臺灣博碩士論文加值系統

在電腦科技蓬勃發展的今日，虛擬實境的應用，也隨著個人電腦配備的進步愈來愈被廣泛使用。傳統瀏覽虛擬實境的方式，大都是使用鍵盤和滑鼠來達到此目的，或是經由搖桿和6D滑鼠等其他輸入設備，但Ye et al. (2004)提到要操控虛擬環境中的物件時，以身體姿勢去進行控制較一般傳統的互動裝置如鍵盤、滑鼠和搖桿等，更為適合。因此本研究利用資料手套及追蹤器做為輸入裝置，提出了一套即時的手勢控制系統。操作者可藉由手勢去控制場景中的虛擬人物，並藉此達到瀏覽虛擬環境的目的。在實際操控上，本研究設計使用左手及右手，分別去控制虛擬人物的「移動」及「行為」，讓操作者能清楚區分虛擬人物兩種不同類型之控制。
本研究採用Autodesk Inventor繪製虛擬人物及場景，再搭配3ds Max輔助繪製及貼圖，接著在利用3ds Max支援虛擬實境軟體EON Studio的特性，直接將整個繪製好的虛擬環境轉成EON Studio的檔案格式，供後期做互動編輯使用；在本研究中，利用EON Studio做為「資料手套及追蹤器之訊號擷取」及「虛擬實境互動設定」的工具，接著再使用 Visual Basic製作系統操作介面及撰寫手勢辨識相關程式，最後再將「資料手套及追蹤器」、「虛擬互動場景」及「操作介面」做結合，建構出即時的手勢控制系統。

When our technology of the computer is developed vigorously now, the peripheral of the computer is better. Then the virtual reality is being used extensively. Have a look around the ways of the virtual reality, mostly use the keyboard and mouse to achieve this purpose in tradition, or via other input equipment, such as the rocker and 6D mouse, etc. But Ye et al. (2004) mention that there is more suitable when we use traditional interactive device with body posture, such as keyboard, mouse and rocker, etc, to control objects in virtual reality. This study utilizes the data glove and tracker to be used as input device, and have proposed a set of prompt gesture control systems. The user can control avatar in the scene with the gesture, and achieve the goal of having a look around virtual reality by this. In controlling actually, this study is designed to control avatar’s “movement” and “behavior” with left and right hand, and enable the user to distinguish two kinds of different kinds of control of avatar clearly.
This study adopts Autodesk Inventor to be drawn to avatar and scene, and then match 3ds Max and draw auxiliary and pinup picture, then utilizing the characteristic that 3ds Max support the virtual reality software EON Studio, the file form of draw good virtual reality transform into the file form of EON Studio directly, for using as interactive editor on later stage. In this study, we utilize EON Studio to be as “retrieved signal of data glove and tracker” and the tool of “the setting of interactive with virtual reality “, then we use Visual Basic to make the system operation interface and write the gesture to distinguish the relevant procedure. At last, we combine “data glove and tracker” “virtual interaction scene” and “User Operate Interface” to construct the prompt gesture control system.

目錄
摘要 I
ABSTRACT II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 VIII
第一章 序論 1
1.1研究背景與動機 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究方法 3
1.4 研究範圍與限制 4
1.5 研究架構與流程 5
第二章 文獻探討 6
2.1手勢輸入 6
2.1.1手部基本認知 6
2.1.2手勢定義 9
2.1.3 手勢辨識系統的分類 9
2.1.4 手勢輸入相關研究 10
2.2虛擬實境 12
2.2.1 虛擬實境特性 12
2.2.2 虛擬實境的分類 13
2.2.3 虛擬實境與3D動畫的區別 17
2.2.4 虛擬實境相關應用 18
2.2.5 虛擬實境的瀏覽方式 21
第三章 研究方法與步驟 22
3.1 手勢操控系統之建構流程與架構 22
3.2 研究設備與工具 24
3.2.1 硬體設備及規格 24
3.2.1.1 資料手套－5DT Data Glove 5 Ultra 24
3.2.1.2 追蹤器－InterSense’s InterTrax2 25
3.2.2 軟體設備 26
3.2.2.1 Autodesk Inventor 26
3.2.2.2 3ds Max 27
3.2.2.3 EON Studio 27
3.2.2.4 Visual Basic 6.0 28
3.3虛擬實境開發軟體EON STUDIO 29
3.3.1 EON Studio之操作環境 29
3.3.2 在EON Studio中的資料型態 32
3.3.3 EON Studio中所定義的空間關係 34
3.4 訊號擷取與輸出 34
3.4.1 資料手套訊號擷取 35
3.4.2 追蹤器訊號擷取 37
3.4.3 訊號匯出 39
3.5 虛擬人物與場景的製作 41
3.6 虛擬人物動作的編輯及操控 42
3.6.1 虛擬人物的動作表現 42
3.6.2 虛擬人物的控制 44
3.7 系統之設計 45
3.7.1 Visual Basic與EON Studio之連結 45
3.7.2 手勢辨識模組 48
3.7.3 系統執行之設計 48
第四章 系統測試結果與討論 50
4.1 系統硬體架構 50
4.2 系統之操作介面 50
4.3 系統之操作 51
4.3.1 控制虛擬人物的移動 52
4.3.2 控制虛擬人物的行為 56
4.3.3 通過障礙物 60
4.4 實際操作測試 62
4.5 討論 63
4.5.1系統製作部分 63
4.5.2實際操作部分 66
4.6 小結 67
第五章 結論與建議 70
5.1 結論 70
5.2 研究貢獻 71
5.3 未來的研究方向與建議 71
參考文獻 73


