kinect的体感游戏交互设计
摘 要近年来来体感设备和技术飞速发展，基于体感交互的应用与开发也是目前研究和发展的热门领域，体感设备使得人机互动的模式展现得更完美。特别是在游戏行业中，体感游戏的出现彻底改变了传统游戏单调的操作模式。与传统的游戏模式相比，体感游戏近似于在真实空间中的操作可以为玩家带来更强的真实感和操控感，大大提升了游戏的游戏性和可玩性。Kinect是近年较为成熟的，并被广泛应用的体感设备。本文根据对Kinect技术特点的研究和分析，以及对相关应用游戏设计的梳理，提出了充分利用骨骼数据的目标，并结合Unity3d游戏引擎探索了一款基于Kinect体感设备的交互式康复训练游戏原型的设计与实现。该原型充分利用了的骨骼数据、矩阵运算和体感交互的特点，结合Unity3d中虚拟的场景和人物模型，设计了一种让训练者无需专人指导和专业器材就能随时自由进行康复训练的体感游戏。游戏以康复训练游戏为内容载体，结合规则和界面等游戏元素的设计，为玩家提供了较强的参与性和沉浸感，形成了良好的体验。
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
目 录 III
第一章 绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.1.1 研究背景 1
1.1.2 研究意义 1
1.2 论文研究内容 2
1.3 论文章节安排 3
第二章 游戏设计的理论基础和现实条件 4
2.1 体感技术的理论基础 4
2.2 传统康复训练方法 4
2.2.1 康复机器人辅助康复 4
2.2.2 中医医疗康复方法 5
2.3 Kinect在康复医疗中的应用 6
2.3.1 Kinect的理疗应用 6
2.3.2 Kinect的外科手术应用 7
2.3.3 Kinect的老人看护应用 7
2.3.4 Kinect的自闭症诊疗应用 7
2.4 本章小结 8
第三章 交互式康复训练游戏的设计 9
3.1 游戏方式的研究 9
3.2 Kinect与Unity3D结合的开发技术 9
3.2.1 Kinect平台介绍与技
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术分析 9
3.2.2 Unity3D游戏引擎技术特点与分析 14
3.2.3 在Unity3D中使用Kinect 17
3.3 游戏的设计 18
3.2.1 游戏的故事背景 18
3.2.2 游戏的逻辑结构 18
3.2.3 游戏的场景设计 19
3.2.4 游戏的方式设计 20
3.2.5 游戏的界面设计 20
3.4 本章小结 21
第四章 游戏的技术实现 23
4.1 系统概述 23
4.2 Kinect与Unity3D的数据通信 24
4.3 游戏系统实现 30
4.3.1 游戏场景 31
4.3.2 模型骨骼绑定与控制 32
4.3.3 Shader渲染算法 41
4.3.4 平滑处理 43
4.3.5 动作检测 44
第五章 软件系统的测试与分析 47
5.1 有效性测试 47
5.2 效率性测试 48
5.3 满意度测试 49
第六章 总结与展望 50
6.1 总结 50
6.2 展望 51
参考文献 52
文献翻译 54
绪论
研究背景与意义
研究背景
游戏产业是一门新兴的产业，近些年来发展迅速。玩家进行游戏时，对游戏的操控性与游戏的沉浸感的要求也逐渐提高。体感游戏作为一种依托于新技术的游戏，不需要外置的游戏控制器，因此凭借其操控性以及可玩性得到越来越多的玩家欢迎[1] 。对于游戏设计来说，脱离桌面的、促进人们身体运动利于身心健康的设计已然是未来的一个发展方向。尽管很多基于身体运动的产品不断涌现，但是脱离二维游戏的模式，充分利用三维空间的特点形成沉浸感更强的作品仍然是体感式交互游戏设计的一个挑战。此外，真实世界中的很多属性和物理约束如何巧妙地映射到计算机所构建的环境中增强游戏者的体验，以及人体的各种属性、动作参数的准确获取也是关键的问题。但随着微软公司推出的kinect体感设备便将游戏行业带向了一个新的时代，通过kinect传感器不仅改变了传统游戏操控的方式更是解决的当前实现体感交互游戏所涉及的种种难题。再加上当前流行的unity3d游戏引擎，更是将体感交互游戏的发展推向了一个新的高度。
