מדריך לזיהוי ציוני דרך בכף יד ב-iOS

המשימה 'זיהוי ציוני דרך של ידיים' ב-MediaPipe מאפשרת לזהות את ציוני הדרך של הידיים בתמונה. בהוראות הבאות מוסבר איך להשתמש ב-Hand Landmarker עם אפליקציות ל-iOS. דוגמת הקוד שמתוארת בהוראות האלה זמינה ב-GitHub.

מידע נוסף על היכולות, המודלים והאפשרויות להגדרה של המשימה הזו זמין בסקירה הכללית.

קוד לדוגמה

קוד הדוגמה של MediaPipe Tasks הוא הטמעה בסיסית של אפליקציית Hand Landmarker ל-iOS. בדוגמה הזו נעשה שימוש במצלמה של מכשיר iOS פיזי כדי לזהות נקודות ציון של היד בסטרימינג וידאו רציף. האפליקציה יכולה גם לזהות נקודות ציון של היד בתמונות ובסרטונים מהגלריה של המכשיר.

אפשר להשתמש באפליקציה כנקודת התחלה לאפליקציית iOS משלכם, או להיעזר בה כשמשנים אפליקציה קיימת. קוד הדוגמה של Hand Landmarker מתארח ב-GitHub.

הורדת הקוד

בהוראות הבאות מוסבר איך ליצור עותק מקומי של קוד הדוגמה באמצעות כלי שורת הפקודה git.

כדי להוריד את הקוד לדוגמה:

1. משכפלים את מאגר git באמצעות הפקודה הבאה:

   git clone https://github.com/google-ai-edge/mediapipe-samples
   

2. אפשר גם להגדיר את מכונה של git כך שתשתמש ב-sparse checkout, כך שיישארו רק הקבצים של אפליקציית הדוגמה Hand Landmarker:

   cd mediapipe-samples
   git sparse-checkout init --cone
   git sparse-checkout set examples/hand_landmarker/ios/
   

אחרי שיוצרים גרסה מקומית של קוד הדוגמה, אפשר להתקין את ספריית המשימות של MediaPipe, לפתוח את הפרויקט באמצעות Xcode ולהפעיל את האפליקציה. להוראות, אפשר לעיין במדריך ההגדרה ל-iOS.

רכיבים מרכזיים

הקבצים הבאים מכילים את הקוד החשוב לאפליקציית הדוגמה של Hand Landmarker:

• HandLandmarkerService.swift: הפונקציה הזו מפעילה את Hand Landmarker, מטפלת בבחירת המודל ומריצה הסקת מסקנות על נתוני הקלט.
• CameraViewController.swift: הקוד הזה מטמיע את ממשק המשתמש של מצב הקלט של פיד המצלמה בשידור חי ומציג את התוצאות באופן חזותי.
• MediaLibraryViewController.swift: הקוד הזה מטמיע את ממשק המשתמש של מצב הקלט של קובצי תמונות וסרטונים סטטיים, ומציג את התוצאות באופן חזותי.

הגדרה

בקטע הזה מתוארים השלבים העיקריים להגדרת סביבת הפיתוח וקוד הפרויקטים לשימוש ב-Hand Landmarker. מידע כללי על הגדרת סביבת הפיתוח לשימוש במשימות של MediaPipe, כולל דרישות לגבי גרסת הפלטפורמה, זמין במדריך ההגדרה ל-iOS.

יחסי תלות

התכונה Hand Landmarker משתמשת בספרייה MediaPipeTasksVision, שצריך להתקין באמצעות CocoaPods. הספרייה תואמת לאפליקציות Swift וגם לאפליקציות Objective-C, ולא נדרשת הגדרה נוספת ספציפית לשפה.

הוראות להתקנת CocoaPods ב-macOS מפורטות במדריך להתקנת CocoaPods. הוראות ליצירת Podfile עם ה-pods הנדרשים לאפליקציה מפורטות במאמר שימוש ב-CocoaPods.

מוסיפים את ה-pod MediaPipeTasksVision ב-Podfile באמצעות הקוד הבא:

target 'MyHandLandmarkerApp' do
  use_frameworks!
  pod 'MediaPipeTasksVision'
end

אם האפליקציה כוללת יעדי בדיקת יחידה, תוכלו לעיין במדריך ההגדרה ל-iOS כדי לקבל מידע נוסף על הגדרת Podfile.

דגם

כדי לבצע את המשימה 'זיהוי נקודות ציון ביד' ב-MediaPipe, נדרש מודל מאומן שתואם למשימה הזו. מידע נוסף על המודלים המאומנים הזמינים ל-Hand Landmarker זמין בקטע 'מודלים' שבסקירה הכללית של המשימה.

