實時虛擬現實技術(課堂筆記五)

虛擬現實系統的輸入設備

輸入設備用來輸入用戶的動作,使用戶可以駕馭一個虛擬場景,在與虛擬場景進行交互時,利用大量的傳感器來管理用戶的行爲,並將場景中的物體狀態反饋給用戶。
爲了實現人與計算機之間的交互,需要使用特殊的接口把用戶命令輸入給計算機,同時把模擬過程中的反饋信息提供給用戶。根據不同的功能和目的,目前有很多種虛擬現實接口,用來實現不同感覺通道的交互。

跟蹤定位設備

跟蹤定位設備的作用就是及時準確地獲取人的動態位置和方向信息,並將位置和方向信息發送到實現虛擬現實的計算機控制系統中。

工作方式:

  1. 由固定發射器發射信號
  2. 該信號將被附在用戶頭部或身上的傳感器截獲
  3. 傳感器接收到這些信號後進行解碼並送入計算機部件進行處理
  4. 最後確定發射器與接收器之間的相對位置及方位
  5. 數據最後被傳送給三維圖形環境處理系統
  6. 然後被該系統所識別,併發送出相應的執行命令
1.相關性能參數
  • 精度和分辨率
  • 相應時間
  • 魯棒性
  • 整合性
  • 多邊作用
  • 合羣性
  • 其他一些性能指標
電磁波跟蹤器

是一種常見的非接觸式的空間跟蹤器定位器,由一個控件部件、幾個發射器和幾個接收器組成。

工作原理:

  • 發射器產生一個低頻的空間穩定分佈的電磁場
  • 跟蹤對象身上佩戴着若干個接收器在電磁場中運動
  • 接收器切割磁感線完成模擬信號到電信號的轉換
  • 再將其傳給處理器
  • 處理器則根據接收到的信號計算出每個接收器所處的空間方位

優點:

  • 敏感性部依賴於跟蹤方位,不受視線阻擋的限制
  • 體積小
  • 價格便宜
  • 健壯性好

缺點:

  • 延遲較長,容易受金屬物體或其他磁場的影響,導致信號發生畸變
  • 跟蹤精度降低,只能適合用於小範圍的跟蹤工作
超聲波跟蹤器

是一種非接觸式的位置測量設備

工作原理:

  • 由發射器發出高頻超聲波脈衝(頻率20kHz以上)
  • 由接收器計算收到信號的時間差、相位差或聲壓差等,即可確定跟蹤對象的距離和方位

發射器: 由三個揚聲器組成,安裝在一個固定的三腳架上
接收器: 由三個麥克風構成,安裝在一個小三腳架上
三腳架: 可以放置在頭盔顯示器的上面,接收麥克風也可以安在三維鼠標、立體眼睛和其他輸入設備上

優點:

  • 不受環鏡磁場及鐵磁物體的影響
  • 不產生電磁輻射
  • 價格便宜

缺點:

  • 更新率慢
  • 超聲波信號在空氣中的傳播衰減快,影響跟蹤器工作的範圍
  • 發射器和接收器之間要求無阻擋
  • 背景噪聲和其他超聲源也會干擾跟蹤器的信號
光學跟蹤器

是一種非接觸式的位置測量設備,通過使用光學感知來確定對象的實時位置和方向。光學跟蹤器主要包括感光設備(接收器)、光源(發射器)以及用於信號處理的控制器。
工作原理:基於三角測量

優點:

  • 速度快
  • 具有較高的更新率和較低的延遲,適合實時性要求高的場合

缺點:

  • 不能阻擋視線
  • 在小範圍內工作效果好,隨着距離增加,性能會逐漸變差
其他類型跟蹤器
慣性跟蹤器

是通過運動系統內部的推算,不涉及外部環境就可以得到位置信息

人機交互設備

  1. 三維鼠標
  2. 數據手套
  3. 數據衣
  4. 3D攝像機
  5. 3D掃描儀
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