虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)跟蹤技術(shù)-wenkub
2023-02-02 19:55:24 本頁(yè)面
【正文】 圈中通上電流后，在線圈的周圍將產(chǎn)生磁場(chǎng)。不受環(huán)境磁場(chǎng)及鐵磁物體的影響，同時(shí)不產(chǎn)生電磁輻射、價(jià)格便宜。在近距離內(nèi)非常精確且不受磁場(chǎng)和聲場(chǎng)的干擾，但要求光源與探測(cè)器可視，跟蹤的角度范圍有限并且現(xiàn)場(chǎng)其它光源會(huì)造成影響。姿態(tài)由另外三個(gè)參數(shù)俯仰角、橫滾角及航向角來(lái)確定，因此用于虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的方位跟蹤器至少需要獲得 6個(gè)自由度信息，即三個(gè)平移自由度和三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。 ? 傾斜角測(cè)量誤差的影響 傾斜角對(duì)航向測(cè)量誤差的影響與定姿系統(tǒng)所處的地理位置有關(guān)。 (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(cè)量精度的因素除最小可測(cè)磁場(chǎng)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 。 二、三自由度地磁定姿系統(tǒng) 磁阻傳感器信號(hào)處理電路 信號(hào)放大與濾波 二、三自由度地磁定姿系統(tǒng) 磁阻傳感器信號(hào)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(dòng)測(cè)量和沖擊測(cè)量 。 二、三自由度地磁定姿系統(tǒng) 地磁定姿原理 目前通過(guò)羅盤確定姿態(tài)的方法均為首先確定地磁場(chǎng)的水平分量 HX和 HY， 根據(jù) HX和 HY的測(cè)量值確定與地磁北極的夾角，然后在計(jì)算結(jié)果中加入地磁偏角來(lái)找到真北。 地球自身固有的可做方位基準(zhǔn)的矢量除了地球自轉(zhuǎn)角速度矢量以外，只有地磁場(chǎng)強(qiáng)度。 ? 空軍第二航空學(xué)院研制了我國(guó)第一套自行研制并接近實(shí)用化的 VR系統(tǒng)。 ? 虛擬現(xiàn)實(shí)游戲和加強(qiáng)人機(jī)接口能力是日本在虛擬現(xiàn)實(shí)方面的兩個(gè)主要研究方向 ， 尤其在游戲方面占有重要的市場(chǎng)地位 。由于真實(shí)環(huán)境的存在能夠使用戶對(duì)周圍環(huán)境的感知更具真實(shí)感，其主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋? ?醫(yī)療研究 ?裝配、維修與教育培訓(xùn) ?娛樂(lè)及室內(nèi)裝飾設(shè)計(jì) ?軍事應(yīng)用 ?視頻轉(zhuǎn)播 一、概述 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的國(guó)外進(jìn)展 ? 美國(guó)從六十年代即開始著手進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)的研究工作 ， 并且一直受到美國(guó)國(guó)防部的重視 。 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中注冊(cè)指呈現(xiàn)給用戶的虛擬環(huán)境與用戶的各種感官匹配 。 一、概述 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的構(gòu)成 虛 擬 環(huán) 境 生 成 器 立體聲音響合成及定位 語(yǔ)音合成 圖象合成 語(yǔ)音識(shí)別 頭眼身體跟蹤 姿態(tài)語(yǔ)言識(shí)別 運(yùn)動(dòng)學(xué) 頭 盔 顯 示 設(shè) 備 多傳感器組 力反饋裝置 一、概述 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)能夠提供一種與以往所有的傳統(tǒng)技術(shù)不同的觀點(diǎn) 第一人稱觀點(diǎn)，用戶將會(huì)沉浸在計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境中去，而且還可以與其中的物體進(jìn)行交互。 一、概述 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要分支，借助光電顯示技術(shù)、交互技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)和可視化技術(shù)產(chǎn)生現(xiàn)實(shí)環(huán)境中不存在的虛擬對(duì)象，并通過(guò)傳感技術(shù)將虛擬對(duì)象準(zhǔn)確“放置”在真實(shí)環(huán)境中，借助顯示設(shè)備將虛擬對(duì)象與真實(shí)環(huán)境融為一體。 一、概述 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的特征 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是一種由計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)創(chuàng)造的具有浸沒(méi)感的高級(jí)人機(jī)界面，用戶能夠通過(guò)各種傳感設(shè)備使用人的各種自然技能對(duì)虛擬世界中的物體進(jìn)行考察或操作。在虛擬環(huán)境中，操作者可以利用天生的空間感來(lái)理解所看到的事物，計(jì)劃所要做的事情，主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)?: ? 