面向三維手勢交互界面的用戶視覺關(guān)注分布特征研究.pdf

1、在人類的日常交際中，人們往往會通過不同的手勢表達自己的思想，手勢在人們的生活中起著非常重要的作用。正因如此，手勢交互也成為人機交互領(lǐng)域的熱點問題，人們一直致力于研究出更加自然、和諧且具有認知行為的交互算法。當前的手勢交互算法都是采用逐幀跟蹤，計算量非常大，導(dǎo)致交互效率低下。為此，我們不得不反思這樣一個問題：在基于手勢的非精確直接交互條件下，是否有必要對每幀手勢都進行跟蹤并獲取其精確的三維手勢模型？
　　本課題獲得國家自然科學(xué)基金(

2、No.61173079，No.61472163)和山東省自然科學(xué)基金重點項目(No. ZR2011FZ003)資助。手勢交互算法發(fā)展已久且取得了很多成就，但關(guān)于跟蹤精度和交互效率低下的瓶頸一直難以突破。本文通過研究用戶在交互過程中的視覺關(guān)注分布規(guī)律來嘗試解決目前方法中存在的跟蹤速度瓶頸問題。視覺關(guān)注機制是一個極其復(fù)雜的過程，因其超乎尋常的復(fù)雜性和不確定性，涵蓋了認知科學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、心理學(xué)等多個學(xué)科。人類的視覺系統(tǒng)在處理視覺信息的過程中

3、，總是快速篩選出用戶感興趣的對象，而忽略或舍棄其他的非感興趣的對象，這使我們可以快速合理的分配資源，從而極大地提高了視覺系統(tǒng)處理信息的速度。本文主要任務(wù)包括如下兩方面，一方面是研究出人類的視覺關(guān)注分布規(guī)律，同時視覺關(guān)注機制具有篩選數(shù)據(jù)信息的能力，這為提高手勢交互的效率提供了依據(jù)，因而具有重要理論意義。另一方面，目前在普通PC機條件下要達到手勢的三維實時跟蹤還極有難度，本文研究從新的角度探索手勢的實時跟蹤，在新型3D人機交互界面設(shè)計中具有

4、重要的應(yīng)用意義。
　　本課題主要研究工作和創(chuàng)新點如下：
　　(1)使用Tobii眼動儀對人眼的視線進行實時跟蹤
　　為了研究視覺關(guān)注分布的規(guī)律，本課題使用了Tobii眼動儀對用戶的視線進行實時跟蹤。Tobii眼動儀能夠在用戶最自然的狀態(tài)下記錄眼動的最精確數(shù)據(jù)，這對研究視覺關(guān)注分布規(guī)律是十分重要的。通過使用Tobii眼動儀進行手勢交互實驗，我們能夠看到用戶在每個區(qū)域的關(guān)注時間，從而可以獲知用戶的感興趣區(qū)域與不感興趣區(qū)域。

5、
　　(2)建立了視覺關(guān)注模型
　　通過對人眼數(shù)據(jù)的深入分析，最終為手勢交互過程的平移、抓取、釋放階段分別建立視覺關(guān)注模型。這些模型是從三維手勢模型到目標位置之間的距離及視覺關(guān)注強度角度進行深入研究。經(jīng)實驗證明，視覺關(guān)注的分布規(guī)律完全符合人們認知行為。
　　(3)提出了基于視覺關(guān)注分布的三維手勢跟蹤算法
　　該算法的創(chuàng)新點是：將粒子濾波算法與視覺關(guān)注機制進行了結(jié)合，并且使算法中的粒子具有自適應(yīng)性。該算法不僅解決了

6、當前手勢交互算法存在的瓶頸問題，而且還符合人們自然的交互習慣。簡單來說，隨著視覺關(guān)注強度的變化分布的粒子也不同，在視覺關(guān)注強度較低時，則用動畫來實現(xiàn)。經(jīng)實驗驗證，該算法較好的提高了手勢跟蹤精度和交互效率，而且交互方式符合人們的自然交互行為，從而體現(xiàn)了新的人機交互以“人”為中心的目標。
　　人類的視覺關(guān)注機制具有快速篩選數(shù)據(jù)信息的能力，本文將視覺關(guān)注機制應(yīng)用到手勢交互中提高了手勢交互的效率，為人機交互研究開辟了新的思路，具有一定的理