺术效果。”

李一锦还研究完成了将人体影像从环境中脱离出来,投影在屏幕上的功能。“这款设备可将人的彩色图像从周围环境中‘抠’出来,呈现在屏幕上,然后添加自己喜欢的效果。比如,设置稻田的背景,就可以看到人站在稻田上的景象,就像‘PS’一样”,李一锦说,这个功能可使屏幕中的演示者置身于任何想要的背景,就像身临其境一样。

创意过程

为调整误差实验千次

设定了小球的主要功能后,李一锦在实际操作实验时,遇到的最大困难在编程上。“最初程序编出来时,‘小球’根本碰不到人手部的影子,还离得老远就被‘弹’走了。这是因为参数的设定具有误差,这个误差影响非常大,差0.05就根本‘拍’不到小球了。”最开始的近两个月时间,李一锦都在不断调整参数,“有时陷进去,有时离很远。”

为了让Kinect传感器与投影仪密切融合在一起,李一锦要算出一个线性关系,将传感器捕捉到的、传输到电脑中的传感器数据与投影仪投射出的空间数据、真实物理空间中的数据3组数据通过一个自己设定的线性关系,重叠在一起。“最开始设想得很简单,其实做起来非常麻烦,需要不断测量距离、计算参数、试验效果,最终找到比较准确的3组参数,进行编程。”虽然最开始就预想到了不可能几次就成功,但数千次实验有时也让李一锦头疼。

李一锦将周二晚上的时间、周五下午的研学课时间、周六周日的休息时间,全部泡在北京理工大学的实验室里做实验,“每周要投入超过8小时,有时在实验室研究到夜里11点被‘赶回来’,从没在12点之前睡过觉。”就这样,在去年11月,项目有了雏形;今年3月,基本完成了调试的工作。不断调整的过程中,项目也分别在区、市和国家级竞赛中为李一锦赢得了不少奖项。

项目之外

目标是考入清华大学

李一锦的兴趣可不光在科技方面,在完成项目的同时,他还兼任着学校体育部和班级电影兴趣小组的工作。“晚上做实验,中午就组织篮联、足联的活动,协助同学们拍摄电影。我们拍摄的电影,还获得了学校今年5月30日举办的校园电影节‘最佳影片’大奖,没我肯定不行!”

作为一个科技、体育、文艺全面发展的“三好青年”,李一锦坦言自己在学业上几乎没怎么操心过。“高一、高二阶段,我一直在课外活动上花费的精力多,在课业学习上花费的时间少。但只要上课认真听讲,课后有重点复习,我的成绩一直不错,排在年级前30名。”

李一锦从小对工科特别感兴趣,这与家庭的熏陶分不开。小学二三年级开始,在大学工作的爸爸时常带着李一锦参观有项目的实验室,小小的李一锦一进了实验室就成了科研人员们的“小尾巴”,总是追着人问,“这是什么啊”、“这是怎么构成的”、“这个要做什么用”……

高三了,李一锦的目标是考入清华大学,理想的专业是电子工程专业或自动化专业,“这是我的兴趣所在,这个项目,我希望在大学里能够继续跟进。”学业结束后,李一锦希望能进入高新科技领域,但他不想搞科研,他希望工作可以离生产、市场更近些,“这是性格原因嘛!我就喜欢与人交往,课外活动这么多的人,怎么可能内向?”

10月23日,李一锦还要带着自己的项目参加“明天小小科学家”比赛。如今,他又投入了紧张的调试和备赛中。