【正文】 聲音的傳播，并模擬聲線與聽(tīng)者的碰撞，碰撞時(shí)記錄每個(gè)聲線此時(shí)的傳播時(shí)間、強(qiáng)度和方位，最終使用這些信息，生成雙 耳房間沖擊響應(yīng) BRIR。即： 圖 31 人頭錄音示例 HRTF 的 獲取使用的是人頭錄音方法。雙耳間會(huì)有時(shí)間差（ ITD， interaural time difference）和強(qiáng)度差（ ILD， interaural level difference），同時(shí)聲音在傳入人耳的過(guò)程中，會(huì)被人的身體、頭部、耳廓、中耳等吸收，從而改變聲音的性質(zhì)。左上角的 Sensor Result 中，實(shí)時(shí)顯示了各個(gè)傳感器的數(shù)值。 以上為單片機(jī)端軟件的主體內(nèi)容。 q3 = q3 * norm。 norm = invSqrt(q0*q0 + q1*q1 + q2*q2 + q3*q3)。 q0 += iq0。 之后，使用四元數(shù)微分方程 (龍格庫(kù)塔方法 )來(lái)更新四元數(shù)，并重新標(biāo)準(zhǔn)化四元數(shù)： iq0 = (q1*gx q2*gy q3*gz)*halfT。 ezInt = ezInt + ez*Ki * halfT。 ey = (az*vx ax*vz) + (mz*wx mx*wz)。 之后，計(jì)算重力的參考方向： vx = 2*(q1q3 q0q2)。 bz = hz。 然后，計(jì)算地磁的參考方向與地磁方向，具體解釋請(qǐng)參考上一節(jié)： hx = 2*mx*( q2q2 q3q3) + 2*my*(q1q2 q0q3) + 2*mz*(q1q3 + q0q2)。 norm = invSqrt(mx*mx + my*my + mz*mz)。 在 IMU_getYawPitchRoll 中，首先對(duì)加速度計(jì)數(shù)據(jù) ax,ay,az 和地磁計(jì)數(shù)值 mx,my,mz 進(jìn)行歸一化： norm = invSqrt(ax*ax + ay*ay + az*az)。 BOOT1=1 BOOT0=1 從內(nèi)置 SRAM 啟動(dòng)，這種模式可以用于調(diào)試。 D4 是一個(gè)發(fā)光二極管，提示系統(tǒng)是否上電。 PCB 第一次打板時(shí)上有電路問(wèn)題，第二次重新調(diào)整電路后加工得到現(xiàn)在使用的頭部跟蹤系統(tǒng)。 發(fā)送 ”AT+PIN1234”可以設(shè)置于其他藍(lán)牙設(shè) 備配對(duì)時(shí)的配對(duì)密碼，出廠默認(rèn)密碼是1234。不建議用在超過(guò) 115200 的波特率，信號(hào)的干擾會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定。9:230400。5:19200。改變波特率使用： AT+BAUDn， n 與波特率的對(duì)應(yīng)關(guān)系是： 1:1200。標(biāo)準(zhǔn) HCI 端口 (UART or USB) 作為一個(gè)完整的藍(lán)牙模塊， HC06 給用戶使用藍(lán)牙提供了極大地便利。內(nèi)置 天線 , 用戶無(wú)需調(diào)試天線 這些各向異性傳感器具有在軸向高靈敏度和線性高精度的特點(diǎn) .傳感器帶有的對(duì)于正交軸低敏感行的固相結(jié)構(gòu)能用于測(cè)量地球磁場(chǎng)的方向和大小，其測(cè)量范圍從毫高斯到 8 高斯 (gauss)。的 12 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器 .簡(jiǎn)易的 I2C 系列總線接口。 MPU6050 大量使用在姿態(tài)檢測(cè)、體感游戲與手機(jī)中。4g177。1000 與 177。 MPU6050 整合了 3 軸陀螺儀、3 軸加速器，并含可藉由第二個(gè) I2C 端口連接其他廠牌之加速器、磁力傳感器、或其他傳感器的數(shù)位運(yùn)動(dòng)處理 (DMP: Digital Motion Processor)硬件加速引擎，由主要 I2C 端口以單一數(shù)據(jù)流的形式，向應(yīng)用端輸出完整的 9 軸融合演算技術(shù)。 系統(tǒng)中主要的傳感器芯片主要有 2 片： 其中， iq0,iq1,iq2,iq3 分別為 Q 的四個(gè)分量的增量， halfT 是上面公式中的 。 設(shè)有一個(gè)矩陣微分方程： 其一階龍格庫(kù)塔的解為： 對(duì)于四元數(shù) Q，其微分方程為： 矩陣形式為： 則帶入一階龍格庫(kù)塔的解為 上 海 大 學(xué) 畢 業(yè) 論 文 （設(shè) 計(jì)） 18 即： 表示為偽代碼為： iq0 = (q1*gx q2*gy q3*gz)*halfT。