בוחרים מודל ומורידים אותו, ומוסיפים אותו לספריית הפרויקט באמצעות Xcode. הוראות להוספת קבצים לפרויקט ב-Xcode מפורטות במאמר ניהול קבצים ותיקיות בפרויקט ב-Xcode.

משתמשים במאפיין BaseOptions.modelAssetPath כדי לציין את הנתיב למודל בקובץ האפליקציה. דוגמה לקוד מופיעה בקטע הבא.

יצירת המשימה

אפשר ליצור את המשימה Hand Landmarker על ידי קריאה לאחד מהמפעילים שלה. ה-initializer של HandLandmarker(options:) מקבל ערכים לאפשרויות ההגדרה.

אם אתם לא צריכים לאתחל את Hand Landmarker עם אפשרויות תצורה בהתאמה אישית, תוכלו להשתמש במחולל HandLandmarker(modelPath:) כדי ליצור Hand Landmarker עם אפשרויות ברירת המחדל. מידע נוסף על אפשרויות ההגדרה זמין במאמר סקירה כללית על הגדרות.

המשימה 'סימון נקודות ציון ביד' תומכת ב-3 סוגי נתוני קלט: תמונות סטילס, קובצי וידאו ושידורי וידאו חיים. כברירת מחדל, HandLandmarker(modelPath:) מאתחלת משימה לתמונות סטילס. אם רוצים שהמשימה תאופס לעיבוד קובצי וידאו או סטרימינג של וידאו בשידור חי, צריך להשתמש ב-HandLandmarker(options:) כדי לציין את מצב ההפעלה של הסרטון או השידור החי. כדי להשתמש במצב של שידור חי, צריך גם להגדיר את האפשרות הנוספת handLandmarkerLiveStreamDelegate, שמאפשרת ל-Hand Landmarker לשלוח את התוצאות של סימון הידיים למשתתף אחר באופן אסינכרוני.

בוחרים את הכרטיסייה שמתאימה למצב ההפעלה כדי לראות איך יוצרים את המשימה ומפעילים את ההסקה.

Swift

import MediaPipeTasksVision

let modelPath = Bundle.main.path(forResource: "hand_landmarker",
                                      ofType: "task")

let options = HandLandmarkerOptions()
options.baseOptions.modelAssetPath = modelPath
options.runningMode = .image
options.minHandDetectionConfidence = minHandDetectionConfidence
options.minHandPresenceConfidence = minHandPresenceConfidence
options.minTrackingConfidence = minHandTrackingConfidence
options.numHands = numHands

let handLandmarker = try HandLandmarker(options: options)
    

import MediaPipeTasksVision

let modelPath = Bundle.main.path(forResource: "hand_landmarker",
                                      ofType: "task")

let options = HandLandmarkerOptions()
options.baseOptions.modelAssetPath = modelPath
options.runningMode = .video
options.minHandDetectionConfidence = minHandDetectionConfidence
options.minHandPresenceConfidence = minHandPresenceConfidence
options.minTrackingConfidence = minHandTrackingConfidence
options.numHands = numHands

let handLandmarker = try HandLandmarker(options: options)
    

import MediaPipeTasksVision

// Class that conforms to the `HandLandmarkerLiveStreamDelegate` protocol and
// implements the method that the hand landmarker calls once it finishes
// performing landmarks detection in each input frame.
class HandLandmarkerResultProcessor: NSObject, HandLandmarkerLiveStreamDelegate {

  func handLandmarker(
    _ handLandmarker: HandLandmarker,
    didFinishDetection result: HandLandmarkerResult?,
    timestampInMilliseconds: Int,
    error: Error?) {

    // Process the hand landmarker result or errors here.

  }
}

let modelPath = Bundle.main.path(
  forResource: "hand_landmarker",
  ofType: "task")

let options = HandLandmarkerOptions()
options.baseOptions.modelAssetPath = modelPath
options.runningMode = .liveStream
options.minHandDetectionConfidence = minHandDetectionConfidence
options.minHandPresenceConfidence = minHandPresenceConfidence
options.minTrackingConfidence = minHandTrackingConfidence
options.numHands = numHands

// Assign an object of the class to the `handLandmarkerLiveStreamDelegate`
// property.
let processor = HandLandmarkerResultProcessor()
options.handLandmarkerLiveStreamDelegate = processor

let handLandmarker = try HandLandmarker(options: options)
    

Objective-C

@import MediaPipeTasksVision;

NSString *modelPath = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:@"hand_landmarker"
                                                      ofType:@"task"];

