【LeapMotion】LeapMotion学习笔记

Author：Solare @BUAA SCSE 2012

 

一、前言

最近在学习LeapMotion开发，现将学习过程保存在这里，方便查找和复习，最终整理成一份成型资料，作为BUAA SCSE资料保存。

 

二、LeapMotion介绍

Leap Motion是一个体感控制器，由Leap公司生产。售价约人民币500元。（leap：跳； motion：动作；移动；手势）

Leap Motion体感控制器（以下简称LM）支持Windows 7，Windows 8.x以及Mac OS X 10.7以上版本操作系统。

 

三、LM体感的原理

（以下资料大部分来自知乎）

大体上，LM根据内置的两个摄像头从不同角度捕捉的画面，重建出手掌在真实世界三维空间的运动信息，检测的范围大体在传感器上方25mm到600mm之间。检测的空间是一个倒四棱锥体。

首先，LM传感器建立一个直角坐标系，坐标的原点是传感器的中心，坐标的X轴平行于传感器，指向屏幕右方。Y轴指向上方。Z轴指向背离屏幕的方向。单位为真实世界的毫米。

使用过程中，LM定期发送关于手的运动信息，这样的信息称为“帧”。每一个帧包含检测到的：

1. 所有手掌的列表及信息；
2. 所有手指的列表及信息；
3. 手持工具（细的，笔直的，比手指长的东西，如一支笔）的列表及信息；
4. 所有可指向对象（Pointable对象）的列表及信息。

LM会给这些目标分配一个唯一的标识（ID），在手掌、手指、工具保持在视野范围内时，是不会改变的。根据这些ID，可以通过Frame::hand();，Frame::finger()等函数来查询每个运动对象的信息。

LM可以根据每帧和前一帧检测到的数据生成运动信息。例如，若检测到两只手，而且两只手都朝一个方向移动，就认为是平移。如果是握着手像球一样转动，则记为旋转。若两只手靠近或分开，则记为缩放。所生成的数据包含：

1. 旋转的轴向向量；
2. 旋转的角度（顺时针为正）；
3. 描述旋转的矩阵（--）；
4. 缩放因子；
5. 平移向量；

对于每只手，可以检测到如下信息：

1. 手掌中心的位置（三维向量，相对于传感器坐标原点，单位是毫米）；
2. 手掌移动的速度（毫米每秒）；
3. 手掌的法向量（垂直于手掌平面，从手心指向外）；
4. 手掌朝向的方向；
5. 根据手掌弯曲的弧度确定的虚拟球体的中心；
6. 根据手掌弯曲的弧度确定的虚拟球体的半径；

 对于手指和工具，统一的称为Pointable对象，每个对象包含以下信息：

1. 长度；
2. 宽度；
3. 方向；
4. 指尖位置；
5. 指尖速度；

根据全局信息，运动变换，手掌、手指和工具的信息和交换，开发者可以靠这些来制作游戏和程序了。