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標簽：杭州網(wǎng)站設計

2006年，Nintendo發(fā)表了新時代游戲主機Wii，掀起了體感游戲的序幕。“體感技術”的基本概念，在于人們可以很直接地使用肢體動作，與周邊的裝置或環(huán)境互動，而無需使用任何復雜的控制設備，便可讓人們身歷其境地與內(nèi)容做互動。舉個例子，當你站在一臺電視前方，假使有某個體感設備可以偵測你手部的動作，此時若是我們將手部分別向上、向下、向左及向右揮，用來控制電視臺的快轉、倒轉、暫停以及終止等功能，便是一種很直接地以體感操控周邊裝置的例子，或是將此四個動作直接對應于游戲角色的反應，便可讓人們得到身臨其境的游戲體驗。其他關于體感技術的應用還包括：3D 虛擬現(xiàn)實、空間鼠標、游戲手柄、運動監(jiān)測、健康醫(yī)療照護等，在未來都有很大的市場。

體感技術原理及技術演進

如圖1所示，圖片中的玩家手持游戲手柄進行“網(wǎng)球體感游戲”，玩家的手部擊球動作可完全用來模擬并控制游戲里游戲角色的球路，而玩家手部的動作與游戲角色球路的對應是如何實現(xiàn)的呢？原理在于玩家手上的手柄能獲取玩家手部的各種物理參數(shù)，例如：加速度、角速度、位移……等等，然后再進一步通過算法，將這些物理參數(shù)轉化為人體在空間中的三個位移量，以及三個旋轉量，如此一來便可將手部在空間中的各種動作（平移 + 旋轉）完全描述出來，接著再將此平移及旋轉量傳輸給游戲角色，游戲角色便可與玩家做出相同的動作對應。因此所謂的“體感游戲”，便是通過各種傳感器捕捉人體的肢體動作（平移 + 旋轉），并將所計算出的肢體動作對應于游戲上角色的反應，使玩家的動作與游戲中角色的反應呈現(xiàn)1:1擬真的對應。

圖2說明了近年來全世界在體感技術上的演進，依照體感方式與原理的不同，主要可分為三大類：慣性感測、光學感測以及慣性及光學聯(lián)合感測。

慣性感測：主要是以慣性傳感器為主，例如用重力傳感器，陀螺儀以及磁傳感器等來感測使用者肢體動作的物理參數(shù)，分別為加速度、角速度以及磁場，再根據(jù)此些物理參數(shù)來求得使用者在空間中的各種動作。主要代表廠商為Logitech在2007年推出空間鼠標（MxAir），使用三軸重力傳感器以及兩軸陀螺儀，可感測使用者在空間中的手部動作，并將此動作轉化為鼠標在屏幕上垂直方向與水平方向的位移。

2009年，蘋果智能型手機開始拉開了手機體感游戲熱門下載的序幕，許多使用慣性傳感器來適配的體感游戲不斷地孕育而生。其中，iPhone使用了以三軸重力感測以及三軸磁傳感器為主的慣性感測。2010年，基于未來手機上即將陸續(xù)推出擁有重力傳感器、磁傳感器和陀螺儀的智能型手機，CyWee發(fā)展了面向這三種傳感器的特有算法，稱為九軸混合感測算法（9 - axis Sensor Fusion Technology）。所謂的九軸，指的便是可量測空間中三軸向之重力傳感器、可量測三軸向之磁傳感器，以及可量測三軸向之陀螺儀，此算法可克服傳統(tǒng)上僅使用個別單一傳感器的缺點，進而達成更精確的空間中動作捕捉原理體感體驗。

光學感測： 主要代表廠商為 S o n y 及Microsoft。早在 2005年以前，Sony 便推出了光學感應套件——EyeToy，主要是通過光學傳感器獲取人體影像，再將此人體影像的肢體動作與游戲中的內(nèi)容互動，主要是以2D平面為主，而內(nèi)容也多屬較為簡易類型的互動游戲。