MPPHandLandmarkerOptions *options = [[MPPHandLandmarkerOptions alloc] init];
options.baseOptions.modelAssetPath = modelPath;
options.runningMode = MPPRunningModeImage;
options.minHandDetectionConfidence = minHandDetectionConfidence;
options.minHandPresenceConfidence = minHandPresenceConfidence;
options.minTrackingConfidence = minHandTrackingConfidence;
options.numHands = numHands;

MPPHandLandmarker *handLandmarker =
  [[MPPHandLandmarker alloc] initWithOptions:options error:nil];
    

@import MediaPipeTasksVision;

NSString *modelPath = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:@"hand_landmarker"
                                                      ofType:@"task"];

MPPHandLandmarkerOptions *options = [[MPPHandLandmarkerOptions alloc] init];
options.baseOptions.modelAssetPath = modelPath;
options.runningMode = MPPRunningModeVideo;
options.minHandDetectionConfidence = minHandDetectionConfidence;
options.minHandPresenceConfidence = minHandPresenceConfidence;
options.minTrackingConfidence = minHandTrackingConfidence;
options.numHands = numHands;

MPPHandLandmarker *handLandmarker =
  [[MPPHandLandmarker alloc] initWithOptions:options error:nil];
    

@import MediaPipeTasksVision;

// Class that conforms to the `MPPHandLandmarkerLiveStreamDelegate` protocol
// and implements the method that the hand landmarker calls once it finishes
// performing landmarks detection in each input frame.

@interface APPHandLandmarkerResultProcessor : NSObject 

@end

@implementation APPHandLandmarkerResultProcessor

-   (void)handLandmarker:(MPPHandLandmarker *)handLandmarker
    didFinishDetectionWithResult:(MPPHandLandmarkerResult *)handLandmarkerResult
         timestampInMilliseconds:(NSInteger)timestampInMilliseconds
                           error:(NSError *)error {

    // Process the hand landmarker result or errors here.

}

@end

NSString *modelPath = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:@"hand_landmarker"
                                                      ofType:@"task"];

MPPHandLandmarkerOptions *options = [[MPPHandLandmarkerOptions alloc] init];
options.baseOptions.modelAssetPath = modelPath;
options.runningMode = MPPRunningModeLiveStream;
options.minHandDetectionConfidence = minHandDetectionConfidence;
options.minHandPresenceConfidence = minHandPresenceConfidence;
options.minTrackingConfidence = minHandTrackingConfidence;
options.numHands = numHands;

// Assign an object of the class to the `handLandmarkerLiveStreamDelegate`
// property.
APPHandLandmarkerResultProcessor *processor =
  [APPHandLandmarkerResultProcessor new];
options.handLandmarkerLiveStreamDelegate = processor;

MPPHandLandmarker *handLandmarker =
  [[MPPHandLandmarker alloc] initWithOptions:options error:nil];
    

אפשרויות הגדרה

למשימה הזו יש את אפשרויות התצורה הבאות לאפליקציות ל-iOS:

כשמגדירים את מצב ההפעלה כשידור חי, צריך להגדיר את אפשרות ההגדרה הנוספת handLandmarkerLiveStreamDelegate ב-Hand Landmarker כדי לאפשר לו לספק את תוצאות זיהוי נקודות ציון ביד באופן אסינכרוני. הנציג צריך להטמיע את השיטה handLandmarker(_:didFinishDetection:timestampInMilliseconds:error:), שנקראת על ידי Hand Landmarker אחרי עיבוד תוצאות הזיהוי של נקודות ציון ביד לכל פריים.

הכנת הנתונים

צריך להמיר את התמונה או את המסגרת של הקלט לאובייקט MPImage לפני שמעבירים אותו ל-Hand Landmarker. MPImage תומך בסוגים שונים של פורמטים של תמונות ב-iOS, וניתן להשתמש בהם בכל מצב ריצה לצורך הסקת מסקנות. למידע נוסף על MPImage, אפשר לעיין במאמר MPImage API.

בוחרים את פורמט התמונה ל-iOS בהתאם לתרחיש לדוגמה ולמצב ההפעלה שנדרש לאפליקציה.MPImage תומך בפורמטים של תמונות ל-iOS‏ UIImage,‏ CVPixelBuffer ו-CMSampleBuffer.

UIImage

הפורמט UIImage מתאים במיוחד למצבי ההפעלה הבאים:

• תמונות: אפשר להמיר תמונות מחבילת אפליקציות, מגלריית משתמשים או ממערכת קבצים בפורמט UIImage לאובייקט MPImage.

