超级会员免费看
利用Kinect实现对象移动：从基础到实践
Kinect作为一款知名的传感器，近年来在多个领域得到了广泛应用，尤其是在虚拟现实（VR）应用中表现出色。它有v1和v2两个版本，本文将详细介绍这两种Kinect的结构信息，并指导你如何在Unity软件中使用它们，实现通过Kinect检测用户并展示其在Unity中的动作。
1. Kinect简介
Kinect是微软开发的一款运动感应输入设备，开发代号为Project Natal。它以网络摄像头风格的附加外设为基础，让用户无需游戏控制器，通过手势和语音命令等自然用户界面，就能控制和与控制台或计算机进行交互。该技术于2005年由Zeev Zalevsky、Alexander Shpunt、Aviad Maizels、Javier Garcia和Alex Kipman为微软发明，并于2010年11月4日在Xbox 360上推出。
Kinect最初旨在作为游戏工具或控制器，但很快其应用范围就远超游戏领域。它是一种RGB - D传感器，能同步提供彩色和图像深度信息。由于其深度感应技术成本低于其他传统3D相机，因此扩展了Kinect的应用能力。
Kinect的发展历程如下：
- 2010年11月，第一代用于Xbox 360的Kinect推出。
- 2011年6月16日，微软宣布了适用于Windows 7应用的Kinect软件开发工具包（SDK）的测试版，允许开发者使用C++/CLI、C#或Visual Basic.NET编写Kinect应用，但不能用于商业目的。
- 随后，Windows SDK 1.0版本发布，支持商业应用，并需要Kinect for Windows硬件。
- 2013年，随着Xbox One平台的推出，Kinect for Xbox One也随之发布。
- 2014年，Kinect for Windows v2硬件及支持的SDK发布，Windows SDK 2.0版本支持Kinect for Windows v2和Kinect for Xbox One硬件。
- 2015年，微软宣布停止第一代Kinect for Windows设备的生产，Kinect for Xbox 360也于2016年4月随控制台一同停产。同年，Kinect for Windows v2也停止生产，建议用户使用带有适配器的Kinect for Xbox One硬件用于Windows机器。
- 2017年10月，Kinect for Xbox One停产。不过，微软仍在为开发者继续开发该平台，最近的一次发布是2019年2月宣布的Azure Kinect。
尽管原始的Kinect已从微软服务中移除，但研究人员仍在开发许多相关应用，如深度传感器的背景去除、物体识别、多用户骨骼跟踪、简易手势识别、麦克风阵列、声源检测和语音识别等。此外，还有一些基于Kinect的新产品，如语音命令和Cortana、Skype和Mixer的网络摄像头、快速Xbox One登录等。
2. Xbox Kinect的工作原理
Kinect的红外（IR）相机能够在1 - 4米的距离内处理数据，输入精度极高，数据捕获速率为30帧每秒（fps）。它还具有根据房间条件自动校准的功能。Kinect主要由软件和硬件两部分组成。
2.1 软件
Kinect的软件是其成为突破性设备的关键。开发者收集了大量关于现实场景中移动物体的运动捕捉数据，并使用独特的人工智能机器学习算法处理这些数据。这使得Kinect能够将收集到的视觉信息映射到代表不同背景（年龄、身高、性别、体型、服装等）人群的模型上。Kinect的系统中存储了足够的智能信息，能够分析所看到的内容，并与存储的骨骼结构集合进行匹配，以解释你的动作。当收集到足够的身体部位数据后，它会将这些参考数据输出为简化的3D化身形状。此外，在整个游戏过程中，Kinect还需判断你身体不同部位的距离，为此它使用了一系列传感器，并每秒分析这些数据30次。
2.2 硬件
Kinect包含三个关键组件，它们协同工作以检测你的动作并在屏幕上创建你的物理图像：
-
RGB彩色VGA视频相机
：用于检测红、绿、蓝颜色分量以及身体类型和面部特征。它的像素分辨率为640×480，帧率为30 fps，有助于面部识别和身体识别。
-
深度传感器
：包含单色CMOS传感器和红外投影仪，可在整个房间内创建3D图像。它通过发射不可见的近红外光并测量其从物体反射后的飞行时间，来测量玩家身体各点的距离。
-
多阵列麦克风
：由四个麦克风组成的阵列，能够将玩家的声音与其他背景噪音分离，让玩家可以使用语音作为额外的控制功能。
这些组件共同协作，每秒可检测和跟踪每个玩家身体上的48个不同点。软硬件结合使Kinect能够生成3D图像，并识别其视野内的人类。它可以分析面前的人，并通过多个过滤器来确定哪种身体结构与系统中编程的正确类型相匹配。在你享受无需手持任何设备就能成为游戏角色的乐趣时，Kinect与视野内的物体之间会不断来回传输数据。而且，Kinect的应用远不止于玩视频游戏，在其他领域也有大量的应用可能性。
3. 将Kinect Xbox 360连接到Unity
要将Kinect Xbox 360连接到Unity，可按以下步骤操作：
1.
