Author：
杨磊
E-mail：
ylxx@live.com
Date：
2017-07-16
Description：use Kinect and voice to control jet in GTA: San Andreas on windows
kinect 各节点名称
节点与节点间生成以下向量
- spineVector：脊柱所在向量
- shoulderVector：两个肩膀节点所在向量
- elbowVector：两个肘关节所在向量
- shoulderElhow：手臂的上臂向量
- elbowWrist：手臂的前臂向量
- hipKnee：大腿的向量
- bodyz：由spineVector和shoulderVector叉积求得的身体平面的法向量
- 默认状态
动作：人面向Kinect 竖直战立，手臂的上臂与身体在同一平面， 手臂的前臂正对着Kinect原理：无映射按键：无功能：默认状态 啥也不做
- 垂直起飞
动作：保持上臂与身体在同一平面， 前臂正对着Kinect，将上臂抬起，使之尽量与肩膀齐平原理：计算shoulderElhowLeft 和 shoulderElhowRight的夹角 大于100°则垂直起映射按键：W功能：缓慢垂直向上升空
- 垂直下降
动作：上半身与默认状态保持一致，脚呈半蹲姿势原理：hipKneeLeft与向量(0,0,-1)的夹角若小于80°则激发映射按键：S功能：缓慢垂直降落
- 左倾斜/右倾斜
动作：保持左右手肘有较大高度落差原理：elbowVector 和 向量(0,1,0)的角度小于75° or 大于105° 则激发映射按键：A/D功能：飞机左倾斜/右倾斜
- 前倾斜/后倾斜
动作：保持前臂与水平面有较大角度原理：elbowWrist 和 spineVector的角度小于80° or 大于120° 则激发映射按键：up array/down array功能：飞机前倾斜/后倾斜
- 左旋转/右旋转
动作：上半身左/右旋转一定角度原理：shoulderVector和 向量(0,0,1)的角度小于75° or 大于105° 则激发映射按键：Q/E功能：飞机的方向在水平左旋转/右旋转
- 加速/减速
动作：前臂水平张开45°/前臂水平聚拢45°原理：elbowWrist 和 shoulderVector 的角度小于45° or 大于135° 则激发将左右手所得的角度再进行相减 再进一步判断映射按键：Num8/Num2功能：飞机向前加速/减速
| 语音 | 映射按键 | 功能 |
|---|---|---|
| get in car | F |
上载具 |
| get out car | F |
下载具 |
| get airplane | "jumpjet" |
自动输入作弊码jumpjet 获得鹞式战斗机 |
| up wheel | 2 |
收/放飞机起落架 |
| lock | right Ctrl |
锁定载具目标 以发射导弹 |
| flash | right Ctrl |
发送干扰弹 以躲避导弹 |
| radio | r |
切换电台 |
| fire | Num0 |
攻击/开火/发送导弹 |
原理：
求角度公式
代码：
def degreeOfVictor(p1,p2):
dotProduct = (p1*p2).sum()
norm = lambda p:(p**2).sum()**0.5
angle = dotProduct/(norm(p1)*norm(p2))
arccosDegree = lambda x:np.degrees(np.arccos(x))
degree = arccosDegree(angle)
return degree优势：
- 不随着人的身高大小，高矮胖瘦，所在位置而变化
- 不同动作间 相互影响极小
- 相对直接用(x,y,z)，动作的状态空间多，数据稳定
原理：
求肩膀所在向量a 与脊椎所在向量b 的叉积即为上半身所在平面的法向量
在开发过程中， 我详细考察了各种语音识别方案
| 方案 | 准确率 | 延迟 | 其他方面 | 评估结果 |
|---|---|---|---|---|
| 离线方案 | 极低 | 0.5~1.5 s | 由于识别需要占用较多系统资源 会造成游戏卡顿 | 放弃 |
| 百度云语音 | 一般 | 国内网 1.7~3.0 s | 优先考虑 | |
| 微软认知服务 | 较好 | 国内网 5~10 s | 可以考虑 | |
| Google Cloud Platform | 较好 | IPV6代理 > 8 s | 可以考虑 |
最终 我将 百度云语音识别API,微软认知服务API 和 Google Cloud Platform 以多线程的形式进行融合
只有最先被识别的语音命令会被执行，即提高了速度，又提高了命中率
原理：
- 在点集中生成所有含有3个点的子集的组合
- 对每一个子集生成一个平面
- 将每一个平面的法向量的单位向量相加得到所求平面的法向量
-
准备一套带有电源和USB接口的 Kinect设备(最好是Kinect for Windows版本)
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安装Kincet SDK 1.8 ,KinectRuntime 1.8
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准备一个Python 2.7 32 bit 环境(！非常重要 KinectSDK 1.8 只支持32 bit Python 建议安装一个32位的Miniconda2)
-
使用命令
pip install -r requirements.txt安装所需要的包 -
安装游戏GTA: San Andreas
-
运行游戏
gta_sa.exe在设置中的载具按键设置处 设置一下按键映射 原按键与新按键的映射为
{
'up':'i',
'down':'k',
'n8':'o',
'n2':'l',
'rCtrl':'lAlt',
}
结果如下图
6. 最后，使用命令 python jetInKinect.py 开启Kinect 即可操纵
-
语音控制部分同时使用了 百度云语音识别API,微软认知服务API 和 Google Cloud Platform，以同时提高速度和准确性，但准确率和网络延迟仍旧不够理想
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对于新手来说 就算用手柄来控制GTA中的鹞式战斗机也非常困难，所以 用身体来控制需要一定的适应期（对于熟悉用键盘开飞机的作者来说 用了半小时才熟悉）
-
由于Kinect传感器为红外视频，所以 建议避免穿黑色衣服（黑色衣服会吸收红外线 增加传感器误差）
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由于程序是通过键盘映射来操作的 键盘为点按的布尔操作 ，实际上 体感更适合于类似手柄摇杆的标量操作 这将会大大提升操控体验
-
语音识别可改为本地的预训练好的神经网络来识别
生产实习开始时，由于微软几乎没有为Pykinect写文档 也缺乏参考代码，我还在考虑是使用C#还是Python来开发，最后 还是因为numpy和iPython的便利性 硬着头皮学Pykinect，由于微软只发布了一个pykinect的demo，所以熟悉API花费了一周多的时间
理解完API后 灵机一动 想做飞行控制，由于飞行本就十分复杂，便详细思考控制方案，最终决定 将一部分不常用事件交由语音控制
在后期numpy和iPython的便利性发挥了作用，体感数据处理得挺顺利的。后来才发现语音控制是一个坑，做了好多工作 包括查找与评估各个方案，对接各个API，多线程融合机智，但语音控制的效果仍不够理想
总之 此次Kinect开发 即有趣又有收获
- PyKinect - write Kinect games using Python!
- 向量 - 维基百科，自由的百科全书
- 向量积 - 维基百科，自由的百科全书
- Geometry Module SymPy documentation
- Pygame v1.9.2 documentation
- PS/2 Keyboard - OSDev Wiki
- 百度语音-API参考-简介-百度云
- 必应语音 API-认知服务试用体验 | Microsoft Azure
- speech_recognition: Speech recognition module for Python, supporting several engines and APIs, online and offline.