• סרטונים: משתמשים ב-AVAssetImageGenerator כדי לחלץ פריימים של סרטונים לפורמט CGImage, ואז ממירים אותם לתמונות UIImage.

// Load an image on the user's device as an iOS `UIImage` object.

// Convert the `UIImage` object to a MediaPipe's Image object having the default
// orientation `UIImage.Orientation.up`.
let image = try MPImage(uiImage: image)
    

// Load an image on the user's device as an iOS `UIImage` object.

// Convert the `UIImage` object to a MediaPipe's Image object having the default
// orientation `UIImageOrientationUp`.
MPImage *image = [[MPPImage alloc] initWithUIImage:image error:nil];
    

בדוגמה מתבצעת אתחול של MPImage עם כיוון ברירת המחדל UIImage.Orientation.Up. אפשר לאתחל את MPImage עם כל אחד מהערכים הנתמכים של UIImage.Orientation. התכונה 'סימון נקודות ציון ביד' לא תומכת בכיוונים מוחזרים כמו .upMirrored,‏ .downMirrored, ‏ .leftMirrored, ‏ .rightMirrored.

מידע נוסף על UIImage זמין במסמכי התיעוד למפתחים של Apple בנושא UIImage.

CVPixelBuffer

הפורמט CVPixelBuffer מתאים לאפליקציות שיוצרות פריימים ומשתמשות במסגרת CoreImage של iOS לעיבוד.

הפורמט CVPixelBuffer מתאים במיוחד למצבי ההפעלה הבאים:

• תמונות: אפליקציות שיוצרות תמונות CVPixelBuffer אחרי עיבוד מסוים באמצעות מסגרת CoreImage של iOS יכולות להישלח ל-Hand Landmarker במצב 'הפעלת תמונה'.

• סרטונים: אפשר להמיר את הפריימים של הסרטון לפורמט CVPixelBuffer לצורך עיבוד, ואז לשלוח אותם ל-Hand Landmarker במצב וידאו.

• שידור חי: יכול להיות שאפליקציות שמשתמשות במצלמת iOS כדי ליצור פריימים יומרו לפורמט CVPixelBuffer לצורך עיבוד לפני שהן נשלחות ל-Hand Landmarker במצב של שידור חי.

// Obtain a CVPixelBuffer.

// Convert the `CVPixelBuffer` object to a MediaPipe's Image object having the default
// orientation `UIImage.Orientation.up`.
let image = try MPImage(pixelBuffer: pixelBuffer)
    

// Obtain a CVPixelBuffer.

// Convert the `CVPixelBuffer` object to a MediaPipe's Image object having the
// default orientation `UIImageOrientationUp`.
MPImage *image = [[MPPImage alloc] initWithUIImage:image error:nil];
    

מידע נוסף על CVPixelBuffer זמין במסמכי התיעוד למפתחים של Apple בנושא CVPixelBuffer.

CMSampleBuffer

בפורמט CMSampleBuffer מאוחסנות דגימות מדיה מסוג מדיה אחיד, והוא מתאים במיוחד למצב ההפעלה של שידור חי. פריימים בשידור חי ממצלמות iOS מועברים באופן אסינכרוני בפורמט CMSampleBuffer על ידי AVCaptureVideoDataOutput של iOS.

// Obtain a CMSampleBuffer.

// Convert the `CMSampleBuffer` object to a MediaPipe's Image object having the default
// orientation `UIImage.Orientation.up`.
let image = try MPImage(sampleBuffer: sampleBuffer)
    

// Obtain a `CMSampleBuffer`.

// Convert the `CMSampleBuffer` object to a MediaPipe's Image object having the
// default orientation `UIImageOrientationUp`.
MPImage *image = [[MPPImage alloc] initWithSampleBuffer:sampleBuffer error:nil];
    

מידע נוסף על CMSampleBuffer זמין במסמכי העזרה למפתחים של Apple בנושא CMSampleBuffer.

הרצת המשימה

כדי להריץ את Hand Landmarker, משתמשים בשיטה detect() שמותאמת למצב ההפעלה שהוקצה:

• תמונה סטטית: detect(image:)
• סרטון: detect(videoFrame:timestampInMilliseconds:)
• צפייה בשידור חי: detectAsync(image:timestampInMilliseconds:)

Swift

let result = try handLandmarker.detect(image: image)
    

let result = try handLandmarker.detect(
    videoFrame: image,
    timestampInMilliseconds: timestamp)
    

try handLandmarker.detectAsync(
  image: image,
  timestampInMilliseconds: timestamp)
    

Objective-C

MPPHandLandmarkerResult *result =
  [handLandmarker detectInImage:image error:nil];
    

MPPHandLandmarkerResult *result =
  [handLandmarker detectInVideoFrame:image
             timestampInMilliseconds:timestamp
                               error:nil];
    

BOOL success =
  [handLandmarker detectAsyncInImage:image
             timestampInMilliseconds:timestamp
                               error:nil];
    

בדוגמה לקוד של Hand Landmarker מוסבר בפירוט רב יותר איך מטמיעים כל אחד מהמצבים האלה. קוד הדוגמה מאפשר למשתמש לעבור בין מצבי עיבוד, אבל יכול להיות שהוא לא נדרש לתרחיש לדוגמה שלכם.

