跟踪器

维度

维度，又称维数，是数学中独立参数的数目。

0维是一点，没有长度；1维是线，只有长度；2维是一个平面，是由长度和宽度（或曲线）形成面积；3维是2维加上高度形成体积面；4维分为时间上和空间上的4维。

三维既是坐标轴的三个轴，即x轴、y轴、z轴，其中x表示左右空间，y表示上下空间，z 表示前后空间，这样就形成了人的视觉立体感

六自由度（定义：物体在空间具有六个自由度，即沿x，y，z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度。因此，要完全确定物体的位置，就必须消除者六个自由度原理：六自由度运动平台是由六支作动筒，上下各六支万向铰链和上下两个平台组成，下平台固定在基础上，借助六支作动筒的伸缩运动，完成平台在空间六个自由度（x，y，z，阿尔法贝塔gama）的运动，从而可以模拟出各种空间运动姿态）平移：物体可以上下，左右运动；

旋转: 物体可以围绕任何一个坐标轴旋转。

6个自由度（DOF):

三个平移自由度:

用于描述三维对象的X、Y、Z坐标值，

三个旋转自由度:

俯仰角（Pitch）、横滚角（Roll）及航向角（Yaw）

因此虚拟现实是六度，而非三维动画的三度。

机械跟踪器

工作原理：是通过机械连杆装置上的参考点与被测物体相接触的方法来检测其位置的变化。

优点：精确而响应时间短，不受声、光、电磁波等外界的干扰。

缺点：比较笨重，不灵活而且有一定的惯性；由于机械连接的限制，对用户有一定的机械束缚，所以不可能应用到较大的工作空间；而且在不大的工作空间中还有一块中心地带是不能进入的（机械系统的死角）；几个用户同时工作时也会相互产生影响。

电磁波跟踪器

工作原理：利用磁场的强度来进行位置和方向跟踪。由发射器发射电磁场，接收器接收到这个电磁场后，转换成电信号，并将此信号送到控制部件，控制部件经过计算后，得出跟踪目标的数据。多个信号综合后可得到被跟踪物体的6 自由度数据。

优点：其敏感性不依赖于跟踪方位，基本不受视线阻挡的限制，体积小、价格便宜，因此对于手部的跟踪大都采用此类跟踪器。

缺点：其延迟较长，跟踪范围小，且容易受环境中大的金属物体或其他磁场的影响，从而导致信号发生畸变，跟踪精度降低。

光学式跟踪器

光学跟踪器使用的主要有三种技术：

标志系统

模式识别系统

激光测距系统

工作原理：采用摄像装置或光敏器接收具有一定几何分布的光源所发出的光，通过接收的图像及光源和传感器的空间位置来计算运动物体的6个自由度信息。

优点：虽然受视线阻挡的限制且工作范围较小，但其数据处理速度、响应性都非常好，因而较适用于头部活动范围相当受限而要求具有较高刷新频率和精确率的实时应用。

缺点：需要与被追踪物体保持在无障碍的视线之中，很多光学追踪器需要校准。大范围空间内设立动作捕捉系统很复杂繁琐，很多追踪器都需要同步器或者外部的运算，重叠区域的空间被浪费了。

超声波跟踪器

工作原理：发射器发出高频超声波脉冲(频率20KHz以上)，由接收器计算收到信号的时间差、相位差或声压差等，即可确定跟踪对象的距离和方位。

按测量方法的不同，超声波跟踪定位技术可分为：

飞行时间测量法（Time Of Flight，TOF）

相位相干测量法（Phase Coherent，PC）

优点：不受环境磁场及铁磁物体的影响，同时不产生电磁辐射、价格便宜。

缺点：跟踪范围有限、受环境声场干扰、与空气湿度有关并且要求发射器与接收器之间不能有物体遮挡

惯性位置跟踪器

工作原理：利用小型陀螺仪测量对象在其倾角、偏角和转角方面的数据。利用陀螺测量三个转动自由度的角度变化，利用加速度计测量三个平动自由度的位移。通过盲推的方法得出被跟踪物体的位置，它不是一个6自由度的设备，完全通过运动系统内部的推算而绝不通过外部环境得到位置信息，只适合于不需要位置信息的场合。

优点：不存在发射源、不怕遮挡、没有外界干扰，有无限大的工作空间。

缺点：快速积累误差。它体积大，价格昂贵，由于角度和距离的测量分别通过对陀螺和加速度计的一次和两次积分得到，系统误差会随着时间积累。

图像提取跟踪器

一般是由一组摄像机拍摄人及其动作，然后通过图像处理技术的运算和分析来确定人的位置及动作，这种方法最大的特点是对用户没有约束，也不像磁跟踪系统一样受附近的磁场或金属物质的影响，因而在使用上非常方便。

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