增强现实自然手势识别技术的应用

史晓刚

摘 要随着机器学习、模式识别、人机交互等技术的发展和改进，增强现实在兵工装备研发、娱乐与艺术表演、虚拟训练等领域得到了广泛使用。自然手势识别是增强现实应用的一个关键技术，其可以通过特征提取、模式匹配等步骤识别交互者的手势，提高增强现实人机交互的友好性、可靠性和准确度，具有重要的作用和意义。随着机器学习、模式识别、人机交互等技术的发展和改进，增强现实在兵工装备研发、娱乐与艺术表演、虚拟训练等领域得到了广泛使用。自然手势识别是增强现实应用的一个关键技术，其可以通过特征提取、模式匹配等步骤识别交互者的手势，提高增强現实人机交互的友好性、可靠性和准确度，具有重要的作用和意义。

【关键词】增强现实 手势识别 人机交互 模式匹配

1 引言

增强现实是一种能够将真实世界、虚拟世界信息无缝融合的新型多媒体技术，通过计算机的信息处理，可以将仿真信息叠加到现实世界，并且能够被人类的视觉、声觉等感官感知，达到一个超现实的感官体验，将真实的环境和虚拟的问题融合到一个空间，为人们提供一个沉浸感强、趣味性足的混合世界。目前，增强现实已经在装配试验、航空航天、医疗卫生、教育科研等领域得到了广泛应用，改变了人们传统的工作、学习和生活模式，提高了社会的信息化、智能化水平。自然手势识别是增强现实的一个关键技术，该技术利用先进的图像分割、特征提取、模式识别技术，能够将人们的手势识别出来，然后触发各类型操作，实现信息加工和服务。

2 增强现实技术应用现状分析

增强现实整合了三维建模、多媒体、传感器、实时跟踪与注册、人机交互等多种技术，为人们提供一个丰富的信息世界。增强现实技术经过多年的研究和发展，虽然没有形成产业化的应用，但是也在各个领域得到了积极的部署，用于尖端武器、飞行器、发动机研发测试，实现了可视化、虚拟化的技术训练，形成了一个强大的科研教学、工业设计、精工制造平台。本文通过对增强现实技术进行综合和研究，列举了一些重要的应用领域：

2.1 古迹文物保护

我国是一个有着上下五千年历史的文明古国，文化古迹众多，利用增强现实可以实现对文化古迹的复原，把数字化的虚拟影像提供给参观者，不仅可以清晰地看到文字解说，同时还可以重构古迹文物。

2.2 工业制造装配

工业制造装配流程复杂，如果采用传统的模式将会耗费巨大的人力物力资源，因此可以利用增强现实提供辅助信息，预先装配一个产品，查看是否存在运行故障，这样就可以实现工业制造的装配操作。

2.3 娱乐游戏

增强现实可以让位于不同地点的玩家进入到一个仿真的环境中，以虚拟替身为操作对象，实现对网络游戏的操作。

2.4 旅游展览

人们在参观旅游景点时，为了能够提高人们的娱乐性，可以在旅游展览过程中利用增强现实添加一些动画、文字解说知识，这样就可以让人们随时随地获取信息。

2.5 飞行训练

在培训航空航天飞行员的过程中，真实的飞行训练存在各类型的威胁，不利于人们的操作，因此利用增强现实构建一个飞行训练模拟器，模拟真实的飞行训练环境，既可以提高飞行员操控技能，又能保护飞行员和航空器的安全。

3 增强现实自然手势识别技术应用研究

在应用增强现实的过程中，自然手势操作已经取代了传统的鼠标、键盘，利用手势直接操作增强现实环境中的各类型目标对象，可以更加自然。因此，自然手势识别就显得非常重要。自然手势识别可以将模型空间中的轨迹进行分类，将这些轨迹点划分为到不同的子集中，这些子集分别是静态手势识别和动态手势识别两种，动态手势识别可以转化为静态手势识别。常用的手势识别方法包括神经网络算法、马尔科夫模型、支持向量机等，这些算法在识别过程中，都需要将自然手势识别划分特征提取、模式匹配和语义解释三个方面。

在自然手势识别中，增强现实利用多媒体摄像头或传感器采集手势图像，这些手势所处的环境非常复杂，因此可以利用图像检测方法获取手势特征，构建一个训练学习的分类器，将这个分类器进行矩形特征添加，通过海量的数据训练和学习强化分类器。视频图像中的手势包含的特征很多，经过检测之后，就可以将这些特征提取出来。特征提取是自然手势识别学习建模的过程，又被人们称为图像表征描述，特征提取方法可以划分为两个类别，分别是基于知识表征的方法，另一种是基于代数特征或统计学习表征方法。基于知识的表征方法可以根据目标对象轮廓形状以及距离度量特性获取特征数据，这个特征距离度量的种类包括曲率角度、欧氏距离等，目标对象轮廓特征很多，可以将这些局部特征一一分解，利用局部特征之间的几何结构，将常见的知识特征提取出来。基于代数特征和统计学习表征方法则是利用目标对象像素的密度进行统计，然后可以充分地利用统计学的严密规则实现特征分离和提取。目前基于代数的特征提取方法包括K均值、密度聚类、谱聚类、支持向量机。特征提取完毕之后，自然手势识别就可以将这些特征与模式库中保存的信息进行匹配，匹配也是模式搜索、对比的过程。自然手势识别可以设置一个模式匹配操作阈值，比如可以利用相似度作为度量，然后设置一个阈值，阈值设置完毕之后就可以进行对比，如果相似度超过规定阈值，则判定模式匹配成功。模式匹配成功之后，自然手势识别需要将机器语言转换为人们可以理解的自然语言，这样就可以使用语义分析技术，将识别的结果提供给人们，帮助人们进行决策，比如下达下一步操作指令等。

4 结束语

增强现实作为人工智能发展的一个新阶段，有效地改变了人们的工作、生活和学习方式，引领了人工智能向着新的革命浪潮发展。自然手势识别能够提高增强现实操作的便捷性、友好性，能够提高增强现实的普及率，便于人们接受这一人工智能产品，具有重要的作用和意义。

参考文献

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作者单位

北京枭龙科技有限公司 北京市 100144