Kinect开发学习笔记之（一）Kinect介绍和应用

一、Kinect简介

      Kinectfor Xbox 360，简称 Kinect，是由微软开发，应用于Xbox 360 主机的周边设备。它让玩家不需要手持或踩踏控制器，而是使用语音指令或手势来操作 Xbox360 的系统界面。它也能捕捉玩家全身上下的动作，用身体来进行游戏，带给玩家“免控制器的游戏与娱乐体验”。其在2010年11月4日于美国上市，建议售价149美金。Kinect在销售前60天内，卖出八百万部，目前已经申请金氏世界记录，成为全世界销售最快的消费性电子产品。

       2012年2月1日，微软正式发布面向Windows系统的Kinect版本“Kinect for Windows”,建议售价249美金。而在2012年晚些时候，微软还将发布面向“教育用户”的特别版Kinect。（以上来自wiki百科）

1.1、硬件

       Kinect有三个镜头，中间的镜头是 RGB 彩色摄影机，用来采集彩色图像。左右两边镜头则分别为红外线发射器和红外线CMOS 摄影机所构成的3D结构光深度感应器，用来采集深度数据（场景中物体到摄像头的距离）。彩色摄像头最大支持1280*960分辨率成像，红外摄像头最大支持640*480成像。Kinect还搭配了追焦技术，底座马达会随着对焦物体移动跟着转动。Kinect也内建阵列式麦克风，由四个麦克风同时收音，比对后消除杂音，并通过其采集声音进行语音识别和声源定位。





1.2、软件开发环境

1.2.1、非官方组合

      一开始微软对Xbox 360推出Kinect的时候，并没有在windows的开发包。而由于Kinect强大的功能和相对低廉的价格，geeks们纷纷表示希望能在电脑上用它。于是就有多位大牛开发了驱动，目前我了解到的有三个：

1）CL NUI Platform

      由NUI的大牛AlexP开发（他开发的其他著名产品包括PS3的windows驱动），可以到这里下载，目标平台是windows7，能够获取彩色摄像头，深度传感器以及加速度传感器数据，使用简单方便。

2）OpenKinect/libfreenect

       由号称第一个破解Kinect的Hector Martin发起，可以到这里下载，目标平台是Linux
and Mac，据说有人成功移植到了windows上。因为很多geek都是Mac的拥趸，所以开发参与者众多，不仅仅是个可以获得数据的driver，geek们还写了其他高级的东西，比如我前面提到的骨骼化，将彩色摄像头作为纹理贴在深度数据上等等，很吸引人啊。

3）OpenNI

       OpenNI(opennatural interface开放自然交互)是一个多语言，跨平台的框架，它定义了编写应用程序，并利用其自然交互的API。可以到这里下载。从名字判断其终极目标大约是实现少数派报告的效果，从目前放出来的一些demo，恐怕已经超越了这个终极目标。它不是专为Kinect开发，但有Kinect的生产商PrimeSense的支持。这个感觉也是目前相对来说用的比较多的非官方组合：SensorKinect
+ NITE + OpenNI；其中SensorKinect是Kinect的驱动。NITE是PrimeSense提供的中间件，可以分析Kinect读取的资料，输出人体动作等等。

1.2.2、微软官方SDK

       Kinect体感游戏在Xbox 360 上获得很好的评价，但是对于 Windows 平台上的开发却一直只能使用非官方的解决方案（上面所说），例如NKinect 配合CL NUI SDK；但是微软终于在2011 年 6 月推出了 Kinect forWindows SDK Beta，特别是可以使用 C# 与.NETFramework 4.0 来进行开发。Kinect for Windows SDK主要是针对Windows7设计，内含驱动程序、丰富的原始感测数据流程式开发接口、自然用户接口、安装文件以及参考例程。Kinect
for Windows SDK可让使用C++、C#或VisualBasic语言搭配MicrosoftVisualStudio2010工具的程序设计师轻易开发使用。目前最新是V1.6 。

      Kinectfor Windows SDK的下载地址：

http://research.microsoft.com/en-us/um/redmond/projects/kinectsdk/download.aspx
       Kinect SDK目前只支持Windows 7，分为x86和x64两个版本。开发工具方面还需要.NET Framework 4.0和Visual Studio 2010 （最低Express版本）的支持。这个在后面的开发环境的配置中再做介绍。

1.2.3、非官方和官方开发包的优缺点

1）官方SDK：

优点：

       提供了音频支持、调整倾角的转动电机、在全身跟踪骨骼跟踪方面：非标准姿势检测（相对于OpenNi的投降姿势…），头部、手、脚、锁骨检测以及关节遮挡等细节上的处理更为细致（但精度是否更高还不能确定）。此外，支持多传感器（多台Kinect）；

