本實(shí)用新型屬于仿真游戲系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于Kinect體感的仿真對抗游戲系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

繼鼠標(biāo)和多點(diǎn)觸摸之后，體感交互被稱之為“第三次人機(jī)交互革命的原點(diǎn)”。人機(jī)體感交互的出現(xiàn)是人與機(jī)器對話方式回歸自然的重要轉(zhuǎn)折，體現(xiàn)了人們對“以人為中心”設(shè)計(jì)理念的不斷追求。人機(jī)交互是研究人與計(jì)算機(jī)及其相互作用的技術(shù)，其研究目的在于利用所有可能的信息通道進(jìn)行人機(jī)交流，提高交互的自然性和高效性。目前人與計(jì)算機(jī)交互的方式只局限于鼠標(biāo)與鍵盤，正是由于這種傳輸方式的單一性阻礙了人機(jī)交互的進(jìn)一步發(fā)展，人機(jī)交互中輸入輸出效率之間的差距變的越來越大。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，更高層次的人機(jī)交互理念對交互方式提出了巨大的需求，眾多科研人員開始對新的交互技術(shù)的多通道界面展開研究，目前的研究內(nèi)容主要是集中在手勢輸入、語音識別及感覺反饋等方面。而 kinect 體感技術(shù)的出現(xiàn)為促進(jìn)人機(jī)交互的發(fā)展具有重要意義，kinect 作為新一代的體感設(shè)備，可以依靠實(shí)時(shí)捕捉使用者的動作、面部識別及語音識別就可以達(dá)到輸入功能。這一特性很好地填補(bǔ)了現(xiàn)有人機(jī)交互技術(shù)的缺陷，并且促使 kinect 體感技術(shù)成為人機(jī)交互領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。Kinect的研究和應(yīng)用在國內(nèi)外都呈現(xiàn)出比較高的熱潮，相關(guān)技術(shù)，如人臉識別、動態(tài)跟蹤、手勢識別等均出現(xiàn)了比較優(yōu)越的實(shí)際效果。讓機(jī)器人能夠?qū)崟r(shí)跟蹤人的動作功能并完成與人的溝通互動是機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個(gè)新的領(lǐng)域，尤其是用于此方面娛樂游戲功能的機(jī)器人更有廣闊的發(fā)展前景。而具有動態(tài)跟蹤、手勢識別、高精度仿真等功能的對抗機(jī)器人將能夠很大程度上實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，在這個(gè)全新領(lǐng)域是很好的應(yīng)用實(shí)踐。

a、目前大眾化的游戲大多是實(shí)體、虛擬分離，參與者在體驗(yàn)的過程中趣味單一、收益面十分狹隘，甚至在某些方面會產(chǎn)生負(fù)面作用；

b、絕大部分游戲都是針對傳統(tǒng)控制器（如鍵鼠）來設(shè)計(jì)的，體感游戲資源少的情況下玩家并不會樂意買單，即使不少體感設(shè)備已經(jīng)不算貴了。例如，Kinect雖然強(qiáng)悍，但是玩家很少能在游戲中享受這種“高大上”的操控，其基本上除了用來制作某些游戲的人物頭像外，最大的用處就是提供視頻聊天，最終使得不少玩家甚至反對它和主機(jī)捆綁銷售。

c、鍵鼠和手柄等幾乎是所有玩家接觸時(shí)間最長的一類游戲控制器，要玩家改變固有的操作習(xí)慣是相當(dāng)困難的。因此，游戲廠商們對開發(fā)體感游戲也就會趨于謹(jǐn)慎，畢竟新游戲如果放棄傳統(tǒng)游戲控制器，也就意味著背離玩家的游戲習(xí)慣，這要冒失去原有玩家的巨大風(fēng)險(xiǎn)。

由此可見，目前雖然有許多誘人的體感游戲設(shè)備面世，但是它們的使用還相當(dāng)受限，更多還是處于“創(chuàng)意訴求”階段，實(shí)際的游戲運(yùn)用上也還比較單一，即多為休閑體育類游戲；而要成長為能夠和鍵鼠與手柄分庭抗禮的控制器，還需要提升硬件性能、打造游戲資源并培養(yǎng)玩家習(xí)慣。

