一、基于Kinect的无干扰交互系统的研究与设计
随着技术的不断进步，当今的科技已经在很大程度上惠及人类生活的方方面面。计算机技术作为前沿科技的代表，也受到了日益广泛的关注，而人机交互的方式也在不停地探索中。
所谓人机交互就是，指人与计算机之间使用某种对话语言，以一定的交互方式，为完成确定任务的人与计算机之间的信息交换过程。一般的交互，都是通过计算机输入、输出设备等外在设备控制计算机，这样交互方式无法解放双手，在一定程度上受到了限制，交互体验也大打折扣。近些年来，随着人工智能、模式识别、机器学习等前沿技术的长足发展，人类对自然交互的渴求愈发强烈。
其实，人机交互的发展就是从人类适应计算机到计算机逐步适应人类的过程，而在这其中变化最显著的当属交互的设备，从键盘、鼠标到触摸屏，再到现在的体感操作，朝着更加自然的方式演变。而当今的热点——无干扰交互，就是研究的人与机器的对话，郑重研究非生命机器对于高级生命人类的理解，赋予机器以智能，使机器成为高级的智能工具。
（一）国内外研究现状
随着自然人机交互技术开始萌芽，与之相对应的产品也开始出现。1987年，由Tora Defanti和Daniel Sandin开发的手套式传感器系统，被确定为主要的人机交互工具，并提出了“虚拟现实”术语[3]。该手套交互方式精确度高，但价格昂贵、操作复杂，因此并没有普及推广。2006年，日本Nintendo公司发布了家用游戏机Wii，其内置了红外摄像头和三轴加速传感器，创新之处在于使用了前所未见的游戏控制方式“Wii遥控器”[4]。任天堂公司于2008年推出了带有陀螺仪且能够实现六轴自由度的体感游戏应用的 Wii Remote配件组合Wii MotonPlus[4]。同年，比尔·盖茨提出“自然用户界面”的概念，并预言人机交互在未来几年将会有很大的改观，键盘和鼠标将会逐步被更为自然的触控式、视觉性以及语音控制界面所替代[5]。2009年，Kinect体感交互设备在游戏展上首次亮相[6]，正式公布的XBOX360体感周边外设，彻底颠覆了游戏的单一操作，使人机互动的理念更加彻底的展现出来。它带有RGB摄像机，以及由红外激光投射器和红外线CMOS传感器组成的深度传感系统，还带有声源定位和环境噪声抑制功能的麦克风阵列。此后，越来越多的开发者踊跃地参与到了Kinect的开发当中，Kinect的应用范围也在体感游戏当中衍生开来。为此，微软于2012年发布了Kinect forWindows SDK的商业版本[6]，方便于专业人士的开发。2014年，微软发布了一款名为Kinect的低成本RGB-D相机。在国内，虽然我国的自然人机交互技术相对于欧美等发达国家来说起步较晚，但近年来也受到了国家及相关领域学者的高度重视。北京航空航天大学于2007年成立了虚拟现实技术与系统国家重点实验室。2011年，华硕联合技术伙伴PrimeSense发布了共同开发的体感控制设备Xtion Pro live，与Kinect控制器非常相似。
（二）研究主要成果
人与计算机的交互是一个输入与输出的过程，输入输出的方式不同导致人机交互模式多样化。而现阶段，自然的人机交互模式更是受人追捧，吸引更多的人加入研究的行列，尤其是基于Kinect的无干扰交互。
2013年，林海波等人提出了一种基于人体骨骼信息的机械臂体感交互方式[17]。首先利用Kinect传感器获取图像景深数据，并通过骨骼追踪技术处理景深数据以匹配人体的各个部分，进而建立人体各个关节的3D坐标；然后利用3D坐标值计算出人体腰、肩、肘和腕4个关节的转动角度；最后将计算结果转换成控制指令通过串口发送给机械臂的控制器，实现体感交互。实验表明，该方法能够有效地控制机械臂的转动以及抓取物件。
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