当前，我国正在大力发展文化创意产业，游戏设计更是其中十分活跃的领域，人们对于新颖的交互式游戏有着很大的需求，市场前景也十分乐观。尽管市场上巳有很多的相关应用，但是充分结合所独有的实时三维数据的特征以及充分利用三维空间的属性并富有创意的游戏类型还很少。
基于体感交互的应用与开发是目前较为成熟且潜力巨大的领域，很多体感设备被广泛的应用于家庭、公共空间的娱乐、舞台设计、医疗以及交互式的展览展示中[2]。这时体感游戏已经不是单纯传统游戏的概念了，它使人们在玩游戏的同时更能得到身心的愉悦。并在各个领域掀起了革命浪潮。本文探索了以利用产生的骨骼数据为切入点，充分利用三维数据以及三维空间的交互式康复训练游戏，同时，通过unity3d搭建的场景和模型，增加游戏的趣味性和独特性。
研究意义
本文以现有的技术和设备为基础，通过中间件获取人的位置及其变化，计算得出人在空间中的三个维度的基本参数，再将这些参数全部应用于游戏中，通过游戏内容和方式的设计来寻找一种技术和设计之间的平衡，实现游戏体验和效果的最优化。与传统游戏相比本文的体感交互游戏使得人机交互更加自然，给人一种沉浸式的体验。本文的研究成果不仅对于体感游戏的开发与设计有重要的参考价值，还将为虚拟展示、医疗康复训练等应用提供一种技术实现的方法。
此外，本文在实现体感游戏的同时也做到了以体感交互方式进行康复训练的目的。传统的康复训练的过程中，医务工作者需要手把手指导病患进行恢复动作训练，且在很多情况下还需要专门的辅助仪器。本文通过结合Kinect[1][3]设备和Unity3d游戏引擎，利用Kinect采集医生为每个患者专门制定的标准训练动作，自动生成训练动计划，通过Unity3d渲染的人物模型展示给使用者。届时患者在没有医生指导的情况下也，只需有电脑、Kinect 和显示设备即可在医院、家等地点，跟着三维显示[8]的康复训练标准库动作进行康复训练。该研究在训练过程中加入了自动矫正功能，患者在使用过程中只需根据提示信息来一步步完成训练。患者每一个动作都会有提示当前动作有什么不足还需怎么完善，完全不用担心没人指导做不标准的问题。在整个过程中患者是以体感交互的方式进行训练，不仅很好的达到了训练的目的，更增加的趣味性和独特性。
论文研究内容
怎样让玩家在游戏中获得更大的沉浸感和达到康复训练的目的是本文所研究内容的出发点。文章从分析当前游戏的游戏模式出发，发现其存在的问题，提出能够解决此问题的设想。然后，通过游戏设计思想构建游戏内容和场景，通过硬件、软件的对比选型、技术分析构建出游戏系统的基础架构，最终实现一款以体感设备为基础的交互式康复训练游戏的程序。
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
目 录 III
第一章 绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.1.1 研究背景 1
1.1.2 研究意义 1
1.2 论文研究内容 2
1.3 论文章节安排 3
第二章 游戏设计的理论基础和现实条件 4
2.1 体感技术的理论基础 4
2.2 传统康复训练方法 4
2.2.1 康复机器人辅助康复 4
2.2.2 中医医疗康复方法 5
2.3 Kinect在康复医疗中的应用 6
2.3.1 Kinect的理疗应用 6
2.3.2 Kinect的外科手术应用 7
2.3.3 Kinect的老人看护应用 7
2.3.4 Kinect的自闭症诊疗应用 7
2.4 本章小结 8
第三章 交互式康复训练游戏的设计 9
3.1 游戏方式的研究 9
3.2 Kinect与Unity3D结合的开发技术 9
3.2.1 Kinect平台介绍与技
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术分析 9
3.2.2 Unity3D游戏引擎技术特点与分析 14
3.2.3 在Unity3D中使用Kinect 17
3.3 游戏的设计 18
3.2.1 游戏的故事背景 18
3.2.2 游戏的逻辑结构 18
3.2.3 游戏的场景设计 19
3.2.4 游戏的方式设计 20
3.2.5 游戏的界面设计 20
3.4 本章小结 21
第四章 游戏的技术实现 23
4.1 系统概述 23