針對上述不足，需要設(shè)計(jì)和開發(fā)一種基于Kinect體感的仿真對抗游戲系統(tǒng)，能夠補(bǔ)足上述各個(gè)缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述存在的問題，本實(shí)用新型提供一種基于Kinect體感的仿真對抗游戲系統(tǒng)。

本實(shí)用新型是一種基于Kinect體感的仿真對抗游戲系統(tǒng)，包括主機(jī)系統(tǒng)和從機(jī)系統(tǒng)，所述主機(jī)系統(tǒng)包括上位機(jī)、PC機(jī)和第一無線傳輸模塊，所述上位機(jī)上設(shè)置有 Kinect2代體感設(shè)備，所述上位機(jī)、PC機(jī)和第一無線傳輸模塊相互電性相連，所述從機(jī)系統(tǒng)包括下位機(jī)，所述下位機(jī)包括行動機(jī)器、單片機(jī)、第二無線傳輸模塊、語音模塊和直流電機(jī)驅(qū)動模塊，所述主機(jī)系統(tǒng)和從機(jī)系統(tǒng)內(nèi)分別設(shè)置有電源部分，所述行動機(jī)器、單片機(jī)、第二無線傳輸模塊、語音模塊和直流電機(jī)驅(qū)動模塊相互電性相連，所述第一無線傳輸模塊和第二無線傳輸模塊為XL02-232AP1無線傳輸模塊。

優(yōu)選的，所述主機(jī)系統(tǒng)和從機(jī)系統(tǒng)設(shè)置有相適配的完整編程和操作環(huán)境。

優(yōu)選的，所述單片機(jī)為ATmega128型單片機(jī)。

優(yōu)選的，所述主機(jī)系統(tǒng)和從機(jī)系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡(luò)連接。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：利用Kinect2代體感設(shè)備所有的3D圖像識別技術(shù)（利用紅外感應(yīng)原理，采用3D深度攝像機(jī)技術(shù)，就是可以捕捉到人所在的空間位置）、人體骨骼追蹤技術(shù)（識別到3D圖像深度信息后，通過軟件計(jì)算出人體主要的骨骼位置，通過精確掌握人體身形輪廓與于肢體位置來判斷人的姿勢動作，從而捕捉到人的動作）實(shí)現(xiàn)對人體動作的實(shí)時(shí)捕捉，并把信號傳遞給機(jī)器人，從而使機(jī)器人完成相應(yīng)的動作，實(shí)現(xiàn)人和機(jī)器人的動作對應(yīng)。通過加入語音模塊可以使機(jī)器人在接收語音指令時(shí)執(zhí)行相應(yīng)的語音命令，從而實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器的在語音方面的互動。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實(shí)用新型一種基于Kinect體感的仿真對抗游戲系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本實(shí)用新型一種基于Kinect體感的仿真對抗游戲系統(tǒng)的語音模塊結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本實(shí)用新型一種基于Kinect體感的仿真對抗游戲系統(tǒng)的游戲場地模型圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本實(shí)用新型的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。

如圖1、圖2、圖3所示的一種基于Kinect體感的仿真對抗游戲系統(tǒng)，包括主機(jī)系統(tǒng)和從機(jī)系統(tǒng)，所述主機(jī)系統(tǒng)包括上位機(jī)、PC機(jī)和第一無線傳輸模塊，所述上位機(jī)上設(shè)置有 Kinect2代體感設(shè)備，所述上位機(jī)、PC機(jī)和第一無線傳輸模塊相互電性相連，所述從機(jī)系統(tǒng)包括下位機(jī)，所述下位機(jī)包括行動機(jī)器、單片機(jī)、第二無線傳輸模塊、語音模塊和直流電機(jī)驅(qū)動模塊，所述主機(jī)系統(tǒng)和從機(jī)系統(tǒng)內(nèi)分別設(shè)置有電源部分，所述行動機(jī)器、單片機(jī)、第二無線傳輸模塊、語音模塊和直流電機(jī)驅(qū)動模塊相互電性相連，所述第一無線傳輸模塊和第二無線傳輸模塊為XL02-232AP1無線傳輸模塊。

