基于Kinect体感交互技术的武警部队虚拟勤务训练软件开发

摘要

本研究是基于武警部队开展勤务训练现状中存在的困境展开分析的，当前最主要的问题是，部队分布点多、线长、面广，勤务标准难以统一;第二，现有的部队教育方式较为单一，导致基层学习兴趣不浓;第三，下发标准一直是用纸质的方式，动作的统一容易产生分歧。
　　通过学习研究国内外、军内外的现状，最终采用Kinect体感交互技术与Unity3D虚拟仿真平台相结合的方式开发，分析认为运用以上形式可以解决现在武警部队存在的勤务训练教育的矛盾。
　　为了能让Kinect更好的被计算机软件调用，同时又能达到简化编程，缩短软件开发周期，必须对Kinect的驱动组件进行研究，并且对Kinect常用的驱动获取方式OpenNI和Microsoft SDK进行讨论，通过比对分析，最终选择使用Kinect forMicrosoft SDK1.7官方开发组建进行开发。
　　虚拟仿真软件部分，采取了与Kinect兼容性较好的Unity3D4.2版本。在Unity3D仿真平台的内部，通过Microsoft SDK对Kinect驱动组件的参数接口调用，获取到Kinect处理后的骨骼数据信息。再通过对数据的分析、手势识别和场景视角的控制等关键问题运用体感控制的技术，实现简单的虚拟环境漫游，使受训者对训练环境有基本的了解，完成软件的第一步功能。
　　第二步功能，将Kinect获取到的骨骼信息，与用Maya3D建立的“现实人”骨骼绑定在一起，这样可以实现参训者仿佛置身于虚拟训练环境中，当在电脑虚拟环境中加入3DS MAX录制好骨骼动作的“虚拟人”时，就可以实现“虚拟人”与“真实人”进行对打的效果，对虚拟仿真软件Unity3D中“虚拟人”和“现实人”的骨骼碰撞进行检测，就可以实现了动作学习和学习判断的功能，达到了执勤训练的预期效果。
　　最终通过在武警部队基层多次测试的反馈结果，得到体感交互技术能提高对执勤动作的理解度、增强训练的沉浸感。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 研究背景与研究动机

1．3 国内外研究现状

1．3．1 虚拟仿真应用研究现状

1．3．2 体感交互技术应用现状

1．3．3 武警部队虚拟仿真分类及研究现状

1．3．4 研究目的和论文意义

1．4 研究内容与主要工作

1．5 本文的组织结构

1．6 本章小结

第2章 Kinect传感器的基本结构

2．1 引言

2．2 Kinect传感器的硬件组成

2．2．1 Kinect传感器的芯片组成

2．2．2 Kinect的关键部件及基本功能

2．3 分块研究Kinect的各个模块

2．3．1 Kinect的控制芯片研究

2．3．2 Kinect的获取图像部分

2．3．3 Kinect的麦克风阵列

2．3．4 Kinect的其他功能组件

2．4 Kinect的各项参数

2．5 本章小结

第3章 Kinect for Microsoflc SDK的开发

3．1 引言

3．2 开发环境配置

3．2．1 安装Kinect步骤

3．2．2 调试Kinect步骤

3．3 Kinect for Windows SDK实现基本功能

3．3．1 彩色影像数据流(ColorImageStream)

3．3．2 景深影像数据流(DepthImageStream)

3．3．3 骨骼追踪(SkeletonStream)

3．4 本章小结

第4章 Unity3D仿真的模型构建和场景设计

4．1 引言

4．2 Unity3D仿真的基本信息

4．3 结构拓扑图

4．4 Unity3D在接入Kinect之前的准备工作

4．4．1 规章制度学习场景(监区体感漫游)的Unity3D开发

4．4．2 标兵教练员动作场景(动作示范)的Unity3D开发

4．5 本章小结

第5章 加入Kinect交互的Unity3D开发和设计

5．1 引言

5．2 Kinect接入Unity3D平台

5．3 结合Kinect交互完成Unity3D的开发

5．3．1 规章制度学习场景(监区体感漫游)的unity3D结合Kinect开发

5．3．2 动作学习场景(分解动作)的Unity3D结合Kinect开发

5．4 程序打包发布

5．5 测试与应用

5．6 本章小结

总结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间所参加与的项目

附录