軍事模擬訓(xùn)練 ? 制造和設(shè)計(jì) ? 醫(yī)學(xué) ? 科學(xué)計(jì)算可視化 ? 娛樂(lè)業(yè) 一、概述 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)特征 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)把計(jì)算機(jī)生成的虛擬物體、文字和圖形等信息重疊顯示在用戶所看到的真實(shí)物體之上，頭盔顯示器和方位跟蹤器是必不可少的外設(shè)，其頭盔顯示器是透視式的。 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中注冊(cè)指將計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的虛擬物體與用戶周圍的真實(shí)環(huán)境全方位對(duì)準(zhǔn) 。 ? 英國(guó)正在利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行高級(jí)戰(zhàn)斗機(jī)座艙設(shè)計(jì) 。 一、概述 人機(jī)交互商用裝置 三自由度、六自由度跟蹤器 一、概述 人機(jī)交互商用裝置 手指彎曲測(cè)量系統(tǒng) 一、概述 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 ? 清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系智能技術(shù)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室在臨界場(chǎng)感技術(shù)等領(lǐng)域進(jìn)行了卓有成效的研究。 ? 浙江大學(xué)開發(fā)了數(shù)字故宮、數(shù)字敦煌等虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用系統(tǒng)。研制了一種采用加速度計(jì)、磁阻傳感器和單片機(jī)的數(shù)字地磁定姿系統(tǒng)及其定姿算法，通過(guò)測(cè)量地球的重力場(chǎng)及磁場(chǎng)來(lái)計(jì)算運(yùn)動(dòng)物體的三自由度姿態(tài)數(shù)據(jù)。 二、三自由度地磁定姿系統(tǒng) 姿態(tài)角測(cè)量算法 在剛體動(dòng)力學(xué)中運(yùn)動(dòng)物體的姿態(tài) (即運(yùn)動(dòng)物體在參考空間中的方位 )通過(guò)與運(yùn)動(dòng)物體相固結(jié)的運(yùn)動(dòng)參考坐標(biāo)系和定參考坐標(biāo)系之間的夾角表示。 ? 壓阻式加速度傳感器 能測(cè)量頻率低到零的加速度信號(hào) ， 輸出阻抗很低 ， 內(nèi)在噪聲小 ， 但響應(yīng)速度較慢 。 ? 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(cè)量精度，溫度影響主要包括零偏的溫漂和靈敏度的溫漂。 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(cè)量系統(tǒng) 五、戶外增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)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(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，除了運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)物體的空間方位信息。 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(hào)和磁感應(yīng)信號(hào)之間的耦合關(guān)系確定被測(cè)對(duì)象的方位。 ? 機(jī)械式跟蹤系統(tǒng) 是一種絕對(duì)位置傳感器，通過(guò)機(jī)械關(guān)節(jié)的物理連接來(lái)測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的位置及方向。但跟蹤范圍有限、受環(huán)境聲場(chǎng)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。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)。 ? 功率譜密度與頻率成反比的隨機(jī)漲落現(xiàn)象在電子器件中普遍存在，因此低頻噪聲會(huì)影響放大及信號(hào)處理系統(tǒng)的性能。 ? 在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中采用手勢(shì)辨識(shí)作為人機(jī)交互手段的方法被普遍采用 。而且用戶戴上這種手套感覺(jué)舒適，不會(huì)限制用戶手部的運(yùn)動(dòng)。 ? 基于圖像處理的手指彎曲傳感技術(shù) 對(duì)硬件系統(tǒng)要求高，計(jì)算量大。采用這種方法即可以提高耦合效率，又可以保證耦合的可靠性。 五、戶外增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 概述 ? 構(gòu)造一個(gè)成功的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵是進(jìn)行精確的三維跟蹤注冊(cè)，從而可以將真實(shí)場(chǎng)景與虛擬增強(qiáng)信息互相融合。 ? 在基于視覺(jué)的跟蹤系統(tǒng)中，使用標(biāo)定的攝像機(jī)利用單幅圖
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