王樹輝

（長(zhǎng)春工程學(xué)院 計(jì)算機(jī)技術(shù)與工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春130012）

因虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種交互方式也隨之層出不窮，其中最符合人的自然屬性交互模式當(dāng)屬體感交互。體感交互往往讓人們不由自主的將娛樂動(dòng)作在交互過(guò)程中體現(xiàn)出來(lái)，所以是非常受大眾喜愛的。目前虛擬現(xiàn)實(shí)和其交互技術(shù)在電子娛樂，互動(dòng)教育，機(jī)械視覺，傳媒廣告等實(shí)際應(yīng)用中越來(lái)越被重視和應(yīng)用?！吨袊?guó)廣告方式調(diào)查報(bào)告》顯示，在中國(guó)有21.86%的受眾群體中明確表明喜愛虛擬現(xiàn)實(shí)。

1 目前廣告互動(dòng)方式

目前的商品廣告為了提升公眾的參與度，已經(jīng)開始越來(lái)越多地向借鑒新媒介相關(guān)技術(shù)，其中虛擬互動(dòng)技術(shù)的出現(xiàn)使得廣告商的原有格局發(fā)生了變化，現(xiàn)在的廣告不僅有美觀性，還增加了互動(dòng)內(nèi)容，但是目前的互動(dòng)仍然是網(wǎng)頁(yè)和線上互動(dòng)最多，近年來(lái)傾向短視頻植入廣告的方式也仍然是給個(gè)鏈接而已。廣告的互動(dòng)方式和交互度急需改變。而廣告的載體在戶外基本都是以LED 大屏的方式出現(xiàn)，價(jià)格和技術(shù)因素讓特大尺寸的高清LED和彩色LED 隨處可見，在戶外目前所見的各種LED 大屏內(nèi)的廣告均為視頻廣告，這些戶外的廣告方式也亟需改變。

2 現(xiàn)有體感交互手段

如果將體感交互技術(shù)與戶外廣告結(jié)合，就可解決上述問(wèn)題。目前最常用的體感交互技術(shù)手段有兩種：

第一種是ccd（成像）為基礎(chǔ)的體感交互，市場(chǎng)上常用的設(shè)備有微軟的KINECT，北京的VIRTOUCH, 以及l(fā)eap 公司的leapmotion。這種一般都以攝像頭為采集裝置，人類或動(dòng)物只要在攝像頭前做相應(yīng)動(dòng)作，一般將視頻分解為多個(gè)連續(xù)照片，再通過(guò)對(duì)照片的相同顏色或者相同明度的像素進(jìn)行處理，進(jìn)而捕獲關(guān)鍵部位的位置變化，再對(duì)這些變化進(jìn)行處理，分析。用種種手段分析出用戶的動(dòng)作行為并將其轉(zhuǎn)化為輸入指令，與虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容互動(dòng)。其優(yōu)點(diǎn)是不需要穿戴任何外置設(shè)備，視頻采集設(shè)備也非常便宜。但這種技術(shù)對(duì)計(jì)算量要求大，對(duì)計(jì)算機(jī)硬件要求高，同時(shí)受外界環(huán)境影響大，比如環(huán)境光線昏暗、背景雜亂、有遮擋物等情況下不適用。

第二種是利用深度相機(jī)作為采集裝置，深度相機(jī)如果按技術(shù)原理分類，一般可分為三類：結(jié)構(gòu)光、雙目視覺和TOF 飛行時(shí)間法。目前最主流深度感知方案是結(jié)構(gòu)光，根據(jù)結(jié)構(gòu)光投射器向被測(cè)物體表面投射可控制的光點(diǎn)、光條或光面結(jié)構(gòu)的信息，并結(jié)合圖像傳感器獲取到的圖像，利用三角原理以及系統(tǒng)幾何關(guān)系，通過(guò)計(jì)算得到物體對(duì)應(yīng)的的三維坐標(biāo)。其優(yōu)勢(shì)是深度圖像的分辨率比傳統(tǒng)設(shè)備采集到的更高。其劣勢(shì)是根據(jù)折射光的落點(diǎn)位移來(lái)進(jìn)行位置計(jì)算，所以此項(xiàng)技術(shù)對(duì)識(shí)別的距離有嚴(yán)格的要求，同時(shí)不能計(jì)算出精確地深度信息，因此響應(yīng)速度慢。

3 多傳感器實(shí)現(xiàn)交互

針對(duì)現(xiàn)有常用戶外體感交互手段的缺點(diǎn)，查詢了資料，發(fā)現(xiàn)目前有利用紅外與激光融合手段來(lái)識(shí)別目標(biāo)的方法[1]，受此啟發(fā)，通過(guò)對(duì)激光雷達(dá)作為傳感器與紅外線矩陣傳感器的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了多手段融合作為戶外無(wú)感交互傳感器的可行性。首先激光雷達(dá)優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)為深度數(shù)據(jù)，不需要進(jìn)行視頻灰度化和降維處理，僅用數(shù)據(jù)融合就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的提取，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)方法處理數(shù)據(jù)就可獲取交互物體的輪廓和運(yùn)動(dòng)向量。其次利用紅外線點(diǎn)傳感器矩陣，直接判別人體和車的區(qū)別，不需要像視頻采集那樣再配一個(gè)紅外攝像頭。獲得到的直接就是人體輪廓信息。其實(shí)現(xiàn)方式如圖1 所示。

