手势输入方式的手势识别的原理

手势是指在人的意识支配下,人手作出的各类动作,如手指弯曲、伸展和手在空间的运动等,可以是

收稿日期: 2000 - 05 - 15

基金项目: 行业基金项目(院编96311)

作者简介: 曾芬芳(1940 - ) ,女,湖南益阳人,华东船舶工业学院教授。

执行某项任务,也可以是与人的交流,以表达某种含义或意图。基于手势识别的三维交互输入技术,常

用的有基于数据手套的和基于视觉(如摄象机) 的手势识别。

人手有20 多个关节,其手势十分复杂,在VR(Virtual Reality) 中的交互过程,需分析手势的形成并

识别其含义。如用户以自然方式抓取环境中的物体,同时还可以对用户产生相关的感知反馈,如对具有

力反馈的手套,就能使人感知到抓取的物体的重量,对有触觉反馈的手套,能感知到用户所碰到的物体

的质感,如毛毯有多粗糙等。所以计算机要能对人手运动的灵活、复杂的手势进行识别是一项艰难而又

十分有意义的任务。

手势的分类早在40 年代,心理学家Quek[7 ] ,Pavlovic[8 ]等人从人机接口的角度对手势进行研究,

按其功能分为:

手的运动

无意识的手运动

有意识的手运动(手势

交流手势

表动作

表符号(手语)

引用手语(如表示数字)

情态手势

执行任务(如抓握锤) 手势不但由骨胳肌肉驱动,而且还受人的信念、意识的驱使,它涉及到人的思维活动的高级行为。

人机交互的研究目的之一是使机器对人类用户更方便,从用户产生手势到系统“感知”手势的过程[9 ]如

图1 所示。

图1系统“感知”手势的过程

Fig 1Process of sensing gesture by the system

手的运动,是手势的表现形式。用户的操作

意图是用户要完成任务的内容, 即用户心理活

动(概念手势) G ,经过运动控制(变换) ,用手势

运动H 表达。由经感受设备(变换Thi) 将手的

运动H 变换为系统的输入信息I ,所以从G到I

的映射过程为:

Tgh : G → H , 即H > Tgh ( G)

Thi : H → I , 即I > Thi ( H)

Tgi : G → I , 即I > Thi ( Tgh ( G) ) > Tgi ( G)

其中, Tgh 为人体运动控制传送函数; Thi为输入设备传送函数。

手势识别的任务就是从系统输入I 推断、确定用户意图G ,显然是以上映射的逆过程。即

G = T- 1

gi ( I) ( 1 )

H = T- 1

hi ( I) ( 2 )

G = T- 1

gh ( H) ( 3 )

其中, T- 1

gi , T- 1

hi , T- 1

gh 是Tgi , Thi , Tgh 的逆变换。

所以手势识别可以采用H = T- 1

hi ( I) 时输入信息I ,得到手的运动H ,再由G = T- 1

gh ( H) 手势的表

示推断用户手势的概念意图,也可直接从G = T- 1

gi ( I) 求得概念手势G。

手势识别分为静态手势和动态手势的识别,目前的研究大都是在线静态手势识别,如Lee 研究的就

是静态孤立手势[10 ] 。动态手势识别难度大,一般采用关键帧方法,记录每个手势的始和终状态及手势的

运动轨迹,然后用内插算法重建帧,但仍需给予限制,如Davis研究的动态手势识别就规定开始时手必须

朝上等。 手势的语法信息是通过手的构形、手的运动变化来传递。为了

给用户提供必要的视觉反馈信息, 使其在交互过程中看到自己的手

(图2 是用3DSMAX 绘制) ,同时也为了分析交互过程中手和虚拟对

象之间的相互作用关系,必须建立手几何模型和运动学模型。 人手是一个多肢节系统, 由27 块骨骼组成, 可看成由4 个相邻

手指、一个大拇指和手掌组成, 每个手指由指段和关节组成。因此手

是一种由关节相连的结构, 随着关节运动, 手的形状在不断变化。这

种变化可以通过指段和关节的状态空间位置的变化来描述[11 ] 。

每一个手指( Ⅱ - Ⅴ) 具有四个自由度,其中手指的

基部(MP) 有两个自由度,弯曲和旋转,手指的中间关节处(PIP)