直到 2010年，Microsoft發(fā)表了跨世代的全新體感感應套件——Kinect，號稱無需使用任何體感手柄，便可達到體感的效果，而比起 EyeToy更為進步的是，Kinect 同時使用激光及攝像頭（RGB）來獲取人體影像信息，可捕捉人體3D全身影像，具有比起EyeToy更為進步的深度信息，而且不受任何燈光環(huán)境限制。

慣性及光學聯(lián)合感測：主要代表廠商為Nintendo及 Sony。2006年所推出的 Wii，主要是在手柄上放置一個重力傳感器，用來偵測手部三軸向的加速度，以及一紅外線傳感器，用來感應在電視屏幕前方的紅外線發(fā)射器訊號，主要可用來偵測手部在垂直及水平方向的位移，來操控一空間鼠標。這樣的配置往往只能偵測一些較為簡單的動作，因此Nintendo在2009年推出了Wii手柄的加強版——Wii Motion Plus，主要為在原有的Wii手柄上再插入一個三軸陀螺儀，如此一來便可更精確地偵測人體手腕旋轉等動作，強化了在體感方面的體驗。至于在2005年推出EyeToy的Sony，也不甘示弱地在2010年推出游戲手柄Move，主要配置包含一個手柄及一個攝像頭，手柄包含重力傳感器、陀螺儀以及磁傳感器，攝像頭用于捕捉人體影像，結合這兩種傳感器，便可偵測人體手部在空間中的移動及轉動。

體感技術于移動裝置端最新應用——九軸體感技術 + 無線多媒體串流技術

體感技術應用移動裝置上時，往往受限于手機屏幕天生便嵌入手機的特性，因此僅能以較簡單的體感方式來操作所有的體感游戲。

例如在圖3的賽車游戲中，原本使用按鍵來控制賽車游戲的轉向，現(xiàn)在便可透過傾斜手機的方式，來以體感方式真實模擬賽車游戲中的轉向。然而，在圖4中的高爾夫球游戲，若你同樣想要以體感的方式揮動手臂來模擬游戲中人物的揮桿，便會發(fā)覺無法實現(xiàn)此操作，原因在于：當你揮動手臂時，手機的畫面也隨著手臂揮擊出，此時便無法觀察游戲的進行，因此這類型的游戲十分不適合體感操作。

而如圖5所示，若能將手機視頻以無線、實時的方式傳輸至一固定屏幕（TV）上，此時玩家眼睛所及的游戲畫面并不會因手機的揮動而影響體感游戲的進行，因此便可在手機上體驗類似高爾夫球的體感游戲了。這是一個在移動設備上的創(chuàng)新應用，大大擴增體感游戲廠商開發(fā)體感游戲上的自由度，而無需局限于僅以較簡單體感方式傾斜或轉動手機來進行體感游戲的開發(fā)。

最適用于移動設備上之體感技術（1）——九軸慣性感測（9-axis Sensor Fusion）

對于一般移動設備來說， 例如手機及Table，皆為可攜式組件，因此需有固定于屏幕前方的光學感應棒的體感技術將受限。由于慣性體感感測無需任何感應棒置于玩家前方，因此以慣性感測方式應用于手機體感游戲?qū)⑹亲罴训慕鉀Q方案。而慣性感測中九軸混合感測算法（9-axis Sensor Fusion），將提供真正1:1動作對應，實時以及 360°自由動作檢測的最佳體現(xiàn)。

使用九軸混合感測算法的原因在于，各個單一的慣性傳感器都有各自的缺點，因此勢必得使用混合感測的方式，通過彼此補償來加以改善各自的缺點。如圖6所示，如果僅僅只使用重力傳感器，將會產(chǎn)生延遲反應、強烈誤動作以及奇異點等問題，這是因為重力傳感器會同時量測到重力變化以及人體加速度變化，因此若無法將此兩個感測值加以分離，便會造成上述問題。而若是以重力傳感器加上磁傳感器，

除了延遲反應之外（磁傳感器反應速率遠小于重力傳感器），磁傳感器也易受外界磁場的干擾，而造成感測錯誤的問題。而若是以重力傳感器加上陀螺儀的組合，則會產(chǎn)生累積誤差，而且陀螺儀易受溫度影響而產(chǎn)生的感測值飄移（drifting）等問題。因此，最完美的組合方案便是將三種傳感器結合起來進行混合感測及補償，便可達到最精確、最實時、絕對位置及不受磁場干擾等的體感體驗。