安装Unity 3D
：如果你还未安装，可以从unity.com下载并安装。
2.
安装Kinect软件
：需要从以下链接下载并安装三个程序：
-
Kinect for Windows SDK v1.8
：从https://www.microsoft.com/en-us/download/details.aspx?id=40278下载并安装，直到看到完整的安装完成消息。
-
Kinect for Windows Runtime v1.8
：从https://www.microsoft.com/en-us/download/details.aspx?id=40277下载并安装。
-
Kinect for Windows Developer Toolkit v1.8
：从https://www.microsoft.com/en-us/download/details.aspx?id=40276下载并安装。
3.
将Kinect连接到计算机
：根据相关图示，使用USB电缆和Kinect电源将Kinect连接到计算机。
4.
创建Unity项目
：打开Unity Hub，启动Unity并创建一个新项目。
5.
导入资源
：前往Unity Asset商店，将以下资源添加到你的Unity账户。该资源可从https://assetstore.unity.com/packages/tools/kinect-with-ms-sdk-7747下载，然后导入到Unity中。之后，通过Window → Package Manager → 从下拉菜单中选择My Assets。为确保资源正确导入，可检查路径：edit → preferences → external tools，确保选择了Visual Studio Community（特别是在重新安装Unity时）。导入后，可能会看到一些错误信息。
6.
修复错误
：由于该资源最初是为Unity v5设计的，因此需要修复错误。具体操作如下：
- 双击控制台中的红色错误以打开Visual Studio，若提示进入Visual Studio，选择“Not now”。
- 点击Edit → Find and Replace → Replace in Files，根据以下表格进行文件替换：
| 序号 | 查找内容 | 替换内容 |
| ---- | ---- | ---- |
| 1 | GUIText | Text |
| 2 | GUITexture | Image |
| 3 |.guiText.text |.text |
| 4 |.guiTexture | - |
- 对于每个打开的文件，在“Using XXX;”语句之后添加“using UnityEngine.UI;”，然后保存所有文件。
- 最后一组错误在KinectOverlayer.cs文件中，打开该文件后，将第1 - 40行替换为以下代码，然后在Visual Studio中保存所有文件并关闭，再返回Unity。
using UnityEngine;
using system.Collections;
using UnityEngine.UI;
public class KinectOverlayer: MonoBehaviour
{
// public Vector3 TopLeft;
// public Vector3 TopRight;
// public Vector3 BottomRight;
// public Vector3 BottomLeft;
Sprite mySprite;
public Image backgroundImage;
public KinectWrapper.NuiSkeletonPositionIndex TrackedJoint =
KinectWrapper.NuiSkeletonPositionIndex.HandRight;
public GameObject OverlayObject;
public float smoothFactor = 5f;
public Text debugText;
private float distanceToCamera = 10f;
void Start()
{
if(OverlayObject)
{
distanceToCamera = (OverlayObject.transform.position -
Camera.main.transform.position).magnitude;
}
}
void Update()
{
KinectManager manager = KinectManager.Instance;
if(manager && manager.IsInitialized())
{
mySprite = Sprite.Create(manager.GetUsersClrTex(), new Rect(0.0f,
0.0f, manager.GetUsersClrTex().width, manager.GetUsersClrTex().height), new
Vector2(0.5f, 0.5f), 100.0f);
//backgroundImage.renderer.material.mainTexture = manager.GetUsersClrTex();