和末端关节处(DIP) 分别各有一个自由度,主要是弯曲运动。大拇

指除了与其他四个手指一样具有四个自由度外, 还有一个外展运

动,所以大拇指具有五个自由度(拇指和手掌之间的一节也可不考

虑) 。外加手掌的前后左右运动二个自由度。所以手运动总共具有

23 个自由度,即状态空间为23 维。

从上述的分析可知,除大拇指外每个手指都具有四个自由度,

从而可以建立一条链,以协调手指的机构及运动。整个手可以以手掌为基础链接五个手指( Ⅰ - Ⅴ) ,在

指段MP 上链接指段PIP ,再链接指段DIP ,每条链可以获取四个参数。从而五个手指以手掌为根节点构

成一个树型结构,树中的每一个节点代表一个关节,关节通过指段具有相互关联的运动特性。

212手势的输入

手势的输入是实现手势交互的前提。它要求能够有效地跟踪手的运动, 又要方便用户手的运动, 既

要求准确确定手的位置、方位、手指弯曲角度,又要求对手的运动限制很少。就目前而言, 手势的输入有

基于数据手套的和基于视觉(摄象机) 等两种方式。

21211基于数据手套的手势输入

基于数据手套的手势输入[12 ] ,是根据戴在手上的具有位置跟踪器的数据手套利用光纤直接测量手

指弯曲和手的位置来实现手势输入的。本文使用5DT 公司生产的不带位置跟踪器的5th Glove 右手数据

手套,每个手指中间关节有一个传感器用于测量手指的平均屈伸度,在手腕部位还有一个2 轴倾斜传感

器测量手的转动(绕Z 轴旋转) 和倾斜(绕X 轴旋转) 两个角度,以探测手的上下摆动和旋转。该手套共

带有七个传感器,因此同一时刻只能读出七个角度值。5th Glove 还提供命令、报告数据、连续数据、模拟

鼠标等工作方式,可定义一指、二指和三指( Z 轴) 等手势来控制虚拟手的飞行、视点、运动速度等。

5th Glove 数据手套通过串行接口与微机连接在一起,以传送手运动信号,从而控制手动作。它能将

用户手的姿势(手势) 转化为计算机可读的数据, 因而使手去抓取或推动虚拟物体。人手在运动过程中

会碰撞物体,所以在系统中,虚拟手的交互操作除了实现抓取和释放物体等功能外, 还需实现了碰撞的

检测。

21212基于视觉的手势输入

基于视觉的手势输入是采用摄象机捕获手势图象,再利用计算机视觉技术对捕获的图象进行分析,

提取手势图象特征,从而实现手势的输入。这种方法使用户手的运动受限制较少,同时用户还可以直接

看到手的图象。基于视觉的输入所输入的原始数据是手的图象,采用重建三维模型来构建手势图象,调

节模型参数如手指弯曲角度的夹角等,以合成手的三维图形。根据手生成的图形和已获得的手图象匹

配,所得到的模型参数就构成了手势。1995 年,Lee J intae 和Kunii Tosiyasv l 研究用立体图像数据自动

分析三维手势[4 ] 。它用摄像机拍摄手的运动图像,使用轮廓提取边界特征进行识别的方法,成功地提

取27 个交互作用手参数,实现了三维手势的重构。其实早在1981 年, Kroeger 采用两个摄象机实现了

一个获取手势的系统,它通过用户的手在与鼠标垫一般大小的“镜象盒”的3D 空间中来完成交互。两

个镜子被放在大约与前平面成45 度角的位置上,两个镜子代替单个镜子产生了一个虚拟视点,加上两

垂直平面上的两个摄象机共三个视点相交成直角,以提供给用户一个确定的工作空间,在这个空间内允

许用户与计算机交互。

舞蹈的手位的基本动作包括展开、抱圆、张开、抓握等动作。

1、展开

舞蹈中的展开动作是指手臂和手指从闭合或收缩的状态向四周伸展开来，以展示流畅、宽阔的线条感。展开动作可以表现出舞者的柔美、优雅、轻盈与自然，有助于增强舞者在空间中的舞蹈感。

2、抱圆

抱圆动作是指舞者将双臂环绕在胸前，形成一个优美的圆形。抱圆动作可以体现出舞者的稳重、内敛和自信，同时也为舞蹈带来一种温馨、亲切的氛围。抱圆动作在民族舞和芭蕾舞等舞蹈形式中有广泛的应用。

3、张开

张开动作是指舞者将双臂向两侧张开，与肩部保持一定的角度。张开动作可以展现舞者的张力、力量与舞台震撼力，同时也有助于提升舞者的气场。在很多表现力量和热情的舞蹈中，张开动作都具有很高的艺术价值。