4.2 Kinect与Unity3D的数据通信 24
4.3 游戏系统实现 30
4.3.1 游戏场景 31
4.3.2 模型骨骼绑定与控制 32
4.3.3 Shader渲染算法 41
4.3.4 平滑处理 43
4.3.5 动作检测 44
第五章 软件系统的测试与分析 47
5.1 有效性测试 47
5.2 效率性测试 48
5.3 满意度测试 49
第六章 总结与展望 50
6.1 总结 50
6.2 展望 51
参考文献 52
文献翻译 54
绪论
研究背景与意义
研究背景
游戏产业是一门新兴的产业，近些年来发展迅速。玩家进行游戏时，对游戏的操控性与游戏的沉浸感的要求也逐渐提高。体感游戏作为一种依托于新技术的游戏，不需要外置的游戏控制器，因此凭借其操控性以及可玩性得到越来越多的玩家欢迎[1] 。对于游戏设计来说，脱离桌面的、促进人们身体运动利于身心健康的设计已然是未来的一个发展方向。尽管很多基于身体运动的产品不断涌现，但是脱离二维游戏的模式，充分利用三维空间的特点形成沉浸感更强的作品仍然是体感式交互游戏设计的一个挑战。此外，真实世界中的很多属性和物理约束如何巧妙地映射到计算机所构建的环境中增强游戏者的体验，以及人体的各种属性、动作参数的准确获取也是关键的问题。但随着微软公司推出的kinect体感设备便将游戏行业带向了一个新的时代，通过kinect传感器不仅改变了传统游戏操控的方式更是解决的当前实现体感交互游戏所涉及的种种难题。再加上当前流行的unity3d游戏引擎，更是将体感交互游戏的发展推向了一个新的高度。
当前，我国正在大力发展文化创意产业，游戏设计更是其中十分活跃的领域，人们对于新颖的交互式游戏有着很大的需求，市场前景也十分乐观。尽管市场上巳有很多的相关应用，但是充分结合所独有的实时三维数据的特征以及充分利用三维空间的属性并富有创意的游戏类型还很少。
基于体感交互的应用与开发是目前较为成熟且潜力巨大的领域，很多体感设备被广泛的应用于家庭、公共空间的娱乐、舞台设计、医疗以及交互式的展览展示中[2]。这时体感游戏已经不是单纯传统游戏的概念了，它使人们在玩游戏的同时更能得到身心的愉悦。并在各个领域掀起了革命浪潮。本文探索了以利用产生的骨骼数据为切入点，充分利用三维数据以及三维空间的交互式康复训练游戏，同时，通过unity3d搭建的场景和模型，增加游戏的趣味性和独特性。
研究意义
本文以现有的技术和设备为基础，通过中间件获取人的位置及其变化，计算得出人在空间中的三个维度的基本参数，再将这些参数全部应用于游戏中，通过游戏内容和方式的设计来寻找一种技术和设计之间的平衡，实现游戏体验和效果的最优化。与传统游戏相比本文的体感交互游戏使得人机交互更加自然，给人一种沉浸式的体验。本文的研究成果不仅对于体感游戏的开发与设计有重要的参考价值，还将为虚拟展示、医疗康复训练等应用提供一种技术实现的方法。
此外，本文在实现体感游戏的同时也做到了以体感交互方式进行康复训练的目的。传统的康复训练的过程中，医务工作者需要手把手指导病患进行恢复动作训练，且在很多情况下还需要专门的辅助仪器。本文通过结合Kinect[1][3]设备和Unity3d游戏引擎，利用Kinect采集医生为每个患者专门制定的标准训练动作，自动生成训练动计划，通过Unity3d渲染的人物模型展示给使用者。届时患者在没有医生指导的情况下也，只需有电脑、Kinect 和显示设备即可在医院、家等地点，跟着三维显示[8]的康复训练标准库动作进行康复训练。该研究在训练过程中加入了自动矫正功能，患者在使用过程中只需根据提示信息来一步步完成训练。患者每一个动作都会有提示当前动作有什么不足还需怎么完善，完全不用担心没人指导做不标准的问题。在整个过程中患者是以体感交互的方式进行训练，不仅很好的达到了训练的目的，更增加的趣味性和独特性。
论文研究内容
怎样让玩家在游戏中获得更大的沉浸感和达到康复训练的目的是本文所研究内容的出发点。文章从分析当前游戏的游戏模式出发，发现其存在的问题，提出能够解决此问题的设想。然后，通过游戏设计思想构建游戏内容和场景，通过硬件、软件的对比选型、技术分析构建出游戏系统的基础架构，最终实现一款以体感设备为基础的交互式康复训练游戏的程序。
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