if(backgroundImage && (backgroundImage == null))
{
backgroundImage.sprite = mySprite;
}
}
}
}
- 打开场景 ：点击AvatarsDemo文件夹，然后双击KinectAvatarsDemo场景。运行场景，在Kinect前移动双手查看效果，成功后停止场景。
- 编辑资源并设置相机 ：在Hierarchy窗口中右键单击并删除Game Objects U_CharacaterBack和U_CharacterFront。在Hierarchy Pane中选择Main Camera，在Inspector Pane中更改其值，将相机设置到合适的位置。
- 最终运行 ：再次运行场景，这是一个没有任何主体的场景。当你站在Kinect前移动手和腿时，应该能看到骨骼形状。
4. Kinect V2连接到Unity
4.1 Kinect V2简要回顾
Kinect v2相机的显著特点是具有更高的分辨率能力。尽管Kinect v1相对于普通网络摄像头有了很大改进，但它受限于较低的分辨率输出。从纯技术规格的角度来看，Kinect v1和Kinect v2的对比如下：
| 特性 | Kinect v1 | Kinect v2 |
| ---- | ---- | ---- |
| 彩色相机 | 640×480@30 fps | 1920×1080@30 fps |
| 深度相机 | 320×240 | 512×424 |
| 最大深度相机 | 4.5M | 4.5M |
| 最小深度相机 | 近模式下40 cm | 50 cm |
| 水平视野 | 57度 | 70度 |
| 垂直视野 | 43度 | 60度 |
| 倾斜电机 | 有 | 无 |
| 定义的骨骼关节 | 20个关节 | 26个关节 |
| 跟踪的完整骨骼 | 2个 | 6个 |
| USB标准 | 2.0 | 3.0 |
| 支持的操作系统 | Win 7、Win 8、Win 10 | Win 8、Win 10 |
专家认为，Kinect v2的面部识别、运动跟踪和分辨率比Kinect v1更加精确。它使用飞行时间技术来确定特定物体的特征和运动，即使在完全黑暗的房间里也能像在光线充足的房间里一样清晰可见，并且具有1080分辨率（HD）。Kinect v2每秒可处理2GB的数据，USB 3为数据传输提供了几乎快10倍的宽带，视野宽60%，能够检测和跟踪6个人体的20个关节（包括拇指）。相比之下，Kinect v1只能跟踪2个人的20个关节。此外，使用Kinect v2时，用户还能够检测心率、面部表情和肢体重量等更精确的生物特征数据，而Kinect v1.0设备则无法跟踪手指以及手部和手臂的伸展和收缩动作。显然，Kinect v2技术比第一代Kinect更强大、更复杂。
4.2 将Kinect V2连接到Unity的步骤
- 安装Unity 3D ：若未安装，从unity.com下载并安装（若已安装可跳过此步骤）。
-
安装Kinect软件
：需要从以下链接下载并安装三个软件：
- Kinect for Windows SDK 2 ：从https://www.microsoft.com/en-us/download/details.aspx?id=44561下载并安装，直到看到完整的安装完成消息。
- Kinect for Windows Runtime 2 ：从https://www.microsoft.com/en-us/download/details.aspx?id=44559下载并安装。
- Unity Pro ：从https://go.microsoft.com/fwlink/p/?LinkId=513177下载一个压缩文件，将其解压到合适的位置使用。
- 创建Unity项目 ：打开Unity Hub，启动Unity并创建一个新项目。
- 导入Unity Pro包 ：点击Assets → Import - Package → Custom Package，导入Kinect.2.0.14100.19000.unitypackage包。导入后，项目窗口中会出现一个名为Standard Assets的新文件夹。将Kinect view文件夹拖放到项目窗口中，在接下来的提示中点击“I Have Made a Backup, Go Ahead!”。
- 将Kinect连接到计算机 ：根据图示，使用USB电缆和Kinect电源将Kinect连接到计算机，连接后让Windows安装所有驱动程序。
- 返回Unity并打开主场景进行测试 ：选择KinectView，然后双击其中的MainScene场景。这将在游戏窗口中打开支持Kinect的场景。点击IDE顶部中心附近的单箭头以运行应用程序，Kinect将自动开启，你应该能看到彩色图像、红外图像、场景中任何身体的渲染以及点云模拟。该场景中有一些预制对象，它们连接到Kinect设备，获取数据并在监视器上显示。点击播放按钮进行测试。
-
创建新场景
：创建一个名为Gestures的新场景。然后创建一些用于交互的游戏对象：
- 点击GameObject → Create Empty，创建一个新的游戏对象并将其重命名为BodySourceManager，选择它并添加Body Source Manager作为组件。
