光与影的交流 互动式投影技术解析

影　迷

投影系统结合“影像动作识别”技术，正以全新的创意表现形式打造参与式的互动平台。在各大展会上，互动投影系统都会成为与会者关注的焦点。凭借非凡的展示力，互动的效果，令观众仿佛置身其中，变成了参与者，与需要传播的信息进行互动，感受其令人震撼，新奇的展示艺术。

在需要充分调动人们参与的环境中，如何能够营造互动式的氛围?这是组织者最关心的问题。因此，他们希望在现实生活中更多地引入虚拟仿真技术，以调动人们的参与热情。在此基础上，人们又将人机交互技术和概念引入进来，期望营造出更加接近真实，并且可以亲近的氛围。于是，互动式投影应运而生。那什么是互动投影技术?它与传统的人机互动技术有什么区别呢?

互动式投影与人机互动技术的区别

互动投影是以投影显示技术为主，融合了现代遥感与多媒体处理技术的新兴学科。它的目的在于将人置身于投影机的显示画面中，使画面就如同真正地被人的动作“指点、拖移、说话”改变了一样。

1，担当的角色不一样

与传统的人机交互系统不同，在互动投影系统中，人只是自然地完成动作，系统会主动捕获人的行为，并对此做出反应。只要进入了互动系统的空间环境，系统自然就会对人的动作做出必要反馈。而传统的人机交互是人给机器下达指令，机器才动作。由此可以看出，传统人机交互，人是主动的一方，机器是被动一方。但是，在互动投影中，人是被动的一方，机器承担主动感知人的存在，并作出反馈的角色。

2，系统组成部分的不同

与传统虚拟仿真技术相比，互动投影是立体的、实时的信息系统，是不可预知的。传统的虚拟仿真系统主要研究如何构建独立于人的、模仿客观世界的数据信息系统。它的所有反馈都是事先设定好的。而在互动投影系统中，不仅存在传统虚拟仿真系统，同时也存在人这个真实的信息体，是虚拟系统与现实系统的结合，强调虚拟系统对人的集合反馈。

互动投影技术的实现原理

互动投影系统的工作原理首先是通过捕捉设备对目标影像进行捕捉拍摄，然后交给影像分析系统，从而产生被捕捉物体的动作，再结合实时影像互动系统，使参与者与屏幕之间产生紧密结合的互动效果。目前，国内市场大多数虚拟现实系统均基于一种被称为“影像动作识别”的技术。该技术强调对人体动作在没有实体接触状态下的分辨、记录和分析。实现“影像动作识别”的关键在于获取现实影像，并从中提取必要的辨别主体，例如人，对人的形态在既定的空间坐标中分解，构成识别信息库，并被虚拟演示系统调用。

该系统的工作过程就如同摄像机拍摄一段人物的视频片段，全程记录在特定时间里人这个实际对象的所有动作。那么我们就可以据此分析在显示空间坐标中，人的腿、手或者眼睛的位置，将得到的人体部位的空间信息与显示图像中的虚拟物体的空间信息对比，如果发现空间重合，则改变显示物体的形状或者空间位置，形成类似人真实触碰了虚拟物体的景象。目前，虚拟互动投影技术集中在人机交互部分的工程研究和实现。从未来来讲，该技术还可以在三维立体显示和现实感知等方面继续发展，从而为塑造更真实的虚拟世界奠定基础。

互动投影系统的构成

互动投影系统的核心在于信息的捕获、处理和虚拟反馈三个环节。通常一套互动投影系统是由配套的应用软件与硬件融合而成的。

人物动作的捕获采集是互动投影技术的基础。目前，主要的采集设备来自于红外感应器、视频摄像机、热力拍摄器等，通过高达每秒几十次的速度对人体动作进行捕捉，为虚拟世界的形态转变提供基础数据。采集器的灵敏度和准确度很大程度上决定了虚拟互动的真实性。

信息数据的处理通常由计算机完成，并与虚拟场景系统对接。信息处理必须要有较高的处理速度，对硬件系统的稳定性要求很高。而数据分析过程则由影像分析系统软件来完成。该类软件的开发是互动投影系统的核心部分。每个企业通常会独立开发或者采购它厂的软件方案。为了保障程序执行速度，目前国内采用C／C++等高执行效率语言开发的程序软件占据主导地位。数据分析系统还要完成显示输出图像的合成和接口工作，最终构造出符合显示信息的虚拟信息数据集合，并将这些信息以必要的格式输出给显示设备。

虚拟反馈环节包括了虚拟信息的集合以及显示输出两个部分。互动投影系统不仅可以采用投影机作为显示器件，也可以采用其它显示产品，例如等离子显示器、液晶显示器，LED等都可以作为互动影像的载体。但是，综合来讲，由于投影机产品的各种优势，目前市场主流的互动显示技术都采用投影机作为显示设备方案。除此之外，互动投影系统还需要必要的控制和监控系统、音响辅助系统、传输和数据存储系统等配合。

怎样选择合适的互动投影系统

互动投影系统的选择实际上是系统用户购买一系列数据采集和处理处理系统、投影显示系统以及一系列的后续服务的过程，主要是对摄像捕捉系统、计算机数据处理系统、投影显示系统的方案进行挑选。对于这些系统，用户可以提出明确的要求，由集成商来订做。例如，投影机亮度、台数、架设方式、拼接方式、计算机的计算能力以及存储系统的性能等都可以根据需要进行定制。

除此之外，互动投影还包括必要的软件系统和后续服务，主要包括影像分析系统和虚拟仿真软件。其中，影像分析系统的运行速度和信息处理能力直接关系着整个系统的体验效果；比如反应速度、画面分辨率等。而新的虚拟场景开发服务能力的将为用户后期的互动投影系统应用创造更高的附加值。

在互动投影的性能指标中，对人动作的侦测精度以及显示系统的反馈速度是衡量系统品质的最重要依据。其中，对现实人物动作的侦测精度是指能不能很好的捕获人物动作。反馈速度则是整个系统从人发出动作大虚拟画面改变的时间差，目前国内互动投影系统的反馈速度最快已经可以达到0.01秒，在这样的虚拟场景中，参与者基本上感觉不到延迟。

当前，互动投影技术已经广泛用于互动游戏、楼盘沙盘演示、方案展示、广告宣传、教学、会议等各种应用场合，并向更多领域扩展。比如，最新的互动投影产品融合了无缝拼接和边缘融合技术，可以实现超大幅面的大面积互动场景。未来，互动投影技术将不可避免地向3D全息影像方面发展，从而为人们筑造一个更真实的3D未来。