缺点：

       微软对非商业使用的限制。此外，未提供手势识别和跟踪功能，未实现RGB图像/深度图像的互对齐，只是提供了对个体坐标系的对齐。在全身骨骼跟踪中，SDK只计算了关节的位置，并未得出其旋转角度。从可移植的角度来看，SDK beta只能用于Kinect/Win7平台，而OpenNi还至少支持华硕的WAVI
Xtion体感设备，今后支持的硬件平台还可能更多。相比较而言SDK beta不支持Unity3D游戏引擎、不支持记录/回放数据写入磁盘、不支持原始红外视频数据流、也不支持像OpenNi一样的角色入场和出场的事件响应机制。

2）非官方OpenNI/NITE：

优点：

       可用于商业开发、包含手势识别和跟踪功能、可自动对齐深度图像和RGB图像，全身跟踪、关节旋转角度计算、看起来性能较好、已有众多游戏产品应用、支持记录/回放数据写入磁盘、支持原始红外视频数据流、支持角色入场和出场的事件响应机制。支持Primesense和华硕的WAVI Xtion硬件平台和windows、Linux和Mac等软件平台。自带的代码全面支持Unity3D游戏引擎。

缺点：

       未提供音频功能、不支持调整倾角的转动电机、在全身跟踪骨骼跟踪方面：无法跟踪头部、手、脚和锁骨的旋转动作，需要标准姿势检测（即著名的投降姿势…），关节遮挡等细节上的处理似乎存在算法bug。不能自动安装并识别Kinect多机环境。安装过程较为繁琐，特别是NITE还要申请开发证书编码。

OpenNi也没有提供可用视频和深度图输入的事件触发机制（但OpenNI提供了类似功能的函数可使用，虽然不是回调函数，但是也很好用）。

总结：

       OpenNI最大的优势就是允许跨平台多设备，以及商业应用。但从原始数据的采集和预处理技术上看，微软的SDK似乎更稳定一些，况且还提供了不错的骨骼和语音支持。对于部分身体部位识别方面的功能，SDKbeta没有提供局部识别和跟踪，这需要自己的后续开发（至少在相当一段时期内微软可能都不会提供此类功能）。OpenNi/NITE虽然提供了手势识别和跟踪，然而在全身骨骼姿势识别和跟踪上还要更多借鉴微软的产品。

因此，按照目前在社区中的表现，SDK beta和OpenNi/NITE孰优孰劣还真无法一下子确定。而且随着越来越多的开发者加入微软这一方，SDK beta的普及可能会更快，但在更高层次的应用上，对二者的选用往往是需要一定智慧的。

（这部分参考：http://www.hanyi.name/blog/?p=330）

 

二、Kinect应用开发汇总

      本文（百度文库上面的内容，来源未知）汇总了当前使用Kinect SDK for Windows 开发出的各种各样的应用，点击相应的链接可以看到对应Kinect应用的Demo视频。

 

虚拟应用

Kinect试衣镜，这款基于kinect体感技术的神奇的试衣镜，让客户可以快速的试穿衣服，提高销售效率和企业形象。

http://v.youku.com/v_show/id_XMjU4MjExNjgw.html

Kinect自制应用3D试衣间

http://v.youku.com/v_show/id_XMjg0MDA3MDYw.html

 

3D建模

3D摄像机， 用两个KINECT实现3D摄像机的基本效果。

http://v.youku.com/v_show/id_XMjI3MDQ2MjEy.html

雕塑工具，立等可取Kinect成街头快速人像雕塑工具，利用Kinect对人体进行3D建模，然后根据人体的3D信息，连接相应的塑模设备，塑造出人体塑像。

http://v.youku.com/v_show/id_XMjU2Njg2MzE2.html

 

机械控制

用Kinect 操控遥控直升机 

 http://v.youku.com/v_show/id_XMjgzOTYxODk2.html

Kinect Robo，使用Kinect作为机器人的头，通过kinect检测周围环境，并进行3D建模，来指导机器人的行动。

http://v.youku.com/v_show/id_XMjIzNDMyMjg0.html

Kinect控制高达机械人

http://v.youku.com/v_show/id_XMjM3NDUxMjg4.html

 

虚拟乐器

空气吉他，通过Kinect手势操作虚拟吉他弹奏音乐。

http://v.youku.com/v_show/id_XMjI5NjM3NzMy.html

Kinect弹奏中国古代乐器，通过手势的改变可以演奏出不同中国古代乐器的声音。

http://v.youku.com/v_show/id_XMjI1MDA4MTM2.html

 

虚拟娱乐

Kinect破解“初音”，将体感控制应用到漫画人物——初音上。

http://v.youku.com/v_show/id_XMjMxNjQ5MzAw.html

变身奥特曼，捕捉玩家骨架数据，虚拟为奥特曼的形态与之随动，并且附加一些特技效果。

http://v.youku.com/v_show/id_XMjM1MTY1NDY4.html

Kinect破解玩光剑，Kinect检测玩家的动作，虚拟出光剑的影像，与之随动。

http://v.youku.com/v_show/id_XMjI0NTIzOTIw.html

 

