“春华秋实”—基于Leapmotion的虚拟果类农产品人机交互系统

“春华秋实”是一款可迭代更新的、基于Leap Motion和Unity 3D的虚拟农产品展览交互系统。精细的农作物建模和参数调整需要专业的知识和研究，因此本系统的开发重心在构建可拓展程序框架，并用几种陕西常见的特征显著、能体现系统功能的果类农作物作为展览预制对象，例如：苹果、樱桃、李子等。 本系统在Unity 3D平台开发程序框架，能够定义植物的生长逻辑以控制植物长成的形态。虚拟农产品的建模采用基于L-System模型优化得来的分形生长的方法实现可控的植物生长程序：这种方法首先生成树木主枝，而后生成子枝,最后生成树叶。利用Unity铰链关节和可配置关节实现植物各个部位的受力动画效果以及开花落花等动画效果。利用脚本控制材质颜色实现植物生长过程中的颜色变化。最后利用mesh切割方法实现模型切割功能，修改材质shader和模型uv实现截面贴图和光量控制，保障了展览交互系统具有较高的的可维护性。参考Le Visall的状态转移模型，本系统将每种功能模块作为一种状态，并规定状态间的转移规则，构建状态机。即便用户输入错误或用户输入中断，也不会改变状态，保障了展览交互系统的稳定性。 系统实现了手势交互系统和交互界面UI，通过leapmotion进行人机交互控制。左手负责管理系统进入何种功能模块，即状态控制，右手负责执行具体的功能操作。此外，还有负责场景管理的主菜单需要双手操作。手势交互所涉及的系统功能有：时间操作、移动、介绍开关、风场控制、模型切割、返回主菜单。系统主菜单提供设置功能并进行场景管理。主菜单内容可以拓展。“移动”指操控摄像机自由移动、旋转视角。Leap Motion中手的输入包含位置和旋转共六个自由度，可以用一只手完成自由视角操控。时间操作和风场控制两个功能模块通过采用Leap Motion提供的滑动条和按钮实现，保障了交互的快速和准确度。滑动条的值映射应用到主管理脚本，进而实现在主管理脚本中管理这两个功能。“介绍”的开关通过左手控制球每次触碰介绍选项来改变选项文本并开关介绍UI。通过绑定在右手手掌下的transform组件确定切割位置和切割角度，确定切割平面，进而实现切割功能。 本系统是一个可拓展的系统，可以向系统内添加自定义的农作物。对于开发者来说，通过将制作好的农作物模型导入项目，根据农作物的分形结构创建对应的节点预设，并为它们分配好脚本，创建农作物的介绍文本UI，在主管理脚本中注册新的农作物等一系列操作来创建新的农作物类型。对于普通用户，只需启动配置好的系统，连接Leap Motion进行操纵。用户在左上角滑动选块、推按按钮来选择某种配置好的农产品类型后进入观察视角。