圖1 實(shí)現(xiàn)方式

4 激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的采集

激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)均為深度數(shù)據(jù)，但是人體的體感交互需要的是輪廓數(shù)據(jù)，目前常用的CPD 算法可以將人體外輪廓點(diǎn)進(jìn)行匹配[2]。CPD 算法實(shí)際是將雷達(dá)的相鄰深度數(shù)據(jù)定性為兩個(gè)有關(guān)聯(lián)的點(diǎn)，利用混合高斯模型將這兩個(gè)點(diǎn)建立一個(gè)分類，分配一個(gè)高斯模型的中心，例如有人體進(jìn)入雷達(dá)區(qū)域后，先通過(guò)紅外矩陣識(shí)別人體，啟動(dòng)雷達(dá)探測(cè)，雷達(dá)所獲得的人體域附近的值就有明顯變化，其變化的相鄰點(diǎn)如果定義為△P1…，這些變化的點(diǎn)，就分配一個(gè)高斯模型的中心點(diǎn)，將這些高斯模型的所屬概率計(jì)算出來(lái)，就可以用此概率反推其它所有的點(diǎn)的概率，如果概率大于剛才計(jì)算出來(lái)的概率，則點(diǎn)是人體的輪廓，反之就不是人體的輪廓，高斯模型如公式（1）所示。

公式中的ω 是人為設(shè)定的權(quán)重參數(shù)，這個(gè)參數(shù)大，則人體輪廓的點(diǎn)集合就小一些，反之就大一些。由于戶外交互并不像室內(nèi)交互那樣識(shí)別精準(zhǔn)的手指動(dòng)作等，只是識(shí)別大體的人體運(yùn)動(dòng)所以，點(diǎn)集合多一些少一些僅僅影響多人交互時(shí)候的人與人重疊的部分多少。

雷達(dá)的分辨率越高，人體的輪廓信息越明顯，即可以從屏幕采集的人體輪廓矩陣來(lái)看越像人形，但代價(jià)是人形越明顯就越貴。在戶外廣告交互中的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，受眾看到的應(yīng)該是商品，例如人向左移動(dòng)，LED 戶外大屏上的某品牌礦泉水向左移動(dòng)。所以沒有必要必須完整人形全部采集出來(lái)，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)當(dāng)人形低于50%數(shù)據(jù)時(shí)，廣告商品出現(xiàn)位移不平滑，有跳的表現(xiàn)。所以在戶外廣告實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，雷達(dá)分辨率的選擇只要在設(shè)定距離內(nèi)采集輪廓矩陣保持50%以上，最后再執(zhí)行多個(gè)雷達(dá)的數(shù)據(jù)融合[4]。

5 紅外線干擾的去除

紅外線矩陣如果用紅外線攝像頭，價(jià)格過(guò)于昂貴，利用單點(diǎn)式紅外線矩陣可以很容易的采集到交互人群是否進(jìn)入指定區(qū)域，紅外線矩陣的間接決定了改紅外線矩陣數(shù)據(jù)的大小，根據(jù)測(cè)驗(yàn)，單點(diǎn)紅外線傳感器距離為成年人肩寬平均值以下即可。此時(shí)的紅外線除了外界干擾外（例如熱的汽車尾氣等）還要考慮的就是紅外線不是激光，距離會(huì)造成多個(gè)紅外線數(shù)據(jù)的互相干擾。目前常見的紅外線數(shù)據(jù)的這種干擾避免有發(fā)射層疊法和長(zhǎng)距離法。由于長(zhǎng)距離法需要采集成年人的肩寬等數(shù)據(jù)，所以無(wú)法采用長(zhǎng)距離法，只能用層疊法。層疊法本來(lái)是指把紅外線的發(fā)送器和接收器每一層換向安裝，例如第一層發(fā)射器在左，接收器在右，第二層發(fā)射器在右，接收器在左，對(duì)于本文所需要的紅外線矩陣來(lái)說(shuō)，不能使用接收器式紅外線，使用的是TOF類型的紅外線，所以利用層疊法的思想，并參考了無(wú)線電波干擾的處理方法[3]進(jìn)行了改造，將每相鄰的紅外線進(jìn)行分組，每個(gè)矩陣中心點(diǎn)為奇數(shù)組，矩陣邊為偶數(shù)組，將紅外線的奇數(shù)組和偶數(shù)組間隔打開，目前常用的可編程控制器能做到每隔多少秒輪換打開，這樣就實(shí)現(xiàn)了紅外線傳感器的另一種層疊，大大減少了紅外線傳感器數(shù)據(jù)的交叉干擾。

6 結(jié)論

本文提出的可附加在戶外LED 大屏的戶外體感交互系統(tǒng)，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，將戶外交互技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和傳統(tǒng)廣告融合創(chuàng)新，通過(guò)戶外交互實(shí)時(shí)渲染實(shí)現(xiàn)廣告內(nèi)容互動(dòng)、優(yōu)惠券的發(fā)布、各種商品的植入、顧客信息的采集、功能商品信息的讀取和推薦等。首創(chuàng)提出多傳感器融合的技術(shù)和激光雷達(dá)分層次讀取，并附加機(jī)器學(xué)習(xí)手段實(shí)現(xiàn)戶外交互，提高了戶外廣告的受眾關(guān)注度。