计算机相关应用

Kinect手势操作浏览器，通过Kinect手势对浏览器进行翻页，下拉，放缩等操作。

http://v.youku.com/v_show/id_XMjI1MjczMzg4.html

Air Presenter，让你的演讲从此与众不同，用kinect进行演讲的软件。

http://v.youku.com/v_show/id_XMjU1MTMyNzky.html

Kinect多点触摸，使用kinect实现隔空多点触摸，浏览图片、地图等。

http://v.youku.com/v_show/id_XMjM1MzE2MTY0.html

Kinect体感控制看片，第四军医大学西京医院骨科的医生们将破解的kinect应用在手术室，在术中，手术者可通过体感控制查看患者的影像资料。大大方便了医生手术，减少了手术室的人员流动。

http://v.youku.com/v_show/id_XMjM2Nzg2NDky.html

 

虚拟实验

Kinect蜡笔物理，使用Kinect手势绘图，通过体感控制所绘图形，并使之具有物理特性，比如重力，吸引力等。

http://v.youku.com/v_show/id_XMjI4MDMwMzM2.html

用Kinect控制闪电（特斯拉线圈）

http://v.youku.com/v_show/id_XMjY5NjE2MzQ0.html

 

游戏

Kinect破解玩马克思佩恩

http://v.youku.com/v_show/id_XMjM2NjYxNDg0.html

kinect破解玩求生之旅2 体感打僵尸

http://v.youku.com/v_show/id_XMjM3Mjk5MjQw.html

Kinect破解玩魔兽世界   

http://v.youku.com/v_show/id_XMjMzMDM1MzI0.html

Kinect破解玩街头霸王   

http://v.youku.com/v_show/id_XMjM4MjkzNjA0.html

Kinect破解玩超级马里奥兄弟 

http://v.youku.com/v_show/id_XMjI1NzY1OTM2.html

Kinect破解玩兵者诡道   

http://v.youku.com/v_show/id_XMjM0NDk2MDg4.html

Kinect破解玩 现代战争  

http://v.youku.com/v_show/id_XMjM1NjU4NjE2.html

 

       一群来自卡内基梅隆的学生使用Kinect的交互特点实现了18个各种各种的有趣的想法。他们仅仅用了两周的时间，从大二学生到研究生不等。让我们来看一下他们实现的奇思妙想吧！

       原文及视频信息链接http://golancourses.net/2011spring/projects/project-3-interaction/

1. Comic Kinect

      此示例主要应用了Kinect的骨架跟踪技术和玩家分段数据，将拳击和脚踢的交互通过可视的漫画效果表现出来，并且同步发出一些拟声效果。

2. Mario Boo

       当Kinect传感器检测到有人出现在视野内时，会出现一个幽灵保持在人的背后，随着人的运动而运动，并且会根据深度信息的远近而改变自身大小。

3. Magrathea

       Magrathea使用Kinect根据桌上的任何物体动态的产生地形图。摄像头读取桌上物体的不断变化深度信息，可以展现出类似地球地形逐渐进化的过程。

4. We be Monsters

       从中午舞狮中获取灵感，运用Kinect的骨架跟踪技术，两个人分别同坐自己的四肢操纵虚拟怪兽的四肢和头尾。

5. Mix&Match Interaction Toy

       使用了Kinect/OpenNI 骨架技术，使得3张卡片组成的人体可以跟玩家随动，并且通过手的滑动更换图片。

6. Kinect Flock

       作者创建了一个微粒系统，当用户移动时，像棉絮一样的东西会随之涌动，当用户静止时，则聚集到参与者的深度区域。

7. roboScan

       roboScan是一个3D模型+扫描仪，将一个Kinect设备固定在一个ABB 4400机械手上。设定好的动作和操作者同时控制机器人和摄像机的3D位置。Kinect的深度数据用来产生一个精确的外部环境的模型。

8. Neurospasta

        Neurospasta是一个需要全身投入的自由形态游戏平台。参与者可以控制他们各自基于Kinect的木偶，也可以通过功能设定控制别人的化身。

9. Will-o-the-Wisp

      这个设计充满了神秘色彩，玩家可以控制一个发光的球体，球体根据玩家手的运动而动，根据深度信息变大或变小。

10. Balloon Grab

       通过检测手掌张开还是握紧的手势，作者开发了一个基于模拟气球飞行的简易小游戏。

11. Hand-Tracking Visualization

       该软件使用手势控制音频的可视化效果，结合检测到场景中手距Kinect的深度信息。参与者手的位置，速度以及其他参数被用来创建一个交互式的声音的可视化效果。

        感觉Kinect的应用也应景一句话：Kinect的应用取决于你的想象空间！