圖7中描述了CyWee九軸混合算法的各種輸出，其中的校正后的Sensor原始數(shù)據(jù)，CyWee提供了動態(tài)及靜態(tài)校正，可讓使用者在使用中不會遇到感測數(shù)據(jù)不精確的問題，同時，也可使得工廠制造端無需額外進行傳感器校正程序。以及Orientation、旋轉矩陣、四元素、 重力變化以及線性加速度輸出，也都提供了體感游戲開發(fā)商直接調(diào)用。例如OpenGL定義的3D物體旋轉及平移的API，節(jié)省了游戲開發(fā)商對于體感演算開發(fā)的時間，這些輸出已經(jīng)被定義于Google Android 2.3之后版本的API中。

此外，CyWee也提供了各種動作判斷輸出，可供體感游戲開發(fā)商直接調(diào)用。圖8描述了CyWee為開發(fā)商提供體感游戲中各種體感動作算法的輸出結果，稱為動作數(shù)據(jù)庫（Motion Library），可大大地節(jié)省體感游戲開發(fā)商開發(fā)體感游戲的時間及成本，根據(jù)不同的動作類型，可適用于不同類型的體感輸出，例如射擊類動作輸出、射箭類動作輸出、擊打類動作輸出等。

最適用于移動設備上之體感技術（2）——無線多媒體串流技術（Wireless HDMI）

圖9描述了世界上各個廠商對于無線多媒體串流技術的規(guī)格比較，可根據(jù)操作頻段、影像壓縮方式、功耗、傳輸帶寬、支持最大分辨率、延時時間以及傳輸距離等因素來進行比較，可發(fā)現(xiàn)應用于移動設備上時，功耗及傳輸所需帶寬為最大的問題。

功耗方面由于移動設備為一使用電池的裝置，因此，在能夠讓使用者使用無線多媒體串流超過數(shù)個小時（例如：玩游戲、看影音視頻）而不會耗盡電池的各種方案中，可發(fā)現(xiàn)CyWee的解決將是最佳的解決方案。而在所需傳輸帶寬方面，由于手機使用的是1（Transceiver）X 1（Receiver）天線，因此所能支持之最大傳輸帶寬有限，所以在超過 1 X 1天線所能提供帶寬的解決方案，都將是無法適用的。

最新動態(tài)與未來展望

CyWee已擁有多年的發(fā)展體感技術的經(jīng)驗，除了原本在體感游戲及體感手柄銷售上有長足的進展外，在移動領域上更是為之前JIL（Joint Innovation Laboratory）Project所唯一指定的體感方案供貨商。目前更進一步的授權許多國際大廠使用CyWee體感算法，并于Android2.3版本上加以整合，以適配Android 2.3 版本之后關于體感方面API的定義。

而在無線多媒體串流的領域，由中國移動所主導的WiMo（Wireless Mobile MultimediaTransmission Protocol）移動終端無線多媒體傳送技術，為支持高清音視頻無線傳輸?shù)募夹g協(xié)議，該技術支持移動終端與大屏幕設備之間無線、實時、高畫質(zhì)視頻信息傳輸，可實現(xiàn)以行動終端為核心的多屏共享互動。

展望未來，九軸體感技術結合無線多媒體串流技術在移動設備上的發(fā)展?jié)摿κ侵档闷诖?，而無線多媒體串流技術除了會更進一步提升芯片的性能外，也會將其整合于更多需要高傳輸率、低延時視頻壓縮的平臺中（例如: 網(wǎng)絡視頻播放、云端游戲等），相信最終必定能夠在各種移動的平臺上，創(chuàng)造出許多屬于未來的應用。

本文作者：呂英閣，2003年獲臺灣大學機械系碩士學位。大學畢業(yè)后，進入臺灣工業(yè)技術研究院微系統(tǒng)中心，從事體感技術研究。2009 年加入速位互動股份有限公司（CyWee Group Limited）， 繼續(xù)從事體感技術的研究，作為核心研發(fā)成員，完成了9軸體感技術的核心算法。