所述主機(jī)系統(tǒng)和從機(jī)系統(tǒng)設(shè)置有相適配的完整編程和操作環(huán)境，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。

所述單片機(jī)為ATmega128型單片機(jī)，數(shù)據(jù)處理速度更快。

所述主機(jī)系統(tǒng)和從機(jī)系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡(luò)連接，方便控制。

工作原理：一種基于Kinect體感的仿真對抗游戲系統(tǒng)，其實(shí)現(xiàn)方法如下：

1）整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

a、主機(jī)操作環(huán)境配置：

PC主機(jī)需裝備與上位機(jī)Kinect2代體感設(shè)備相適配的完整編程、操作環(huán)境；

b、上位機(jī)Kinect硬件置備及程序調(diào)試：

購置上位機(jī)Kinect2代體感設(shè)備并對相關(guān)硬件進(jìn)行裝配，編寫、調(diào)試、優(yōu)化算法程序并導(dǎo)入上位機(jī)Kinect；

c、下位機(jī)機(jī)器硬件置備及程序調(diào)試：

購置下位機(jī)機(jī)器完備部件（如主控板、語音模塊、無線串口、主體構(gòu)架材料等）并對其進(jìn)行硬件檢測、調(diào)試；設(shè)計(jì)機(jī)器機(jī)械結(jié)構(gòu)并組裝成型；編寫、調(diào)試、優(yōu)化算法程序并導(dǎo)入下位機(jī)機(jī)器；

d、對抗游戲場地及道具的設(shè)計(jì)、制作：

設(shè)計(jì)對抗游戲場地、適當(dāng)?shù)牡谰卟⑦M(jìn)行制作、裝配成型；

e、系統(tǒng)整體測試、優(yōu)化、驗(yàn)收：

整體試運(yùn)營體驗(yàn)操作，保證各個(gè)設(shè)備協(xié)調(diào)運(yùn)行完好，針對不可行之處予以優(yōu)化、完善，達(dá)到預(yù)期目的效果；

f、正式投入運(yùn)營，并對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、定期維護(hù)、革新完善。

2）原理設(shè)計(jì)

a、上位機(jī)、PC機(jī)：

Kinect原是微軟在2010年推出的游戲機(jī)xbox360的體感外設(shè)，它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)3D體感攝影機(jī)，由于它具備了即時(shí)動態(tài)捕捉、影像辨識、麥克風(fēng)輸入、語音辨識等功能，很快被應(yīng)用到虛擬應(yīng)用、3D建模、機(jī)器人控制等諸多領(lǐng)域。 本項(xiàng)目是Kinect其中一個(gè)關(guān)于機(jī)器人控制領(lǐng)域的應(yīng)用。

本項(xiàng)目上位機(jī)利用Kinect2代體感設(shè)備所有的3D圖像識別技術(shù)（利用紅外感應(yīng)原理，采用3D深度攝像機(jī)技術(shù)，就是可以捕捉到人所在的空間位置）、人體骨骼追蹤技術(shù)（識別到3D圖像深度信息后，通過軟件計(jì)算出人體主要的骨骼位置，通過精確掌握人體身形輪廓與于肢體位置來判斷人的姿勢動作，從而捕捉到人的動作）實(shí)現(xiàn)對人體動作的實(shí)時(shí)捕捉，并把信號傳遞給機(jī)器人，從而使機(jī)器人完成相應(yīng)的動作，實(shí)現(xiàn)人和機(jī)器人的動作對應(yīng)。通過加入語音模塊可以使機(jī)器人在接收語音指令時(shí)執(zhí)行相應(yīng)的語音命令，從而實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器的在語音方面的互動。

