基于Leap Motion的手势识别在虚拟沙画中的研究与应用

摘要

随着信息技术的发展，人机交互方式不断革新，人们对交互方式的要求经历着从功能需要趋向人性化和自然化的过程，手势交互是这场变革中一个重要的研究方向。沙画艺术作为一种新兴的艺术表现形式，虚拟现实技术的快速发展使得传统沙画艺术有了新的载体。因此本课题以虚拟沙画为背景，基于Leap Motion的手势识别为主要研究内容，对常用的几种手势识别算法理论以及Leap Motion手部跟踪技术做了系统研究。在文中提出了一种手势识别改进算法，并以Unity3D为开发平台，实现了基于Leap Motion的虚拟沙画手势识别系统。本文主要工作如下:
　　(1)通过分析几种常用手势识别算法，选择动态时间规整算法(DTW)作为课题的基础方法;提出了一种改进型动态时间规整算法，限制距离矩阵的搜索范围和改变距离矩阵路径搜索方式，提高了手势识别的实时性，并通过实验验证了算法的可行性。
　　(2)将改进动态时间规整算法应用到基于Leap Motion的手势识别。根据Leap Motion的数据采集特性，提出了采用多特征描述手势轨迹的方法，完成对手部轨迹位置特征和向量特征的采集，提高了手势识别的准确性，并对改进算法进行了测试，验证了改进方法的有效性。
　　(3)运用本文的基于Leap Motion的手势识别方法，实现了虚拟沙画手势识别系统。在系统中设计了八种虚拟沙画手势和三种流程控制手势，并通过实验对手势识别的准确性和实时性做了测试分析，实验表明能够满足在虚拟沙画中的实时性和准确性要求。

目录

声明

摘要

1．1课题研究背景及意义

1．2课题来源

1．3国内外发展现状

1．3．1体感技术

1．3．2手势识别

1．4本文的主要内容和章节安排

2 Leap Motion关键技术及平台部署

2．1 Leap Motion设备

2．1．1硬件结构

2．1．2 Leap Motion原理

2．1．3 Leap Motion工作空间和语言平台支持

2．2 Unity3D开发平台

2．3环境搭建

2．4本章小结

3手势识别研究及算法改进

3．1．1 HMM算法

3．1．2 SVM算法

3．1．3 DTW算法

3．2改进DTW算法

3．2．1轨迹起始结束确定

3．2．2区域划分

3．2．3改进搜索路径

3．3本章小结

4基于Leap Motion的手势识别的设计和实现

4．1手部数据的获取

4．2特征值提取和优化

4．2．1特征位置信息的提取

4．2．2特征位置信息的标准化

4．2．3特征向量的提取

4．2．4特征向量的标准化

4．3基于Leap Motion的手势识别流程

4．4实验结果及分析

4．5本章小结

5基于Leap Motion的虚拟沙画手势识别系统

5．1虚拟沙画手势识别系统的总体设计

5．2虚拟沙画手势的设计

5．3虚拟沙画手势识别的实现

5．4本章小结

6．1本文工作总结

6．2未来工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