4、抓握

抓握动作是指舞者用手指抓住某个物体或部位，例如在某些民族舞蹈中舞者会抓住裙角或手帕。抓握动作可以展现出舞者对事物的关注与珍视，同时也为舞蹈带来丰富的表现力。抓握动作在民族舞、现代舞等舞蹈风格中有很多应用场景。

舞蹈手位技巧：

1、姿势正确

保持手臂和手部的姿势正确，避免过度张力或松弛，手指要保持柔软和自然的状态。注意手掌的张开度和手指的伸展度，使手部呈现优美的曲线。

2、协调配合

手位要与舞蹈的整体动作协调配合，与身体的其他部分（如头部、身体、腿部）形成和谐统一的姿态。手的动作应与身体的运动相呼应，表达出流畅、连贯的舞蹈形态。

3、灵活变化

不同舞蹈风格和动作要求可能需要不同的手位，舞者应具备灵活变化手位的能力。可以通过手指的屈伸、手掌的张开、手势的变化等方式，展现出不同的表情、情感或角色特征。

4、表达力和细节

舞者应注重手位的表达力和细节，通过手部的微妙动作来传递情感、塑造角色或诠释舞蹈故事。手指的微调、手掌的变化、手势的表达等都能够增强舞蹈的艺术感染力。

5、训练与练习

掌握舞蹈手位的技巧需要持续的训练和练习。舞者可以通过舞蹈课程、教练指导以及自我练习来提高手位的技巧。重复练习可以增强手部的灵敏性和控制力，使手位变得更加准确、自然。

日常护甲的妙招有哪些？

导语：指甲虽然看似不起眼，但是也是身体的一部分，如何照顾好自己的指甲，如何保养也是一门很深的学问，所以日常做好基础指甲保养是是十分重要的

指甲虽然看似不起眼，但是也是身体的一部分，如何照顾好自己的指甲，如何保养也是一门很深的学问，所以日常做好基础指甲保养是是十分重要的事情，那么究竟该如何做好基础指甲保养呢，具体的步骤是什么呢，

日常护甲有妙招

1橄榄油润甲

对于拥有脆弱、过薄的指甲的人，可以在第一个月先将手指甲浸泡在特级橄榄油中10至15分钟，之后每两个礼拜浸泡一次。这种便宜的DIY护甲术能强化受损、脆弱或容易断裂的指甲。

2使用护甲霜

一支优质的指甲护理霜能帮助滋润、软化指甲边缘的死皮和滋养甲面。在每天睡觉之前，为你的指甲们擦上护甲霜，然后按摩至吸收。

3多吃富含维生素H的食物

在你的饮食中，记得加入富含维生素H的食物，比方说肝脏类、煮鸡蛋、谷物、花椰菜和酪梨（牛油果）等等，维生素H除了能强健你的指甲，使指甲更厚。

4做家务时戴上手套

当你洗碗、做卫生时，记得戴上手套。清洁剂和洗涤精会伤害你的指甲，导致干燥、断裂和剥落。

5尽量避免指甲去光水 (或称卸甲水)

一个月使用指甲去光水 (卸甲水) 的次数尽可能不要超过2次。另外，永远不要使用含有丙酮成分的卸甲水，这种化学成分会损伤你的指甲。

6按摩甲面

指甲能促进指甲周围的血液流动，这样能够有助指甲的生长，按摩时，手部使用护手霜，指甲使用护甲霜或指缘油。当然了，一定要养成吸收后立刻擦护手霜的习惯，指甲也要擦到。

7不要过度使用你的指甲

你的手指甲不是开启听装可乐的起子，拨电话号码使可以使用指腹取代手指甲等等这些生活琐事，你可以用一支笔或是其他物品来代替你的指甲做到。

8选甲油

在选择甲油或亮光剂时，尽量选不含甲醛或丙酮的，或以含醋酸盐的产品替代。使用的次数要放宽些，最好不要超过一周一次为佳。

指甲基础保养步骤

1、清洗自己的手很重要，想要上保护的东西当然也要先做好底部工作了。清水洗手是最开始的一步，也是最重要的。

2、接下来可以用死皮膏了。去死皮膏涂在手背上,双手轻轻搓死皮然后清洗干净，就可以准备第三步了！

3、加喷雾按摩，喷雾按摩是按摩的重要一步，具体的步骤是活动手腕----双手拇指从中间指缝推上去两侧滑下来，按大于肌小于肌----拇指按摩指关节---推手心---从指根推到指尖双手拇指分别分叉推手指尖---打手指---打指关节---屈伸手指拍手心--晃手腕。重复这些步骤三遍，重复三遍可以起到最大的效果。