- 再次点击GameObject → Create Empty，创建一个新的游戏对象并将其重命名为Object1。
- 在Assets中创建一个名为Script的新文件夹，在该文件夹中创建一个C#脚本并命名为DetectJoints。将该脚本拖放到Object1上，添加组件并选择脚本。
- 右键单击GameObject Object1，创建一个名为Cube的新3D对象。点击Object1，在Inspector窗口的Detect Joints Script部分，点击tracked joint并选择Hand Left选项。
- 创建另一个名为Object2的游戏对象，将Detect Joints脚本拖放到Object2上，右键单击它并创建一个粒子系统。
-
最终场景截图及代码替换
：
- 双击DetectJoints脚本以打开Visual Studio，等待其启动。
- 删除现有代码后，粘贴以下代码：
using UnityEngine;
using system.Collections;
using Windows.Kinect;
public class DetectJoints : MonoBehaviour {
public GameObject BodySrcManager;
public JointType TrackedJoint;
private BodySourceManager bodyManager;
private Body[] bodies;
public float multiplier = 10f;
// Use this for initialization
void Start () {
if (BodySrcManager == null)
{
Debug.Log("Asign Game Object with Body Source Manager");
}
else
{
bodyManager = BodySrcManager.GetComponent<BodySourceManager>();
}
}
// Update is called once per frame
void Update () {
if(BodySrcManager == null)
{
return;
}
bodies = bodyManager.GetData();
if(bodies == null)
{
return;
}
foreach (var body in bodies)
{
if(body == null)
{
continue;
}
if (body.IsTracked)
{
var pos = body.Joints[TrackedJoint].Position;
gameObject.transform.position = new Vector3(pos.X * multiplier, pos.Y*multiplier);
}
}
}
}
- 在Visual Studio中保存文件并关闭。
- 最终运行 ：从Unity中运行场景，在Kinect前移动身体，即可观察到相应的动作效果。
通过以上步骤，你可以在Unity中成功使用Kinect v1和v2，实现通过Kinect检测用户并展示其在Unity中的动作，开启更多有趣的应用开发之旅。
利用Kinect实现对象移动：从基础到实践
5. Kinect技术的应用拓展与未来展望
Kinect作为一种强大的传感器技术，其应用场景远远不止于上述所提到的游戏和Unity开发。下面我们将探讨一些Kinect在其他领域的应用拓展，以及对其未来发展的展望。
5.1 医疗保健领域
在医疗保健领域，Kinect的应用具有巨大的潜力。其高精度的骨骼跟踪和动作捕捉功能可以用于康复治疗。例如，医生可以利用Kinect监测患者的康复训练动作，确保动作的准确性和规范性。通过分析患者的动作数据，医生可以为患者制定更加个性化的康复计划。
另外，Kinect还可以用于远程医疗。患者可以在家中使用Kinect设备进行身体检查，医生通过远程获取患者的动作和身体数据，进行初步的诊断和治疗建议。这对于一些行动不便的患者来说，提供了更加便捷的医疗服务。
5.2 教育领域
在教育领域，Kinect可以为教学带来更加生动和互动的体验。例如，在体育教学中，教师可以利用Kinect分析学生的运动姿势，给予及时的反馈和指导。在科学教育中，学生可以通过Kinect进行虚拟实验，观察物体的运动和变化。
此外，Kinect还可以用于特殊教育。对于一些有学习障碍或身体残疾的学生，Kinect的手势和语音控制功能可以为他们提供更加友好的学习环境，帮助他们更好地参与到学习中来。
5.3 未来发展展望
随着技术的不断进步，Kinect有望在更多领域得到应用。例如，在智能家居领域，Kinect可以作为家庭的智能传感器，通过识别用户的动作和语音，实现对家电设备的智能控制。在虚拟现实和增强现实领域，Kinect的高精度跟踪功能可以为用户提供更加沉浸式的体验。
同时，微软也在不断改进Kinect技术，提高其性能和功能。未来的Kinect可能会具有更高的分辨率、更快的数据处理速度和更广泛的应用场景。
6. Kinect技术的优势与挑战
6.1 优势
