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摘 要：本文提出了一种新型的虚拟现实游戏技术，基于实时渲染工具Ventuz和红外激光扇形传感器的多点触摸交互技术。该技术不仅为超大尺寸的普通显示屏增加多点触摸功能，而且还推动了悬空触摸空气交互技术的发展。扇形传感器的布置方式决定了是多点触摸屏还是隔空触摸空气。这个技术可以在复杂的光电环境下正常工作，并且运用了改进的限幅滤波算法处理获得的触摸点，使触摸点稳定。
关键词：虚拟现实游戏；Ventuz；扇形传感器；多点触摸；滤波算法
中图分类号：TP11
随着电子产品的迅速发展，越来越多的人了解虚拟现实技术，大部分发达国家都在大力研究虚拟现实技术，它的发展速度非常迅速。很多过去无法想象的事情正在逐渐的变为现实。尤其是虚拟现实游戏，目前广为流行的3D眼镜、数据手套、三维鼠标、运动跟踪器、XBOX360体感游戏等，已经得到越来越多人的青睐。虚拟现实正向游戏走来。
本文讲述一类虚拟现实游戏技术，从渲染软件工具Ventuz到硬件扫描设备扇形传感器，本文的安排如下：首先介绍渲染软件Ventuz，包括主要用途、功能等。然后介绍多种多点触摸技术，包括各类尺寸的触摸屏。最后介绍扇形传感器，包括扇形传感器的原理、触摸点的获得、触摸点的稳定、坐标转换。
1 Ventuz基础
Ventuz是一款实时渲染的软件，主要用于多媒体演示，它的基本组成是节点，可以灵活插入删除节点，支持C#、VB.NET脚本，可以编辑脚本、动画，工具栏中提供常用的各种物体，如图形、坐标、颜色、灯光、声音、文本、材质等，基本解决了日常所需，可以很方便的导入3Dmax模型，如OBJ、RTG、X等及处理Excel、XML、Text等文件格式。其中Ventuz还提供了交互库，支持任何TUIO与OSC协议的交互设备与Ventuz无缝集成，而不需要进行任何软件的调试与矫正。Ventuz支持交互，常用的交互技术如：点击、移动、旋转、缩放等已经以节点的方式进行了封装，用户使用很方便，使用时直接加入节点，无需编写复杂的程序。Ventuz为客户提供了清晰逻辑层次关系。
Ventuz每秒渲染60次场景，任何内容的设计、数据的修改、系统的控制命令都是立即生效的。因此，Ventuz是唯一一个将3D和互动完美结合的产物。
Ventuz目前主要应用在多媒体领域，作为演示软件它是当前行业的成就。传统的演示方法，越来越吸引不了大众的眼球。一个好的演示，不仅需要有好的信息传达，也需要好的传达方式，展示出创新、卓越和能力，会给观众留下不可磨灭的印象，而这种印象正是时代所需。传统的演讲者面对静态、线性的演讲作风，而由Ventuz开发的专业演讲可以带给观众动态的、非线性的演讲作风，是灵活艺术设计与尖端实时技术的结合。
2 多点触控技术
多点触控技术是现在的主要趋势。市场上的电子产品大多采用电容屏或电阻屏，这类产品精度非常高，但是尺寸太小。越来越多的超大屏幕的产生刺激了多点触控技术的发展。
2.1 基于表面声波式技术
表面声波是一种在介质表面进行浅层传播的机械能量波，其性能稳定，在声波传递中具有非常尖锐的频率特性，表面声波式触摸屏的触摸部分是玻璃平板，没有任何贴膜和覆盖层。当手指或其他柔性触摸笔接近屏幕表面时，手指或其他柔性触摸笔吸收了一部分声波能量，而控制器则侦测到接收信号在某一时刻上的衰减，由此可计算出触摸点的位置。表面声波式触摸屏不会受到温度、光照、湿度等的影响，主要应用于大屏幕。
2.2 基于图像采集技术
多点触摸系统一般通过红外摄像机或摄像机配红外滤光片的方法摄取手指触点图像，对所得图像通过图像处理与分析技术，计算出触摸点的位置，并在此基础上进行触点手势识别.
2.3 基于Visual Hull技术
这种技术需要在屏幕的四周安装多组发光/感光器件，系统进行扫描，当有触摸物体触摸屏幕时，触摸物会挡住红外信号，通过分析x和y方向的光线遮挡信息，就可以计算出触摸物体的位置。
基于这种技术的触摸屏，因为布局是一对一的，准确度比较高。但是只能识别一个点，惠普公司的Touchsmart和Moeller等人发明的ZeroTouch技术在元器件中建立多对多的对应关系来解决该问题.