庫(kù)塔于 1900 年左右發(fā)明 [5]。 四元數(shù)微分方程 數(shù)值分析中，龍格－庫(kù)塔法（ RungeKutta）是用于模擬常微分方程的解的重要的一類隱式或顯式迭代法。 gx = gx + IMU_Kp*ex + exInt。地磁參考方向計(jì)算如下： ⒅ mx,my,mz 是地磁傳感器得到的數(shù)值的歸一化表示， hx,hy,hz 是計(jì)算出來(lái)的地磁參考方向。 ⒃ 上 海 大 學(xué) 畢 業(yè) 論 文 （設(shè) 計(jì)） 15 上述公式即為由前一狀態(tài)四元數(shù)計(jì)算出重 力參考方向。 四元數(shù)加法： ⑺ 四元數(shù)取模： ⑻ 四元數(shù)乘法： ⑼ 四元數(shù)共軛： ⑽ 四元數(shù)倒數(shù)： ⑾ 對(duì)于四元數(shù)，我們最重要的是用是用它來(lái)旋轉(zhuǎn)一個(gè)向量，假設(shè)有一個(gè)用四元數(shù)表示的旋轉(zhuǎn)為： ，有一個(gè)向量 ，則經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)后的結(jié)果 為： ⑿ 其中 q*為四元數(shù) q 的共軛四元數(shù)， 是轉(zhuǎn)動(dòng)角度。這是由于四元數(shù)轉(zhuǎn)換組合比很多矩陣轉(zhuǎn)換組合在數(shù)字上更穩(wěn)定。根據(jù)哈密頓記述，他于 10 月 16 日跟他的妻子在都柏林的皇家運(yùn)河（ Royal Canal）上散步時(shí)突然想到的方程 解。 綜上考慮，我們選擇四元數(shù)作為旋轉(zhuǎn)的表示方式，因?yàn)樗脑獢?shù)插值方便、沒(méi)有萬(wàn)向鎖問(wèn)題、運(yùn)算速度較快。 圖 25 萬(wàn)向鎖 作為旋轉(zhuǎn)變換，矩陣是必要的，可以把四元數(shù)或歐拉角作為主數(shù)據(jù)，同時(shí)維護(hù)一個(gè)旋轉(zhuǎn)矩陣，當(dāng)四元數(shù)或歐拉角變化時(shí)更新矩陣。旋轉(zhuǎn)矩陣、歐拉角、四元數(shù)主要用于 :向量的旋轉(zhuǎn)、坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換、方位的平滑插值計(jì)算。 上述偽代碼即為互補(bǔ)濾波器融合加計(jì)和陀螺儀數(shù)值的簡(jiǎn)單例子。39。 互補(bǔ)濾波器設(shè)計(jì) 圖 24 互補(bǔ)濾波示意圖 為了準(zhǔn)確融合加速度、地磁、角速度三個(gè)傳感器的結(jié)果，我們需要使用互補(bǔ)濾波器。使用 DCM 的目的也就是將坐標(biāo)從世界坐標(biāo)系變換到頭部坐標(biāo)系，以便進(jìn)行姿態(tài)計(jì)算。頭部坐標(biāo)系：上面有加計(jì)、陀螺、電子羅盤傳感器，三個(gè)三維向量。 DCM 矩陣 首先，我們需要定義 2 個(gè)坐標(biāo)系： 不過(guò)由于無(wú)論是重力計(jì)還是地磁計(jì)，它的響應(yīng)速度都是較慢的，為了糾正他們的數(shù)據(jù)，還需要使用陀螺儀來(lái)檢測(cè)角速度。 上 海 大 學(xué) 畢 業(yè) 論 文 （設(shè) 計(jì)） 8 第二章 頭部跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 頭部跟蹤作用與原理 在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，如果可以知道用戶頭部的轉(zhuǎn)動(dòng)姿態(tài)，根據(jù)這些信息調(diào)整虛擬現(xiàn)實(shí)中場(chǎng)景聲音的生產(chǎn)，使用戶的獲得更真實(shí)的感受。左右，少于 1176。 圖 12 頭部跟蹤系統(tǒng) 上 海 大 學(xué) 畢 業(yè) 論 文 （設(shè) 計(jì)） 7 人類聽(tīng)覺(jué)在水平面上可以對(duì)聲源做非常準(zhǔn)確的定位，因?yàn)樗矫嫔喜粏螁问且揽繂味鷣?lái)確定位置，而是依靠雙耳的時(shí)間差 ITD、強(qiáng)度差 ILD 來(lái)定位?；诠鈱W(xué)的方式比起捷聯(lián)慣導(dǎo)方式的優(yōu)勢(shì)在于可以檢測(cè)到頭部的 平動(dòng)，而捷聯(lián)慣導(dǎo)方式只可以檢測(cè)到頭部轉(zhuǎn)動(dòng)?；诠饩€追蹤算法的虛擬聽(tīng)覺(jué)采用光線追蹤來(lái)模擬聲音的傳播，通過(guò)計(jì)算可以得到聲音從聲源 經(jīng)過(guò)場(chǎng)景的反射、衍射、折射 到聽(tīng)者的房間 BRIR 響應(yīng)。