圖目錄
圖1.1 研究架構與流程 5
圖2.1 手部骨骼名稱 7
圖2.2 手部關節名稱 7
圖2.3 拇指的Flexion、 Extension和Opposition 8
圖2.4 拇指的Adduction和Abduction 8
圖2.5 手指三個關節的彎曲度 9
圖2.6 虛擬實境之I3示意圖 12
圖3.1 整體流程架構 23
圖3.2 5DT Data glove 5 Ultra 25
圖3.3 InterTrax2 25
圖3.4 EON Studio 起始畫面 28
圖3.5 元件視窗功能節點屬性設定之畫面 30
圖3.6 模擬樹狀架構屬性設定之畫面 30
圖3.7 流程控制視窗屬性設定之畫面 31
圖3.8 屬性選項列屬性設定之畫面 32
圖3.9 EON Studio中所定義的空間關係 34
圖3.10 EON中所顯示的資料手套之訊號資料 36
圖3.11 將手指訊號分離之VBScript程式碼 36
圖3.12 分離出的手指訊號資料 37
圖3.13 EON中所顯示的追蹤器之訊號資料 38
圖3.14 將追蹤器訊號分離之VBScript程式碼 38
圖3.15 分離出Pitch、Yaw和Roll的訊號資料 39
圖3.16 資料手套之輸出事件節點連接圖 40
圖3.17 追蹤器之輸出事件節點連接圖 40
圖3.18 虛擬人物 41
圖3.19 虛擬人物動作表現的製作流程 42
圖3.20 表現走路動作的分解姿勢 43
圖3.21 在Visual Basic中匯入EON檔案 46
圖3.22 在Visual Basic接收EON所傳送的訊息 46
圖3.23 EON中的Out-event與In-event 47
圖3.24 在Visual Basic傳送訊息給EON 47
圖3.25 系統執行之設計 49
圖4.1 系統之硬體架構 50
圖4.2 系統之操作介面 51
圖4.3 系統之起使畫面 52
圖4.4 前進之命令手勢 53
圖4.5 虛擬人物之走路動作 53
圖4.6 左移之命令手勢 54
圖4.7 虛擬人物左移 54
圖4.8 右移之命令手勢 55
圖4.9 虛擬人物右移 55
圖4.10 停止之命令手勢 56
圖4.11 虛擬人物停止 56
圖4.12 開門之命令手勢 57
圖4.13 開門連續圖 57
圖4.14拉上窗簾之命令手勢 58
圖4.15 拉上窗簾的連續圖 58
圖4.16開燈之命令手勢 59
圖4.17 開燈的連續圖 59
圖4.18 障礙物一 60
圖4.19 Avatar避障礙物一之連續圖 60
圖4.20 障礙物二 61
圖4.21 Avatar避障礙物二之連續圖 61
圖4.22 訊號匯入 62
圖4.23 實際操控狀況 63
圖4.24 3ds Max中匯入物件的名稱出現亂碼的情形 64
圖4.25 EON中出現匯入的物件有名稱卻無實體的情形 64
圖4.26 虛擬人物陷入牆中的狀況 65
圖4.27 人物遇碰撞及時停止不動的狀況 65
圖4.28 樹木在場景中呈現的方式 67
圖4.29 將節點群與其相關資訊製作成原型節點 68
圖4.30 將原型節點放置到自訂之原型庫中 69


表目錄
表2.1依視覺產生方式之虛擬實境分類 15
表2.2 虛擬實境與3D動畫之比較 18
表3.1 InterTrax2的產品規格 26
表3.2 EON中之SF資料型態 33

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