虛擬現(xiàn)實與增強(qiáng)現(xiàn)實跟蹤技術(shù)-文庫吧
2025-01-03 19:55 本頁面
【正文】 過測量地磁場的三軸分量來確定被跟蹤物體的姿態(tài)的，因此被跟蹤物體附近的永磁體或及帶電導(dǎo)線所產(chǎn)生的環(huán)境磁場將影響系統(tǒng)的測量精度。 X Y O X Y O O’(Hx0,Hy0) c(x3,y1) a(x1,y1) d(x2,y3) b(x2,y2) a1 a2 二、三自由度地磁定姿系統(tǒng) 磁傳感器概述 磁傳感器是一種將磁場或磁感應(yīng)強(qiáng)度等物理量轉(zhuǎn)換成電信號的磁電轉(zhuǎn)換元器件或裝置，大部分磁傳感器是基于固體材料的磁電效應(yīng)的傳感器，其中主要是半導(dǎo)體材料。 二、三自由度地磁定姿系統(tǒng) 磁阻傳感器信號處理電路 信號放大與濾波 二、三自由度地磁定姿系統(tǒng) 磁阻傳感器信號處理電路 置位 /復(fù)位電路 二、三自由度地磁定姿系統(tǒng) 加速度傳感器概述 ? 壓電式加速度傳感器 具有很寬的頻率響應(yīng)范圍 ， 適用于高頻范圍的振動測量和沖擊測量 。 ? 壓阻式加速度傳感器 能測量頻率低到零的加速度信號 ， 輸出阻抗很低 ， 內(nèi)在噪聲小 ， 但響應(yīng)速度較慢 。 ? 變電容式加速度傳感器 具有穩(wěn)態(tài)響應(yīng) 、 高靈敏度 、 低輸出阻抗 、 高線性度 、 抗過載能力高 、 體積小 、 重量輕 、 響應(yīng)快等不可多得的優(yōu)點 。 二、三自由度地磁定姿系統(tǒng) ADXL202加速度傳感器 二、三自由度地磁定姿系統(tǒng) PIC16F877單片機(jī) ? 高性能精簡指令集 RISC CPU； ? 一共只有 35條單字指令 ， 除了程序分支是雙周期指令外 ， 其它所有的指令都是單周期指令； ? 工作速度高 ， 高達(dá) 20MHz時鐘輸入和 200ns指令周期； ? 高達(dá) 8K字 (14位字長 )的 FLASH程序存儲器；高達(dá) 368字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)和高達(dá) 256字節(jié)的 EEPROM數(shù)據(jù)存儲器； ? 中斷能力強(qiáng) ， 多達(dá) 14個內(nèi)部 /外部中斷源 ， 8級硬件堆棧； ? 直接 ， 間接和相對尋址方式； ? 高速 ， 低功耗 CMOS FLASH/EEPROM技術(shù) ， 僅通過兩個引腳即可實現(xiàn)程序在線串行編程 ICSP， 編程只需要 5V電壓； ? 寬范圍的工作電壓： ～ ， 功耗低 二、三自由度地磁定姿系統(tǒng) 實際定姿系統(tǒng) 數(shù)字定姿系統(tǒng) 三自由度轉(zhuǎn)臺 二、三自由度地磁定姿系統(tǒng) 定姿系統(tǒng)標(biāo)定方法 繞三個坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)方向上分別找出加速度計輸出的最大值 MAXGi及最小值 MINGi和磁阻傳感器數(shù)據(jù)輸出的最大值 MAXHi及最小值 MINHi。 (222) (223) (224) HiHiHi MINMA Xa ??3HiHi aM A Xb ??? 4im e a iii bHaH ?? *GiGiGi MINMA Xa ??3GiGi aM A Xb ??? 4Gim e a iGii bGaG ?? *二、三自由度地磁定姿系統(tǒng) 頭部姿態(tài)變化跟蹤 二、三自由度地磁定姿系統(tǒng) 定姿系統(tǒng)誤差分析 oYX HH )/a r c t a n ( 11 ? 573/1/ 11 ?YX HHHmin=? A/D轉(zhuǎn)換誤差 ? 磁阻傳感器誤差 在磁阻傳感器的性能參數(shù)中，影響測量精度的因素除最小可測磁場之外，還包括傳感器的噪聲、線性度和重復(fù)性等，總的影響為 。 ? 環(huán)境溫度變化的影響 傳感器的溫度系數(shù)影響航向角的測量精度，溫度影響主要包括零偏的溫漂和靈敏度的溫漂。為了克服溫度漂移的影響，在環(huán)境溫度變化較大的應(yīng)用場合我們采用了置位 /復(fù)位技術(shù)。 