可以使前后混疊發(fā)生的平均幾率由 28%降低到 7%[1]。 虛擬聲音中的前后混疊現(xiàn)象十分明顯 [1]。 在移動(dòng)平臺(tái)上，音樂(lè)的再現(xiàn)往往是通過(guò)耳機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 三維聲音渲染部分可以連續(xù)播放聲音，房間沖擊響應(yīng)每秒鐘更新一次，聲音方位感明顯。本課題實(shí)現(xiàn)了在虛擬環(huán)境中加入與虛擬場(chǎng)景相對(duì)應(yīng)的三維虛擬聲音，使收聽(tīng)者在虛擬環(huán)境中收聽(tīng)到的聲信號(hào)逼近在真實(shí)環(huán)境聲場(chǎng)中收聽(tīng)到的聲信號(hào)，從而增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的逼真度和沉浸感。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。 頭部跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 在虛擬聽(tīng)覺(jué)的應(yīng)用 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說(shuō)明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 指導(dǎo)教師評(píng)閱書 指導(dǎo)教師評(píng)價(jià)： 一、撰寫（設(shè)計(jì)）過(guò)程 學(xué)生在論文（設(shè)計(jì)）過(guò)程中的治學(xué)態(tài)度、工作精神 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生掌握專業(yè)知識(shí)、技能的扎實(shí)程度 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和專業(yè)技能分析和解決問(wèn)題的能力 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 研究方法的科學(xué)性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計(jì)方案的合理性 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 完成畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）期間的出勤情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量 論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、論文（設(shè)計(jì)）水平 論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問(wèn)題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建議成績(jī)： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級(jí)前的□內(nèi)畫“√”） 指導(dǎo)教師： （簽名） 單位： （蓋章） 年 月 日 評(píng)閱教師評(píng)閱書 評(píng)閱教師評(píng)價(jià)： 一、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量 論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計(jì)）水平 論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問(wèn)題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建議成績(jī)： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級(jí)前的□內(nèi)畫“√”） 評(píng)閱教師： （簽名） 單位： （蓋章） 年 月 日 上 海 大 學(xué) 畢 業(yè) 論 文 （設(shè) 計(jì)） 教研室（或答辯小組）及教學(xué)系意見(jiàn) 教研室（或答辯小組）評(píng)價(jià)： 一、答辯過(guò)程 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的基本要點(diǎn)和見(jiàn)解的敘述情