支持自然交互的虚拟跑步机系统的设计和实现

doi:10.16182/j.issn1004731x.joss.201711022

系统仿真学报 ›› 2017, Vol. 29 ›› Issue (11): 2753-2759.doi: 10.16182/j.issn1004731x.joss.201711022

支持自然交互的虚拟跑步机系统的设计和实现

潘志庚¹, 刘从晋¹, 葛莹莹², 袁庆曙¹

1.杭州师范大学数字媒体与人机交互研究中心,杭州 311121;
2.吉林动画学院,长春 130012

收稿日期:2016-08-01 发布日期:2020-06-05
作者简介:潘志庚(1965-), 男, 江苏淮安,博士,教授,研究方向为虚拟现实、数字媒体;刘从晋(1990-),男,江苏淮安,硕士,研究方向为虚拟现实、人机交互。
基金资助:
国家科技支撑计划(2015BAK04B05),浙江省自然科学基金(LY13F020050)

Design and Implementation of Virtual Treadmill System Supporting Natural Interaction

Pan Zhigeng¹, Liu Congjin¹, Ge Yingying², Yuan Qingshu¹

1. Digital Media and HCI Research Center, Hangzhou Normal University, Hangzhou 311121, China;
2. Jilin Animation Institute, Changchun 130012, China

Received:2016-08-01 Published:2020-06-05

摘要/Abstract

摘要： 虚拟跑步机系统通过虚拟呈现户外运动场景,提高了跑步机的趣味性。如何在跑步过程中实现人机的自然、有效交互是系统设计中需要考虑的重要问题。基于Kinect体感设备,通过对手势交互区域的合理划分及分析,设计了一种手势交互协议,该协议在不中断跑步过程的前提下,实现了跑步机系统的菜单交互、内容切换等交互功能。开发了一套虚拟跑步机系统,利用OSG三维图形库和Unity3D引擎搭建三维虚拟场景,并运用串口及Socket通信实现跑步机状态数据、虚拟人运动数据的实时传输,最终通过大屏幕或投影呈现虚拟运动场景。实验表明,本文设计的虚拟跑步机系统能有效提升跑步机系统的交互友好性、易用性与趣味性。

关键词: 跑步机, 自然交互, Kinect, OSG

Abstract: By virtually displaying outdoor sports scene, virtual treadmill system can make running more interesting. How to interact naturally and effectively during running is an important issue in system design. Based on the gesture interaction region partition and analysis of Kinect data, we designed a gesture interaction protocol. The protocol supports menu interaction and content switch without interruption of human running process. We also designed and implemented a virtual treadmill system which utilizes OSG library and Unity3D for scene modeling. Serial port and Socket is used for status or sports data transmission. The system can displayed on a large monitor or a projector system. Experiments show that the system can greatly improve interaction friendliness, usability and interests.

Key words: treadmill, natural interaction, Kinect, OSG

中图分类号:

TP391.9

潘志庚, 刘从晋, 葛莹莹, 袁庆曙. 支持自然交互的虚拟跑步机系统的设计和实现[J]. 系统仿真学报, 2017, 29(11): 2753-2759.

Pan Zhigeng, Liu Congjin, Ge Yingying, Yuan Qingshu. Design and Implementation of Virtual Treadmill System Supporting Natural Interaction[J]. Journal of System Simulation, 2017, 29(11): 2753-2759.

