Leap Motion運行原理介紹

定位與輸入是VR技術的關鍵，leap MoTIon使用的是一種基于計算機視覺原理的識別技術。目前在業(yè)內比較有代表性的就是Leap MoTIon的手勢識別技術，當然這并非Leap MoTIon獨有的技術，hololens上同樣搭載該技術。從 API 的角度大概說一下。

Leap MoTIon 傳感器的結構：

大體上，Leap 傳感器根據內置的兩個攝像頭從不同角度捕捉的畫面，重建出手掌在真實世界三維空間的運動信息。檢測的范圍大體在傳感器上方 25 毫米到 600 毫米之間，檢測的空間大體是一個倒四棱錐體。

首先，Leap Motion 傳感器會建立一個直角座標系，座標的原點是傳感器的中心，座標的 X 軸平行于傳感器，指向屏幕右方。Y 軸指向上方。Z 軸指向背離屏幕的方向。單位為真實世界的毫米。如圖：

在使用過程中， Leap Motion 傳感器會定期的發(fā)送關于手的運動信息，每份這樣的信息稱為“幀”（ frame ）。每一個這樣的幀包含檢測到的：

所有手掌的列表及信息；

所有手指的列表及信息；

手持工具（細的、筆直的、比手指長的東西，例如一枝筆）的列表及信息；

所有可指向對象（Pointable Object），即所有手指和工具的列表及信息；

Leap 傳感器會給所有這些分配一個唯一標識（ID），在手掌、手指、工具保持在視野范圍內時，是不會改變的。根據這些 ID，可以通過 Frame：：hand（ ） ， Frame：：finger（ ） 等函數來查詢每個運動對象的信息。

Leap 可以根據每幀和前幀檢測到的數據，生成運動信息。例如，若檢測到兩只手，并且兩只手都超一個方向移動，就認為是平移；若是像握著球一樣轉動，則記為旋轉。若兩只手靠近或分開，則記為縮放。所生成的數據包含：

旋轉的軸向向量；

旋轉的角度（順時針為正）；

描述旋轉的矩陣；

縮放因子；

平移向量；

對于每只手，可以檢測到如下信息：

手掌中心的位置（三維向量，相對于傳感器座標原點，毫米為單位）；

手掌移動的速度（毫米每秒）；

手掌的法向量（垂直于手掌平面，從手心指向外）；

手掌朝向的方向；

根據手掌彎曲的弧度確定的虛擬球體的中心；

根據手掌彎曲的弧度確定的虛擬球體的半徑；

其中，手掌的法向量和方向如下圖所示：

“手掌球”的圓心和半徑：

對于每個手掌，亦可檢測出平移、旋轉（如轉動手腕帶動手掌轉動）、縮放（如手指分開、聚合）的信息。檢測的數據如全局變換一樣，包括：

旋轉的軸向向量；

旋轉的角度（順時針為正）；

描述旋轉的矩陣；

縮放因子；

平移向量；

Leap 除了可以檢測手指外，也可以檢測手持的工具。像上文所說的，就是細的、筆直的、比手指長的物件：

對于手指和工具，會統(tǒng)一地稱為可指向對象（Pointable Object，抱歉不太會翻譯），每個 Pointable Object 包含了這些信息：

長度；

寬度；

方向；

指尖位置；

指尖速度；

方向和指尖位置如下圖：

根據全局的信息、運動變換，手掌、手指和工具的信息和變換，開發(fā)者就可以靠這些來制作游戲、程序了。