Kinect2代體感設(shè)備，其包含一枚PS1080 SoC芯片以及一個(gè)紅外投影儀，兩個(gè)攝像頭，四個(gè)麥克風(fēng)和一個(gè)風(fēng)扇，結(jié)構(gòu)如下圖，三個(gè)攝像頭。面對Kinect，從左往右看。最左邊是紅外光源，其次是LED指示燈，再次是彩色攝像頭，用來收集RGB數(shù)據(jù)，最右邊是紅外攝像頭用才采集景深數(shù)據(jù)。攝像頭、麥克風(fēng)與芯片之間的工作原理如下圖。

在Kinect里面，是通過20個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)來表示一個(gè)骨架，具體由下圖可以看到。當(dāng)你走進(jìn)Kinect的視野范圍的時(shí)候，Kinect就可以把你的20個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)的位置找到，位置通過(x, y, z)坐標(biāo)來表示。

當(dāng)人體面對Kinect作出一系列動作時(shí)，Kinect會將捕捉到的圖像生成景深數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳送至主機(jī)進(jìn)行分析判斷（運(yùn)用這些信息可以提取出人體姿態(tài)特征以及運(yùn)動特征，用于人體基本動作的識別。譬如，通過比較右手與頭部的Y軸坐標(biāo)差值的閾值變化，可以解析出右手是否舉起，如圖）然后PC機(jī)根據(jù)操作程序通過無線串口發(fā)送對應(yīng)動作指令信號至下位機(jī)機(jī)器，由機(jī)器高仿真完成對應(yīng)動作（比如：前、后、左、右等基本動作以及前傾、后仰、彎腰、用手部拾起物體等復(fù)雜動作)來進(jìn)行對抗游戲。

b、下位機(jī)：

機(jī)器采用高仿人形，考慮到穩(wěn)定性、美觀性等因素，我們擬采用雙驅(qū)輪式的動力結(jié)構(gòu)，并為之專門設(shè)計(jì)一款驅(qū)動電路板，其他部件將由我們自主制作完成。由于需要引入Kinect2代體感設(shè)備，因此控制部分通過Kinect使用win8系統(tǒng)進(jìn)行動作識別，同時(shí)結(jié)合AVR Mega128作為電機(jī)和舵機(jī)的控制單元。為進(jìn)行外部音頻播放和無線影像無死角傳輸，增加了語音模塊、揚(yáng)聲器、以及帶攝像頭的無線影像智能眼鏡。

C、單片機(jī)

采用ATmega128，下位機(jī)與上位機(jī)通過XL02-232API無線串口進(jìn)行通信.上位機(jī)捕捉到人體動作時(shí)，會一直向單片機(jī)發(fā)送信號，單片機(jī)控制機(jī)器執(zhí)行相應(yīng)動作指令。單片機(jī)主要使用了通信串口和若干個(gè)IO口與上位機(jī)和語音芯片等進(jìn)行通信。

d、語音模塊

最大輸出功率為25W，具有30M存儲容量，可以通過8個(gè)按鍵觸發(fā)8段語音。在單片機(jī)中，我們主要用PC(0-9)10個(gè)IO口與語音芯片中K(0-9)按鍵觸發(fā)端相連，控制語音系統(tǒng)。通過單片機(jī)最少2個(gè)IO口控制多達(dá)32段聲音任意調(diào)用和組合的語音。

e、電機(jī)運(yùn)動部分

由兩個(gè)驅(qū)動卡帶動四個(gè)電機(jī)，這樣能夠保證車體穩(wěn)定，并且容易實(shí)現(xiàn)。有單片機(jī)控制其運(yùn)動，編寫程序可以封裝函數(shù)，控制電機(jī)運(yùn)動分別由兩個(gè)數(shù)字表示：第一個(gè)數(shù)據(jù)表示左側(cè)電機(jī)運(yùn)動速度，第二個(gè)數(shù)據(jù)表示右側(cè)電機(jī)運(yùn)動速度，只要這兩個(gè)參數(shù)確定，小車就會做出相應(yīng)運(yùn)動。無線串口接收部分等待接收由發(fā)射端發(fā)來的數(shù)據(jù)，當(dāng)沒有收到數(shù)據(jù)時(shí)，程序一直處于等待狀態(tài)。小車默認(rèn)左右電機(jī)運(yùn)動速度為0，車體靜止,一旦有數(shù)據(jù)接收，等待接收完成后，開始執(zhí)行命令。