参考文献

[1] 王磊. 家用跑步机消费者行为调查及锻炼坚持研究[D]. 曲阜师范大学, 2014.
Wang L.Consumer Behavior Survey and Exercise Sticking on Family Treadmill[D]. Qufu Normal University, 2014.
[2] 尤志鹏, 赵斌. 基于跑步机上激励机制的设计研究[J]. 留学生, 2015, 1X: 156.
You Z, Zhao B.Design and Research on Incentive Mechanism of Treadmill[J]. Overseas Students, 2015, 1X: 156.
[3] 李永青. 虚拟网络马拉松系统中关键技术的研究[D]. 浙江大学. 2008.
Li Y.Study of Key Techniques in Virtual Network Marathon[D]. Zhejiang University, 2008.
[4] Pan Z, Xu W, Huang J, et al.Easybowling: a Small Bowling Machine Based on Virtual Simulation[J]. Computers & Graphics (S0097-8493), 2003, 27(2): 231-238.
[5] Brogan D C, Metoyer R A, Hodgins J K.Dynamically Simulated Characters in Virtual Environments[J]. IEEE Computer Graphics and Applications (S0272-1716), 1998, 18(5): 58-69.
[6] Microsoft C. Microsoft Kinect for windows [EB/OL]. [2014]. http://www.microsoft.com/en-us/kinectforwindo wsdev/start.aspx.
[7] 李春丽, 窦少兵, 杨先军, 等. 智能跑步机上虚拟场景的设计与实现[J]. 仪表技术, 2012, 9: 46-48.
Li C, Dou S, Yang X, et al.Design and Implementation of an Intelligent Treadmill Based on Virtual Scene[J]. Instrumentation Technology, 2012, 9: 46-48.
[8] 钱克宠, 胡维华. 虚拟现实技术在跑步机中的设计与实现[J]. 计算机仿真, 2009, 26(5): 259-261, 270.
Qian K, Hu W.Design and Implementation of a Treadmill Based on Virtual Reality[J]. Computer Simulation, 2009, 26(5): 259-261, 270.
[9] 耿彬. 跑步机体感游戏的设计与实现[D]. 湖南大学, 2010.
Geng B.The Design and Implementation of Treadmill Somatosensory Games[D]. Hunan University, 2010.
[10] 刘派. 体验式阅读——自然交互技术在传统出版领域的应用研究[J]. 科技与出版, 2014, 12: 104-107.
Liu P.Experiential Reading: Application of Natural Interaction in Field of Traditional Publication[J]. Science Technology and Publication, 2014, 12: 104-107.
[11] Wang R, Qian X.OpenSceneGraph 3 Cookbook[M]. Packt Publishing Ltd, 2012.
[12] Fernando R.GPU Gems: Programming Techniques, Tips and Tricks for Real-Time Graphics[M]. Pearson Higher Education, 2004.
[13] 王正强. VC中应用MSComm控件实现串口通信[J]. 电子测试, 2010, 5: 73-76.
Wang Z.Realization of Serial Port Communication by MSComm Control in the VC Environment[J]. Electronic Test, 2010, 5: 73-76.
[14] 刘骏, 颜钢锋. 基于Socket的网络编程技术及其实现[J]. 江南大学学报, 2004, 3: 249-251.
Liu J, Yan G.Network Programming Technique and Its Realization Based on Socket[J]. Journal of Jiangnan University (Natural Science Edition), 2004, 3: 249-251.
[15] 申闫春, 朱幼虹, 曹莉, 等. 基于OSG的三维仿真平台的设计与实现[J]. 计算机仿真. 2007, 24(6): 207-211.
Shen Y, Zhu Y, Cao L, et al.Design and Implementation of 3D Simulation Platform Based on OSG[J]. Computer Simulation. 2007, 24(6): 207-211.
[16] 吴志达. 一个基于Unity3D游戏引擎的体感游戏研究与实现[D]. 中山大学, 2012.
Wu Z.Research and Implementation of a Somatic Game Based on the Unity3D Game Engine[D]. Zhongshan University, 2012.

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[1]	王沐晴, 张磊, 范秀敏, 骆晓萌, 朱文敏. VR外设驱动的虚拟人姿态优化仿真方法[J]. 系统仿真学报, 2022, 34(6): 1296-1303.
[2]	唐传谦, 刘志强, 苏毅俊, 刘晓静. 基于Kinect的皮影动作实时匹配研究[J]. 系统仿真学报, 2022, 34(3): 633-639.
[3]	李琪, 王向东, 李华. 基于双Kinect传感器的三维人体姿态跟踪方法[J]. 系统仿真学报, 2020, 32(8): 1446-1454.
[4]	谭力恒, 马强, 蒋秉川, 李锋. 面向头盔式虚拟现实的OsgEarth立体视觉生成方法[J]. 系统仿真学报, 2019, 31(7): 1290-1299.
[5]	徐连瑞, 张锦明. 基于Kinect的室内环境建模[J]. 系统仿真学报, 2019, 31(12): 2643-2651.
[6]	纪显俐, 丁宇龙, 杨双华. 智能沙盘地理教学演示系统[J]. 系统仿真学报, 2019, 31(12): 2816-2828.
[7]	何鹏, 胡少军, 何东健. 基于Kinect的树运动轨迹获取与振动频率分析[J]. 系统仿真学报, 2017, 29(7): 1411-1418.
[8]	葛水英, 刘书曼, 徐士彪, 张晓鹏. 远距离空间增强现实系统的设计与实现[J]. 系统仿真学报, 2017, 29(7): 1419-1426.
[9]	方志力, 温维亮, 郭新宇, 吴建伟. 基于Kinect的三维玉米植株骨架提取[J]. 系统仿真学报, 2017, 29(3): 524-530.
[10]	王鑫, 徐磊, 苏智勇. 强激光武器协同防空作战仿真系统设计[J]. 系统仿真学报, 2016, 28(9): 1990-1995.
[11]	张晓丽, 姚俊峰, 黄萍. 基于Kinect的实时360度虚拟试衣[J]. 系统仿真学报, 2016, 28(10): 2378-2385.
[12]	毛雁明, 章立亮. 基于Kinect深度信息的手势分割与识别[J]. 系统仿真学报, 2015, 27(4): 830-835.
[13]	蔡晨贾农, 施逸飞, 徐凯, 党岗. 基于KinectFusion的室内场景平面结构重建[J]. 系统仿真学报, 2015, 27(10): 2239-2245.
[14]	石祥滨, 刘拴朋, 张德园. 基于关键帧的人体动作识别方法[J]. 系统仿真学报, 2015, 27(10): 2401-2408.
[15]	张瑒, 许林, 孙广毅. 基于RGB-D摄像机与IMU数据融合的动作捕捉系统[J]. 系统仿真学报, 2015, 27(10): 2582-2588.