2.4 基于光感应触摸技术
这类技术需要光照射，通过光的反射确定触摸点位置。此类技术主要有全反射技术、反向全反射技术、激光反射技术。这类技术不适用于高亮度环境光的情况。
2.5 基于红外式技术
红外式触摸屏利用红外设备发射信号，当探测区有物体时，光线会被遮挡，红外探测设备会受到变化的信号，以此来判断触摸点的位置。
红外式触摸屏适用于在一些恶劣的环境下，不存在电流、光度、温度的影响，安装方便。
本文所讲的就是一种红外式触摸屏。
3 扇形传感器基础
3.1 原理
本文使用的扇形传感器是德国的劳易测公司生产的ROD4扇型传感器，此扇形传感器扫描区域为扇形，因此得名。此设备每秒打出几十次的脉冲，脉冲接触物体，传感器接受由物体反射的光，依据时间和角度确定物体位置。
扇形传感器是一种二维平面的测距光学传感器，与普通的红外测距设备不同，该传感器采用了抗干扰能力非常强的编码红外脉冲扫瞄方式，这使得它能在非常复杂的光学环境中也能正常工作。
4 结束语
本文主要讲述了基于扇形传感器的交互技术，包括超大屏幕的多点触控技术和隔空触摸空气技术，使用了Ventuz作为实时渲染工具。与以往技术相比，扇形传感器拥有优良的性能：首先，应用范围广，不管是超大屏幕还是隔空触摸空气；其次，可以在复杂的光电环境下工作；再次，安装布置现场非常方便、迅速；最后，能够处理不规则的四边形。这些优点，使扇形传感器在很多情况下得到了很好的应用。 参考文献：
[1]王少峰，陈丽娜.多点触摸技术领域中国专利申请分析[J].中国发明与专利，2011（11）：53-56.
[2]迟健男，王志良.多点触摸人机交互技术综述[J].智能系统学报，2011（01）：29-37.
[3]HP.Touchsmart//http：//www.hp.com/united-states/campaigns/touchsmart/，2012.
[4]Moeller J，Kerne A，Damaraju S.Zerotouch：A Zero-thickness OpticalMulti-touch Force Field[A]//InProceedings of the 2011 annual conference extended abstracts on Human Factors in Computing Systems，Vancouver，2011：1165-1170.
[5]Han J.Low-cost multi-touch sensing through frustrated total internal reflection[A]//In Proceedings of the 18thannual ACM symposium on User interface software andtechnology，Seattle，2005：115-118.
[6]Echtler F.，Dippon A.，T?nnis M.，Klinker G.Inverted FTIR：Easy Multitouch Sensing for Flatscreens[A]//InProceedings of the ACM International Conference on Interactive Tabletops and Surfaces，Banff Alberta，2009：29-32.
[7]Echtler F，Pototschnig T，and Klinker G.An Led-based Multitouch Sensor for LCD Screens[A]//In Proceedingsof the fourth international conference on Tangible， embedded，and embodied interaction，Cambridge，2010：227-230.
作者简介：苏志同（1963-），男，河北新河人，教授，研究方向：计算机网络，数字媒体技术。
作者单位：北方工业大学信息工程学院，北京 100144
关键词：虚拟现实游戏；Ventuz；扇形传感器；多点触摸；滤波算法
中图分类号：TP11
随着电子产品的迅速发展，越来越多的人了解虚拟现实技术，大部分发达国家都在大力研究虚拟现实技术，它的发展速度非常迅速。很多过去无法想象的事情正在逐渐的变为现实。尤其是虚拟现实游戏，目前广为流行的3D眼镜、数据手套、三维鼠标、运动跟踪器、XBOX360体感游戏等，已经得到越来越多人的青睐。虚拟现实正向游戏走来。
本文讲述一类虚拟现实游戏技术，从渲染软件工具Ventuz到硬件扫描设备扇形传感器，本文的安排如下：首先介绍渲染软件Ventuz，包括主要用途、功能等。然后介绍多种多点触摸技术，包括各类尺寸的触摸屏。最后介绍扇形传感器，包括扇形传感器的原理、触摸点的获得、触摸点的稳定、坐标转换。
1 Ventuz基础
Ventuz是一款实时渲染的软件，主要用于多媒体演示，它的基本组成是节点，可以灵活插入删除节点，支持C#、VB.NET脚本，可以编辑脚本、动画，工具栏中提供常用的各种物体，如图形、坐标、颜色、灯光、声音、文本、材质等，基本解决了日常所需，可以很方便的导入3Dmax模型，如OBJ、RTG、X等及处理Excel、XML、Text等文件格式。其中Ventuz还提供了交互库，支持任何TUIO与OSC协议的交互设备与Ventuz无缝集成，而不需要进行任何软件的调试与矫正。Ventuz支持交互，常用的交互技术如：点击、移动、旋转、缩放等已经以节点的方式进行了封装，用户使用很方便，使用时直接加入节点，无需编写复杂的程序。Ventuz为客户提供了清晰逻辑层次关系。
Ventuz每秒渲染60次场景，任何内容的设计、数据的修改、系统的控制命令都是立即生效的。因此，Ventuz是唯一一个将3D和互动完美结合的产物。
Ventuz目前主要应用在多媒体领域，作为演示软件它是当前行业的成就。传统的演示方法，越来越吸引不了大众的眼球。一个好的演示，不仅需要有好的信息传达，也需要好的传达方式，展示出创新、卓越和能力，会给观众留下不可磨灭的印象，而这种印象正是时代所需。传统的演讲者面对静态、线性的演讲作风，而由Ventuz开发的专业演讲可以带给观众动态的、非线性的演讲作风，是灵活艺术设计与尖端实时技术的结合。
2 多点触控技术
多点触控技术是现在的主要趋势。市场上的电子产品大多采用电容屏或电阻屏，这类产品精度非常高，但是尺寸太小。越来越多的超大屏幕的产生刺激了多点触控技术的发展。
2.1 基于表面声波式技术
表面声波是一种在介质表面进行浅层传播的机械能量波，其性能稳定，在声波传递中具有非常尖锐的频率特性，表面声波式触摸屏的触摸部分是玻璃平板，没有任何贴膜和覆盖层。当手指或其他柔性触摸笔接近屏幕表面时，手指或其他柔性触摸笔吸收了一部分声波能量，而控制器则侦测到接收信号在某一时刻上的衰减，由此可计算出触摸点的位置。表面声波式触摸屏不会受到温度、光照、湿度等的影响，主要应用于大屏幕。
2.2 基于图像采集技术
多点触摸系统一般通过红外摄像机或摄像机配红外滤光片的方法摄取手指触点图像，对所得图像通过图像处理与分析技术，计算出触摸点的位置，并在此基础上进行触点手势识别.
2.3 基于Visual Hull技术
这种技术需要在屏幕的四周安装多组发光/感光器件，系统进行扫描，当有触摸物体触摸屏幕时，触摸物会挡住红外信号，通过分析x和y方向的光线遮挡信息，就可以计算出触摸物体的位置。
基于这种技术的触摸屏，因为布局是一对一的，准确度比较高。但是只能识别一个点，惠普公司的Touchsmart和Moeller等人发明的ZeroTouch技术在元器件中建立多对多的对应关系来解决该问题.
2.4 基于光感应触摸技术
这类技术需要光照射，通过光的反射确定触摸点位置。此类技术主要有全反射技术、反向全反射技术、激光反射技术。这类技术不适用于高亮度环境光的情况。
2.5 基于红外式技术
红外式触摸屏利用红外设备发射信号，当探测区有物体时，光线会被遮挡，红外探测设备会受到变化的信号，以此来判断触摸点的位置。
红外式触摸屏适用于在一些恶劣的环境下，不存在电流、光度、温度的影响，安装方便。
本文所讲的就是一种红外式触摸屏。
3 扇形传感器基础
3.1 原理
本文使用的扇形传感器是德国的劳易测公司生产的ROD4扇型传感器，此扇形传感器扫描区域为扇形，因此得名。此设备每秒打出几十次的脉冲，脉冲接触物体，传感器接受由物体反射的光，依据时间和角度确定物体位置。
扇形传感器是一种二维平面的测距光学传感器，与普通的红外测距设备不同，该传感器采用了抗干扰能力非常强的编码红外脉冲扫瞄方式，这使得它能在非常复杂的光学环境中也能正常工作。
4 结束语
本文主要讲述了基于扇形传感器的交互技术，包括超大屏幕的多点触控技术和隔空触摸空气技术，使用了Ventuz作为实时渲染工具。与以往技术相比，扇形传感器拥有优良的性能：首先，应用范围广，不管是超大屏幕还是隔空触摸空气；其次，可以在复杂的光电环境下工作；再次，安装布置现场非常方便、迅速；最后，能够处理不规则的四边形。这些优点，使扇形传感器在很多情况下得到了很好的应用。 参考文献：
[1]王少峰，陈丽娜.多点触摸技术领域中国专利申请分析[J].中国发明与专利，2011（11）：53-56.
[2]迟健男，王志良.多点触摸人机交互技术综述[J].智能系统学报，2011（01）：29-37.
[3]HP.Touchsmart//http：//www.hp.com/united-states/campaigns/touchsmart/，2012.
[4]Moeller J，Kerne A，Damaraju S.Zerotouch：A Zero-thickness OpticalMulti-touch Force Field[A]//InProceedings of the 2011 annual conference extended abstracts on Human Factors in Computing Systems，Vancouver，2011：1165-1170.
[5]Han J.Low-cost multi-touch sensing through frustrated total internal reflection[A]//In Proceedings of the 18thannual ACM symposium on User interface software andtechnology，Seattle，2005：115-118.
[6]Echtler F.，Dippon A.，T?nnis M.，Klinker G.Inverted FTIR：Easy Multitouch Sensing for Flatscreens[A]//InProceedings of the ACM International Conference on Interactive Tabletops and Surfaces，Banff Alberta，2009：29-32.
[7]Echtler F，Pototschnig T，and Klinker G.An Led-based Multitouch Sensor for LCD Screens[A]//In Proceedingsof the fourth international conference on Tangible， embedded，and embodied interaction，Cambridge，2010：227-230.
作者简介：苏志同（1963-），男，河北新河人，教授，研究方向：计算机网络，数字媒体技术。
作者单位：北方工业大学信息工程学院，北京 100144