שימו לב לנקודות הבאות:

• כשמריצים את הקוד במצב וידאו או במצב שידור חי, צריך לספק גם את חותמת הזמן של פריים הקלט למשימה Hand Landmarker.

• כשהיא פועלת במצב תמונה או סרטון, המשימה 'סימון נקודות על היד' חוסמת את השרשור הנוכחי עד שהיא מסיימת לעבד את התמונה או את הפריים של הקלט. כדי למנוע חסימה של השרשור הנוכחי, צריך להריץ את העיבוד בשרשור רקע באמצעות מסגרות ה-iOS Dispatch או NSOperation.

• כשהיא פועלת במצב של שידור חי, המשימה 'סימון ידיים' מחזירה תשובה באופן מיידי ולא חוסמת את השרשור הנוכחי. הוא מפעיל את השיטה handLandmarker(_:didFinishDetection:timestampInMilliseconds:error:) עם התוצאה של זיהי הנקודות ביד אחרי עיבוד כל מסגרת קלט. ה-Hand Landmarker מפעיל את השיטה הזו באופן אסינכרוני בתור שליחה טורית ייעודי. כדי להציג את התוצאות בממשק המשתמש, שולחים את התוצאות לתור הראשי אחרי העיבוד שלהן. אם הפונקציה detectAsync מופעלת בזמן שהמשימה Hand Landmarker עסוקה בעיבוד של פריים אחר, Hand Landmarker מתעלם מפריים הקלט החדש.

טיפול בתוצאות והצגתן

לאחר הפעלת ההסקה, המשימה 'זיהוי ציוני דרך ביד' מחזירה את הערך HandLandmarkerResult שמכיל את ציוני הדרך ביד בקואורדינטות התמונה, את ציוני הדרך ביד בקואורדינטות העולם ואת הצד של היד(יד ימין/יד שמאל) של הידיים שזוהו.

בהמשך מוצגת דוגמה לנתוני הפלט של המשימה הזו:

הפלט של HandLandmarkerResult מכיל שלושה רכיבים. כל רכיב הוא מערך, שבו כל רכיב מכיל את התוצאות הבאות לגבי יד אחת שזוהתה:

• יד דומיננטית

  היד הדומיננטית מייצגת אם הידיים שזוהו הן יד שמאל או יד ימין.

• ציוני דרך

  יש 21 נקודות ציון ביד, כל אחת מורכבת מהקואורדינטות x, ‏ y ו-z. הקואורדינטות x ו-y מתכווננות לטווח [0.0, 1.0] לפי רוחב התמונה וגובהה, בהתאמה. הקואורדינטה z מייצגת את עומק ציון הדרך, כאשר עומק פרק כף היד הוא המקור. ככל שהערך קטן יותר, כך ציון הדרך קרוב יותר למצלמה. הערך של z משתמש בערך באותו סולם כמו x.

• אתרים חשובים בעולם

  21 נקודות הציון של היד מוצגות גם בקואורדינטות גלובליות. כל ציון דרך מורכב מ-x, ‏ y ו-z, שמייצגים קואורדינטות תלת-ממדיות בעולם האמיתי במטרים, כאשר המקור נמצא במרכז הגיאומטרי של היד.

HandLandmarkerResult:
  Handedness:
    Categories #0:
      index        : 0
      score        : 0.98396
      categoryName : Left
  Landmarks:
    Landmark #0:
      x            : 0.638852
      y            : 0.671197
      z            : -3.41E-7
    Landmark #1:
      x            : 0.634599
      y            : 0.536441
      z            : -0.06984
    ... (21 landmarks for a hand)
  WorldLandmarks:
    Landmark #0:
      x            : 0.067485
      y            : 0.031084
      z            : 0.055223
    Landmark #1:
      x            : 0.063209
      y            : -0.00382
      z            : 0.020920
    ... (21 world landmarks for a hand)

בתמונה הבאה מוצגת תצוגה חזותית של הפלט של המשימה: