Kinect for Windows SDK开发初体验（三）骨骼追踪

作者：马宁
  我们的Kinect SDK开发开始渐入佳境了，Skeleton Tracking（骨骼追踪）是Kinect的核心技术，正因为有了这项技术，很多有趣的功能才得以实现。
  首先，我们来看一下骨骼追踪的具体实现。Kinect最多可以追踪20个骨骼点，而且目前只能追踪人体，其他的物体或者动物就无能为力了。下图介绍了Kinect骨骼点的分布情况：
  

  初始化代码

  接下来，我们来看一下骨骼追踪的代码是如何编写的。首先，我们要创建一个新的Visual C#的工程，叫做“SkeletonTracking”，添加Kinect程序集和Coding4Fun程序集的工作，可以参考上一篇“Kinect for Windows SDK开发初体验（二）操作Camera”的内容，在这里不再重复。
  首先我们还是创建Runtime对象，在初始化时，指定UseSkeletalTracking的RuntimeOptions，然后在SkeletonFrameReady事件中添加处理函数。

1. Runtime nui;
3. private void Window_Loaded(object sender, RoutedEventArgs e)
5. {
7. nui = new Runtime();
9. nui.Initialize(RuntimeOptions.UseSkeletalTracking);
11. nui.SkeletonFrameReady += new EventHandler<SkeletonFrameReadyEventArgs>(nui_SkeletonFrameReady);
13. }

复制代码

接下来，窗体关闭时的事件处理函数：

1. private void Window_Closed(object sender, EventArgs e)
3. {
5. nui.Uninitialize();
7. }

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如果这个时候，我们在空的nui_SkeletonFrameReady事件处理函数中，添加一个断点：

1. void nui_SkeletonFrameReady(object sender, SkeletonFrameReadyEventArgs e)
3. {
5. }

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正确连接Kinect设备，并且站在Kinect前，让Kinect能够正确识别人体时，SkeletonFrameReady事件将被触发。
我们可以通过下图看到返回的事件处理参数，其中比较重要的是SkeletonFrame和Skeletons两个对象。

添加代码

接下来，我们要准备WPF的界面，在界面上添加五个小球，来跟踪头部、双手和膝盖的位置。在MainPage.xaml中，添加下列代码：

1. [/code]
2. 然后，我们在SkeletonFrameReady事件处理函数中添加捕捉SkeletonData的方法：
3. [code]void nui_SkeletonFrameReady(object sender, SkeletonFrameReadyEventArgs e)
5. {
7. SkeletonFrame allSkeletons = e.SkeletonFrame;
9. //get the first tracked skeleton
11. SkeletonData skeleton = (from s in allSkeletons.Skeletons
13. where s.TrackingState == SkeletonTrackingState.Tracked
15. select s).FirstOrDefault();
17. }

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我们使用了LINQ来获取TrackingState等于Tracked的SkeletonData数据。在SkeletonData对象的Joints属性集合中保存了所有骨骼点的信息。每个骨骼点的信息都是一个Joint对象，其中的Position的X、Y、Z表示了三维位置。其中X和Y的范围都是-1到1，而Z是Kinect到识别物体的距离。
我们可以用下面的代码，将Joint的位置缩放到合适的比例：

1. Joint j = skeleton.Joints[JointID.HandRight].ScaleTo(640, 480, .5f, .5f);

复制代码

最后两个参数为原始大小的最大值和最小值，上面的语句相当于将-0.5到0.5的范围扩大为0到640的范围。
我们封装了一个函数，将获取到的SkeletonData数据，转换为屏幕上的某一个圆圈：

1. private void SetEllipsePosition(FrameworkElement ellipse, Joint joint)
3. {
5. var scaledJoint = joint.ScaleTo(640, 480, .5f, .5f);
7. Canvas.SetLeft(ellipse, scaledJoint.Position.X);
9. Canvas.SetTop(ellipse, scaledJoint.Position.Y);
11. }

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最后，我们SkeletonFrameReady事件的处理方法会是这样的：

1. void nui_SkeletonFrameReady(object sender, SkeletonFrameReadyEventArgs e)
3. {
5. SkeletonFrame allSkeletons = e.SkeletonFrame;
7. //get the first tracked skeleton
9. SkeletonData skeleton = (from s in allSkeletons.Skeletons
11. where s.TrackingState == SkeletonTrackingState.Tracked
13. select s).FirstOrDefault();
15. SetEllipsePosition(headEllipse, skeleton.Joints[JointID.Head]);
17. SetEllipsePosition(leftEllipse, skeleton.Joints[JointID.HandLeft]);
19. SetEllipsePosition(rightEllipse, skeleton.Joints[JointID.HandRight]);
21. SetEllipsePosition(KneeLeftEllipse, skeleton.Joints[JointID.KneeLeft]);
23. SetEllipsePosition(KneeRightEllipse, skeleton.Joints[JointID.KneeRight]);
25. }

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最后，程序运行的效果如下，貌似膝盖的识别还是有些问题：

程序运行时，我们会发现小球运动时会有跳动的问题，为了减少这种情况，我们要设置SkeletonEngine引擎的TransformSmooth属性为true，并指定TransformSmoothParameters参数，根据应用的具体情况，该参数也应该被适当微调。
添加代码后的Load函数，代码如下：

1. private void Window_Loaded(object sender, RoutedEventArgs e)
3. {
5. nui = new Runtime();
7. nui.Initialize(RuntimeOptions.UseSkeletalTracking);
9. //Must set to true and set after call to Initialize
11. nui.SkeletonEngine.TransformSmooth = true;
13. //Use to transform and reduce jitter
15. var parameters = new TransformSmoothParameters
17. {
19. Smoothing = 0.75f,
21. Correction = 0.0f,
23. Prediction = 0.0f,
25. JitterRadius = 0.05f,
27. MaxDeviationRadius = 0.04f
29. };
31. nui.SkeletonEngine.SmoothParameters = parameters;
33. nui.SkeletonFrameReady += new EventHandler<SkeletonFrameReadyEventArgs>(nui_SkeletonFrameReady);
35. }

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写到最后

到这里， Kinect最精华的部分“骨骼追踪”已经介绍给大家了，大家可以去写一些有趣的应用了。接下来，我们会介绍另外一个Kinect的核心功能——Depth Data，景深数据。
 
OpenXLive杯Windows Phone游戏开发大赛

OpenXLive杯Windows Phone游戏开发大赛，是由OpenXLive联合国内知名的开发者社区：DevDiv、智机网、WPMind、Silverlight银光中国和XNA游戏世界，一起举办的针对Windows Phone游戏开发的比赛。
http://www.openxlive.net/posts/news/40

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