二、三自由度地磁定姿系統(tǒng) 定姿系統(tǒng)誤差分析 osa p p l i e ds e t VHAH ?? * osa p pl i e dr e s e t VHAH ??? *a p p l i e dr e s e ts e t HAHH *2?? AHHH r e s e ts e tap pl i e d 2??? 地磁偏角的影響 地磁偏角的數(shù)值與地理位置有關(guān)，最大可能達(dá)到 25度。 ? 傾斜角測量誤差的影響 傾斜角對航向測量誤差的影響與定姿系統(tǒng)所處的地理位置有關(guān)。 二、三自由度地磁定姿系統(tǒng) 定姿系統(tǒng)誤差分析 一 、 概述 二、三自由度地磁定姿系統(tǒng) 三、六自由度電磁跟蹤系統(tǒng) 四、手指彎曲測量系統(tǒng) 五、戶外增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 六、總結(jié) 目錄 三、六自由度電磁跟蹤系統(tǒng) 概述 在虛擬現(xiàn)實和增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)中，除了運動物體的三自由度姿態(tài)信息之外，在很多情況下還需要跟蹤運動物體的空間方位信息。能夠同時跟蹤位置和姿態(tài)的跟蹤器被稱為六自由度跟蹤器。 在三維空間內(nèi)一個物體的空間位置由笛卡爾坐標(biāo) (即 X、Y、 Z坐標(biāo)值 )來確定。姿態(tài)由另外三個參數(shù)俯仰角、橫滾角及航向角來確定，因此用于虛擬現(xiàn)實和增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)的方位跟蹤器至少需要獲得 6個自由度信息，即三個平移自由度和三個旋轉(zhuǎn)自由度。 三、六自由度電磁跟蹤系統(tǒng) 六自由度跟蹤器分類 ? 電磁式跟蹤系統(tǒng) 根據(jù)磁發(fā)射信號和磁感應(yīng)信號之間的耦合關(guān)系確定被測對象的方位。環(huán)境中的金屬物體、電子設(shè)備、 CRT及環(huán)境磁場會對接收裝置造成干擾。 ? 光學(xué)式跟蹤系統(tǒng) 采用攝像裝置或光敏器件接收具有一定幾何分布的光源所發(fā)出的光，通過接收的圖像及光源和傳感器的空間位置來計算運動物體的 6自由度信息。在近距離內(nèi)非常精確且不受磁場和聲場的干擾，但要求光源與探測器可視，跟蹤的角度范圍有限并且現(xiàn)場其它光源會造成影響。 ? 機(jī)械式跟蹤系統(tǒng) 是一種絕對位置傳感器，通過機(jī)械關(guān)節(jié)的物理連接來測量運動物體的位置及方向。機(jī)械裝置笨重、操作不便且易對操作者產(chǎn)生干擾，跟蹤范圍有限。 三、六自由度電磁跟蹤系統(tǒng) 六自由度跟蹤器分類 ? 超聲波式跟蹤系統(tǒng) 利用不同聲源發(fā)出的超聲波到達(dá)某一特定地點的時間差、相位差或者聲壓差進(jìn)行定位跟蹤，包括連續(xù)波相位相干測量法和脈沖波傳播時間測量法兩種方式。不受環(huán)境磁場及鐵磁物體的影響，同時不產(chǎn)生電磁輻射、價格便宜。但跟蹤范圍有限、受環(huán)境聲場干擾、與空氣濕度有關(guān)并且要求發(fā)射器與接收器之間不能有物體遮擋。 ? 慣性跟蹤系統(tǒng) 慣性跟蹤器利用陀螺測量三個轉(zhuǎn)動自由度的角度變化，利用加速度計測量三個平動自由度的位移。體積大，價格昂貴，由于角度和距離的測量分別通過對陀螺和加速度計的一次和兩次積分得到，系統(tǒng)誤差會隨著時間積累。 三、六自由度電磁跟蹤系統(tǒng) 電磁式跟蹤系統(tǒng) 當(dāng)給一個線圈中通上電流后，在線圈的周圍將產(chǎn)生磁場。磁傳感器的輸出值與發(fā)射線圈和接收器之間的距離 r及磁傳感器的敏感軸與發(fā)射線圈發(fā)射軸之間的夾角有關(guān)。 三、六自由度電磁跟蹤系統(tǒng) 直流式電磁跟蹤系統(tǒng) 直流式電磁跟蹤系統(tǒng)主要由發(fā)射源、接收器和控制系統(tǒng)構(gòu)成。 發(fā) 射 源 接 收 器 單片機(jī)控制系統(tǒng) PC 機(jī) A/D數(shù)據(jù) Z Y X 三、六自由度電磁跟蹤系統(tǒng) 直流式電磁跟蹤系統(tǒng)位置測量算法 Or(xr,yr,zr) O(x,yz) Y Z X ? ? ? Zr Xr Yr x y z 三、六自
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