- 自然交互 ：Kinect允许用户通过手势和语音进行自然交互，无需使用传统的控制器，这为用户带来了更加便捷和直观的体验。
- 高精度跟踪 ：Kinect能够高精度地跟踪人体的骨骼和动作，为各种应用提供了准确的数据支持。
- 多领域应用 ：Kinect的应用场景广泛，涵盖了游戏、医疗、教育、智能家居等多个领域。
6.2 挑战
- 环境适应性 ：Kinect的性能可能会受到环境因素的影响，例如光线、障碍物等。在复杂的环境中，其跟踪精度可能会下降。
- 数据处理能力 ：随着应用场景的不断拓展，Kinect需要处理的数据量也越来越大。如何提高数据处理能力，确保实时性和准确性，是一个挑战。
- 隐私问题 ：Kinect可以收集用户的身体数据和动作信息，这可能会引发隐私问题。如何保护用户的隐私，是Kinect技术发展过程中需要解决的问题。
7. 总结
Kinect作为一种先进的传感器技术，为我们带来了全新的交互方式和应用体验。通过本文的介绍，我们了解了Kinect的基本原理、工作方式，以及如何在Unity中使用Kinect v1和v2实现对象移动。同时，我们也探讨了Kinect在医疗保健、教育等领域的应用拓展，以及其未来发展的展望。
尽管Kinect技术面临着一些挑战，但随着技术的不断进步和创新，相信Kinect将会在更多领域发挥重要作用。如果你对Kinect技术感兴趣，可以按照本文提供的步骤进行实践，开启属于自己的Kinect应用开发之旅。
流程图总结
graph LR
classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px
classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px
A([开始]):::startend --> B(了解Kinect):::process
B --> C{选择版本}:::process
C -->|v1| D(连接Kinect Xbox 360到Unity):::process
C -->|v2| E(连接Kinect V2到Unity):::process
D --> F(安装Unity 3D):::process
D --> G(安装Kinect软件):::process
D --> H(连接Kinect到计算机):::process
D --> I(创建Unity项目):::process
D --> J(导入资源):::process
D --> K(修复错误):::process
D --> L(打开场景):::process
D --> M(编辑资源并设置相机):::process
D --> N(最终运行):::process
E --> O(安装Unity 3D):::process
E --> P(安装Kinect软件):::process
E --> Q(创建Unity项目):::process
E --> R(导入Unity Pro包):::process
E --> S(连接Kinect到计算机):::process
E --> T(返回Unity并打开主场景测试):::process
E --> U(创建新场景):::process
E --> V(最终场景截图及代码替换):::process
E --> W(最终运行):::process
N --> X(拓展应用):::process
W --> X
X --> Y(医疗保健):::process
X --> Z(教育):::process
X --> AA(智能家居):::process
Y --> AB(康复治疗):::process
Y --> AC(远程医疗):::process
Z --> AD(体育教学):::process
Z --> AE(科学教育):::process
Z --> AF(特殊教育):::process
AA --> AG(家电控制):::process
AB --> AH([结束]):::startend
AC --> AH
AD --> AH
AE --> AH
AF --> AH
AG --> AH
关键信息表格总结
| 内容 | 详情 |
|---|---|
| Kinect版本 | v1和v2 |
| v1连接步骤 | 1. 安装Unity 3D；2. 安装Kinect软件（SDK v1.8、Runtime v1.8、Developer Toolkit v1.8）；3. 连接Kinect到计算机；4. 创建Unity项目；5. 导入资源；6. 修复错误；7. 打开场景；8. 编辑资源并设置相机；9. 最终运行 |
| v2连接步骤 | 1. 安装Unity 3D；2. 安装Kinect软件（SDK 2、Runtime 2、Unity Pro）；3. 创建Unity项目；4. 导入Unity Pro包；5. 连接Kinect到计算机；6. 返回Unity并打开主场景测试；7. 创建新场景；8. 最终场景截图及代码替换；9. 最终运行 |
| 应用领域 | 游戏、医疗保健、教育、智能家居等 |
| 优势 | 自然交互、高精度跟踪、多领域应用 |
| 挑战 | 环境适应性、数据处理能力、隐私问题 |
扫一扫
9047
被折叠的 条评论
为什么被折叠?
到【灌水乐园】发言