4、上手膜或者手霜戴上一次性手套。把手套拿掉，双手轻拍吸收，充分吸收，让手指得到更好的保护效果。

如何预防指甲断裂

很多女生很容易指甲断裂。缺水是指甲断裂的一个重要原因，我们可以在睡前用橄榄油涂抹在手上再进行按摩，达到一个滋润的效果。另外，在经济条件允许的情况下，我们可以购买含有果酸或是磷脂质成分的指甲修护霜涂抹，隔天一次，这样可以更好的保护指甲。还要强调的一点是，去甲水中的有些成分会使指甲毛糙，产生断裂，所以还是少用为好，最重要的日常的保养和按摩。

如何处理指甲表面不光滑的情况

指甲表面很容易不光滑，指甲也是反映我们身体健康状况的一面镜子，指甲表面不光滑主要表现为出现横竖条纹，如果有这种现象，你就要当心了，很有可能是你在饮食方面不均衡所导致的，所以千万不要再挑食了，多多补充维生素吧。另外，生活压力大，睡眠不好也会导致指甲表面不光滑，因此，良好的生活习惯也是保护指甲的关键事项，指甲不光滑代表着身体出现了问题，要注意。

指甲的保护是需要日常的细心呵护才能做到，必须要慢慢地积累，指甲虽然很不起眼但是也是一个不可缺少的部分，所以要是想有一双美丽的手，必须要有健康的指甲才行，希望小编介绍的办法能给大家带来帮助哦。

怎么样练手劲最有效的方法

　怎么样练手劲最有效的方法，手,是我们身体最重要的工具。一双强劲有力的手，能够帮助我们高效的完成工作。那么，怎么样练手劲最有效的方法有什么呢？一起来看看吧！

怎么样练手劲最有效的方法1

　 指卧撑。 用十个手指头碰地的方式做仰卧起坐。它是锻练坐位体前屈和腕力的第一步。在这里一阶段上坚持不懈的时间越长实际效果会就越好。

　两手侧握举体。即用两手握紧一个垂直平分地的卷杠，将人体抬起，至与路面平行面。初听感觉难以置信，实际上不会太难，大概能一口气做100个指卧撑的情况下，就会有工作能力做两手侧握举体了，时间越长锻练抗压强度越大，此方法是锻练手腕暴发力的。

　 提高手劲的方式： 提高手劲训练可自肩关节脱位刚开始，从上向下集中化在三个层面;根据弯举手臂

　锻练手臂肱二头肌;根据各种各样肘伸屈姿势锻练上臂的屈腕、屈指肌肉群;根据手腕伸屈姿势提升手臂肌肉群的协作、抵抗工作能力。训练专用工具能用哑铃、杠铃或别的吊物。

怎么样练手劲最有效的方法2

　手劲反映人前臂和手部肌肉的力量，是全身肌力的一个方面。握力大，说明人从事手腕精细工作的能力强，同时对全身活动也起重要作用。例如，人在抬、拿、拉、扯、拧、搬等活动时，如果手劲较强，完成这些活动比较顺利。因此体质专家认为，手劲是反映人生存和活动能力的重要侧面。

　 劲大小受三个因素影响： 一是屈指肌肉在等张收缩时产生力量，叫动力性握力，是手劲大小的决定因素。二是屈指肌肉等长收缩时产生的力量，叫静力性肌力。它能通过用力，使手指维持一定姿势，各小肌肉群间保持合力。三是正确的握姿，它对那些在握持动作中起对抗、协同和固定作用的手部小肌群起协调作用。

　 增强手劲的方法： 增强手劲练习可自肩关节开始，从上到下集中在三个方面；通过弯举双臂锻炼上臂肱二头肌；通过各种肘屈伸动作锻炼前臂的屈腕、屈指肌群；通过腕部屈伸动作加强手部肌群的协同、对抗能力。练习工具可用杠铃、哑铃或其他重物。

　握力俗称手劲。握力的大小主要决定与前臂和手部肌肉的力量。而且也是全身肌肉一个协调性的体现。

　 握力大小受三个因素影响：

　一是屈指肌肉在等张收缩时产生力量，叫动力性握力，是握力大小的决定因素。

　二是屈指肌肉等长收缩时产生的力量，叫静力性肌力。它能通过用力，使手指维持一定姿势，各小肌肉群间保持合力。

　三是正确的握姿，它对那些在握持动作中起对抗、协同和固定作用的手部小肌群起协调作用。

　 增加握力的方法：

　通过弯举双臂锻炼上臂肱二头肌，我们可以加一些俯卧撑，作为辅助训练。

　可以练习一下杠铃来增加十指的抓取力度，将杠铃抓起举过头顶，然后向前砸下去，注意不要砸到自己的脚。

　通过仰卧起坐，跑步等运动来增加自己全身肌肉的协调性

怎么样练手劲最有效的方法3

　1、意念集中：只关注你所练的部位——手臂。当你开始训练时，要觉得你整个身体好象都是由手臂组成的。惟一要做的就是收缩、伸展，忘记生活中的其他任何事。此时最重要的事就是让臂肌鼓起来。

