光荣与梦想 | XMove动作捕捉系统(一)

XMove是我和几个死党从2010年开始开发的一套人体动作捕捉系统，软硬件全部自行开发，投入了大量的精力，历经三年，发展四个版本。

今年春节回到老家，翻出了2011年春节时焊电路用过的松香和和硬盘角落里的代码。感慨万分，遂有此文。文章过长，分为两部分，本文为2010-2011年，XMove从第一代到第三代的故事。

诞生于考研的第一代

保研尚未确定，我挤在考研自习室里非常无趣，看到了一篇关于加速度传感器的新闻。也许是弥漫在空中的泡面味和臭脚味刺激到了我，我灵光一现，想到了利用这种传感器开发游戏控制器的想法。彼时，市面上还没有这样的成熟产品，更谈不上AR和VR了。

我似乎都忘记了考研，之后是疯狂的元器件采购，我创下了一天拿6个快递的记录，跑了无数趟电子市场。也许你不不信，我的第一代电路板竟然是自动布线的！

第一代XMove非常简陋，只使用了一枚MMA7455加速度计，裸露的电线，伸出来的无线发射器，非常山寨，只有位于双手和双脚的四个节点。

回家之后，别人都在看考研书，我在盛夏的酷热中通宵达旦地焊电路调代码，终于在某天夜里的凌晨两点，我迷迷糊糊地发现了bug，程序被我调通了！当时兴奋地差点撞到天花板。

我妈妈给我缝了一个简单的手套，能把传感器套在手上而不影响操作，很贴心：

玩极品飞车9看起来是这个样子，怎么刹车呢？左右脚的传感器能很好地实现加速和刹车，不过肯定没有力回馈啦。

我给它开发了第一版的宣传册，现在看来感觉好浮夸：

我还用MFC设计了第一版服务器端的控制软件，所有的C++代码都在一个文件里，路子特别野，连图表控件都是一个个的点画出来的（80后可能听过有种叫GDI的技术）：

第一代版本非常简陋，却赢得了一致好评，在当时的全国大学生创新竞赛中轻松拿了一等奖。想起来都要偷笑，总共的开发时间也不超过10天...

第二代：手持控制器

开发完第一代的XMove，我得知自己已顺利保研，在那段现在想起来最无忧无虑的时光里，我开始着手第二代系统的研发。

第一代系统没有按键，加速度计只能检测线性动作，精度不够。在那个街机还是诺基亚N97的时代，陀螺仪很稀奇，比米粒还小却几百块钱一枚。这套控制器的硬件堪称豪华。有了硬件大神的加盟，我们的硬件比之前做的精细多了。

第二代的主要进步是下面这个带有按键和彩色LCD的手持手柄，还内置了我为其在裸机上开发的操作系统，从底层调度，硬件驱动到上层的GUI控件，都是纯手工打造的，C代码约一万行。

这个手持终端在2KB内存的单片机上，实现了漂亮的动态菜单，支持人机对战的五子棋，俄罗斯方块：这些游戏都可以通过旋转控制器来实现，几乎不需要按键：

甚至我还在上面开发了能通过旋转操作的中文输入法，只要旋转它就能输入全部的文字，单手利器，也算是当时一个很超前的创新吧:

那段时间，我每天早上起来先打两个小时的游戏，中午吃过饭拿根雪糕，慢悠悠地在北邮的主干道上遛弯，之后便拿着电脑去实验室写代码。看得出当时的我是有多闲，能投入那么多时间。

小学有个梦想，就是拥有一个无所不能的掌上电脑，换了三台文曲星都不过瘾。这个自底向上设计的“电脑”算是实现了这个梦想，大四那年，我把它随时随地地装在身上，没事就看看现在几点，气压多少，还用它的指南针导航。现在想想真是好中二。

第三代黄金岁月

2011年春天，大四的我边写毕业论文，边将上两代的硬件进行了充分的整合，优化软件，开发了当时比较完善的XMove第三代。这是硬件的全家福：

它的最主要功能就是玩游戏，演示效果相当好。这是当时用全身动作捕捉玩街霸4的场景，减肥利器，打5分钟就气喘吁吁，校领导相当喜欢把它介绍给外面的领导看：

不过当时最酷的莫过于用来玩使命召唤（一种风靡全球的第一人称射击游戏），用双手柄控制枪，用脚部传感器控制跳跃和行走，动作数据可以送入SVM（一种分类算法）中，能够识别上膛，标准，扔手雷等动作。不过我当时机器学习刚入门，对于流式的动作识别就无能为力了。

这是我当时为其设计的宣传册，是不是比第一代的强很多？我居然为了它，放弃了当时实验室的春游，现在想起来好后悔~

外页：

内页：

之后我自学了C#，用WinForm技术开发了这一版本的桌面控制端，比第一代漂亮多了，能够监控每个传感器的实时运动数据，茶壶能够准确地展现每个传感器的姿态。这是我第一次在桌面端编写如此复杂的软件，不过代码非常乱...

有两个特别有趣的演示一定要提一下：

远程机械手控制

把传感器绑在自己的胳膊上，就能通过XMove的动作捕捉，实时地1：1 远程控制机械手。

整个结果非常流畅，不过机械手是淘宝购入，自行组装，受限于舵机的扭矩，手臂速度太快就跟不上了。当年一天的演示就烧掉了三个舵机！演示也很吸引眼球，但我居然一张照片都没有留下来，好郁闷。

虚拟现实（VR）

六年之前，我们就自行实现了VR系统。我在淘宝上用2300大洋买了头戴显示器，分辨率640*480， VGA接口，不支持立体显示，不过那是当时能找到的最好的头戴了。包装盒外面印刷了比基尼美女，看着特别像羞羞电影的设备，我都不好意思拿出来给人看...

某一天晚上，我把笔记本电脑背在书包后面，把XMove的传感器装在全身四个位置，戴上头戴显示器，开启了使命召唤2。那是反映二战的一道关卡，虽然设备简陋，但我在空旷而黑暗的实验室楼道里，蹦蹦跳跳，左躲右闪，竟然真的融入了那个场景，15分钟的体验让我至今印象深刻。虽然比不了现代的VR设备，但身边同学不停地喊“SB”，就知道那时有多么欢乐了。

然而不幸的是，这些我也一张照片没留下来。VR眼镜后来上交学校，这样的体验有且只有最后一次。

结语：那是我的黄金时代

大四的这一年，我对XMove达到了几乎狂热的程度，连电脑桌面都是我设计的XMove主题。这三代，综合起来花费了我大四一年近500小时的开发时间。由于要做PCB，要焊接，要在文本编辑器写C代码和调试，要与其他传感器的通信和协同，还要面对不少外部困难，最终还是完成了。XMove带给了我数不清的荣誉和进步，我的技术栈也基本上是那个时代发展起来的。

大四毕业了，它的故事才刚刚开始。我着手进行第四代的开发，它的目标堪称宏伟，技术难度异常复杂。不过，它带给我的不仅是进步的喜悦，更是深陷泥潭中的痛苦，过度设计的教训。这些会在下一篇文章里，容许我慢慢地讲给各位读者听。