f、 電源部分

采用的是3S鋰電池，容量為1500mAh，額定電壓11.1V，35C超大放電能力。

g、無線影像部分

采用無線影像眼鏡套件（帶攝像頭），將攝像頭置于機(jī)器頭部，參與者佩戴眼鏡實(shí)現(xiàn)全方位無死角影像傳輸。

h、軟件設(shè)計(jì)、程序編寫：

軟件程序設(shè)計(jì)采用模塊化處理方法

主機(jī)程序主要由主程序、Kinect初始化、圖像辨識、語音識別、串口通信等模塊組成，采用C#編寫，編譯環(huán)境為VS2010，使用部分環(huán)境庫函數(shù)。

從機(jī)程序主要有主程序、串口通信、電機(jī)驅(qū)動、舵機(jī)驅(qū)動、語音模塊程序、動作函數(shù)等模塊組成。采用C語言編寫，編譯環(huán)境為Avr studio4，使用部分環(huán)境庫函數(shù)。

i、游戲?qū)箞龅丶暗谰撸?/p>

正方形區(qū)域?yàn)闄C(jī)器起始區(qū)；帶平臺的梯形體結(jié)構(gòu)為安全區(qū)（放置有輔助工具）；圓柱體為阻擋區(qū)。

j、仿真對抗游戲操作流程：

對抗游戲分為：1V1、2V2、3V3三種類型，參與者可任意選擇；

對抗游戲開始前，工作人員將機(jī)器置于起始區(qū)，并檢查機(jī)器狀態(tài)，確保狀態(tài)良好；

操作者位于場外操作區(qū)（Kinect體感識別系統(tǒng)前）佩戴無線影像眼鏡按照操作規(guī)則（比如x平面內(nèi)右手在左手前，機(jī)器前進(jìn)）進(jìn)行仿真操控機(jī)器，操作者通過無線眼鏡可以清楚看到場內(nèi)布置情況及對方機(jī)器；

雙方操作者相互鞠躬后，機(jī)器提示“放馬過來”，對抗游戲正式開始。

操作者控制機(jī)器可以在場內(nèi)任意移動，移動至安全區(qū)可以彎腰拾起輔助工具。

操作者控制機(jī)器與對方機(jī)器進(jìn)行對抗，在有限時(shí)間內(nèi)將對方機(jī)器全部推倒（或本方機(jī)器數(shù)量較多）則為勝利，反之失敗。勝利者將獲得獎(jiǎng)勵(lì)。

操作者在非惡意損壞機(jī)器的前提下可以任意發(fā)揮操作，與隊(duì)友合作、協(xié)調(diào)，充分利用輔助工具、機(jī)器手部、腿部等靈活部位力量去抗擊對方機(jī)器，最大程度體驗(yàn)仿真對抗游戲的樂趣。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：利用Kinect2代體感設(shè)備所有的3D圖像識別技術(shù)（利用紅外感應(yīng)原理，采用3D深度攝像機(jī)技術(shù)，就是可以捕捉到人所在的空間位置）、人體骨骼追蹤技術(shù)（識別到3D圖像深度信息后，通過軟件計(jì)算出人體主要的骨骼位置，通過精確掌握人體身形輪廓與于肢體位置來判斷人的姿勢動作，從而捕捉到人的動作）實(shí)現(xiàn)對人體動作的實(shí)時(shí)捕捉，并把信號傳遞給機(jī)器人，從而使機(jī)器人完成相應(yīng)的動作，實(shí)現(xiàn)人和機(jī)器人的動作對應(yīng)。通過加入語音模塊可以使機(jī)器人在接收語音指令時(shí)執(zhí)行相應(yīng)的語音命令，從而實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器的在語音方面的互動。

以上所述，僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。