　2、全程运动：在训练中，如果你采用1／4动作幅度或1／2动作幅度做动作都等于在混日子。有一件事必须明确：给肌肉合适的强度以使肌肉受到最大程度的刺激。肌纤维的生长需要通过充分施展其功能——全程的收缩和伸展才能实现。

　3 有一定基础后采用强迫次数：开始用强迫次数之前，需要有2个条件：（l）已拥有一定的臂围。（2）有一个好的训练伙伴。如果缺少这2个条件，你会撕裂肱二头肌或损伤肘关节。假如你已有2年的训练经验，拥有较好的肱二头肌和肱三头肌，并且有能力控制大重量，那么强迫次数就是让臂肌增长的好策略。

　4、不要训练过度：我看到一些人拼命训练、训练、再训练，从不休息。肱二头肌和三头肌是较小的肌肉，训练时很容易达到兴奋点，如果过度训练，则会适得其反。建议一星期练一次手臂，如果你是一个资深运动员，每块肌肉可以练15组，但对手臂来说次数至关重要，我总是保持每组练 10-12次。

　5、不要被赞美蒙骗：当健身房的人夸奖你的手臂如何好时，不要把那些话当真，因为它只会让你觉得不必再刻苦训练了。对自己诚实，严格要求自己，力争取得更大的进步。

　6 耐心和不屈不挠：不要整天去想手臂会长得多快。应面对现实，要明白臂围的增长是一个缓慢的过程。只要接15种法则刻苦训练，臂围是不可能不增粗的。记住，这是我花了15年时间得出的体会。

　7、每个练习都应做到极限：要纠正一个错误观点：轻轻松松完成每一组练习就能使肌肉生长。你应把压力集中在肌肉上，而不是关节上。关节疼痛说明你应更好地控制重量来挤压肌肉，并做全程运动。在最后几个强迫次数上你可以请人帮助。

　8、增加训练重量：在最初的健美训练中，你应采用中等强度。等有了一定基础后，即应增加重量，以获取更高质量的肌肉。

　9、不要用掌握不了的重量：那些想用大重量来吸引别人注意力的人是很愚蠢的。因为这样做很容易受伤。训练应该聪明一点。

　10、保持臂肌放松：每次训练前要伸展手臂肌肉，让血液充分循环，流人训练部位。在组与组之间也应伸展肌肉，以免肌肉受伤。事实上，肌肉里的血液越多，肌肉获得的营养就越多。

　11、肱二头肌、肱三头肌和前臂肌一起练：这是与上一法则呼应的原理。让手臂充分充血能使训练更持久。如果你同时训练其他部位，则血液会被从手臂里抽走。有些人将肱二头肌和背肌、肱三头肌和胸肌一起练，这样做不能使手臂具有最合适的生长条件。

　12、练臂后休息一天：身体各部很少有像手臂那样总是处在强大的压力之下，因为做任何动作手臂都要用力。肱二头肌和肱三头肌是一对相关联的肌肉，很容易疲劳，需要充分的休息来复原。让它们好好地休息一天，以获得真正的生长。

　13、不要灰心，也不要做傻事：不是每个人都能拥有59厘米（上）臂围的手臂的，你应该面对现实。如果你让妄想驾驭你，你就会在训练中弄伤自己。情绪低落会使情况更糟，甚至会因此而结束你的健美生涯。事实与梦想有很大的差距，努力训练将会带给你丰硕的回报。近乎残忍的训练会使你达到最初的梦想。一旦达到了，你就会为没人能做得和你一样好而感到骄傲。

　14、展开你的想像：训练手臂时，想象你肱二头肌的肌腱是一根永不断裂的钢绳，想象你的肱三头肌是一块有条纹的牛排。你要把你的思想和肌肉连接起来。这样做很有效。

　15、享受训练乐趣：臂肌是人们想看见的肌肉，所以当你训练它们时应充分享受其中的乐趣，相信自己会带给别人山峰般的肱二头肌和牛蹄般的肱三头肌。当某大有人请你展示一下肌肉时，你就会毫不犹豫地做一个美妙的肱二头肌的造型。