三维空间定位及交互操作
人机交互课件第3章 交互设备3
3.3.1 三维空间定位设备
Logitech 公司的 Magellan 3D Controller，它可提 供x,y,z,a,b,c 六个自 由度，并附有九个 按钮。
Magellan 的外观设计充分考虑了功效学的原 则，用户长时间操作不容易感到疲劳，用户只 要轻轻搓动其上的盖帽便可在屏幕上平移和旋 转三维物体，松手后盖帽会自动恢复到初始位 置。
空间跟踪定位器的主要的性能指标：
定位精度：指传感器所测出的位置与实际位置的差异 位置修改速率：指传感器在一秒钟内所能完成的测量 次数 延时：指被检测物体的某个动作与传感器测出该动作 时间的间隔
需要解决的关键问题
如何减少颤抖、漂移、噪音 在虚拟现实技术中广泛使用的传感器类型： 低频磁场式：在虚拟现实环境中，这种传感器常被用 来安装在数据手套和头盔显示器上。 超声式：
三维交互设备最基本的特点是具有六个自 由度。常见的三维输入设备主要有以下几 种：
1.空间跟踪定位器 2. 数据手套（Data Glove） 3.三维鼠标 4.触觉和力反馈器
3.3.1 三维空间定位设备
1.空间跟踪定位器
空间跟踪定位器或称三维空间传感器（如图3-18）是 一种能实时地检测物体空间运动的装置，可以得到物 体在六个自由度上相对于某个固定物体的位移，包括： X 、 Y 、 Z 坐标上的位置值，以及围绕 X 、 Y 、 Z 轴的 旋转值（转动，俯仰、摇摆）。 这种三维空间传感器对被检测的物体必须是无干扰的， 也就是说，不论这种传感器是基于何种原理或使用何 种技术，它都不应当影响被测物体的运动，因而称为 “非接触式传感器”。
头盔分单通道和双通道两种:
单通道的头盔显示器上装有一个液晶显示器并显示同 一幅图像； 双通道的头盔显示器上装有两个液晶显示器，左边的 液晶屏显示来自主控计算机生成的左眼图像，右边的 液晶显示屏显示来自主控计算机生成的右眼图像，每 一幅的图像的显示刷新速度都在60Hz以上，两幅图像 在两个液晶屏之间快速切换显示，根据立体成像原理， 观察者就可以看到立体图像
三d定位方案
三d定位方案三D定位方案引言三维定位是指通过利用传感器和算法，将目标物体在三维空间中准确地定位的技术。
它在许多领域中被广泛应用，如机器人导航、增强现实、虚拟现实等。
本文将介绍几种常见的三维定位方案，包括基于视觉的方法、基于无线信号的方法以及基于惯性传感器的方法。
基于视觉的三维定位基于视觉的三维定位是最常见和直观的方法之一。
它通过利用摄像头或其他视觉传感器获取目标物体的图像或视频，并通过计算机视觉算法分析和处理数据，从而实现对目标物体在三维空间中的定位。
这种方法的优点是成本相对较低，设备易于获取，且精度高。
常用的计算机视觉算法包括特征点匹配、结构光扫描和立体视觉等。
特征点匹配特征点匹配是一种常见的三维定位方法，它通过在目标物体上检测并匹配出一些关键特征点，然后利用这些特征点在相机坐标系和目标坐标系之间建立映射关系，从而实现对目标物体的定位。
这种方法的优势在于对目标物体的要求比较低，不需要任何标记或特殊设备，但在复杂背景下，特征点识别和匹配的精度可能会受到影响。
结构光扫描结构光扫描是一种利用一台或多台摄像头和激光投影仪进行三维定位的方法。
它通过投射特殊的纹理或光线模式到目标物体上，再根据摄像头捕获的图像和激光投影仪发射的光线，计算出目标物体在空间中的位置。
结构光扫描具有高精度和稳定性的优点，但设备成本相对较高。
立体视觉立体视觉是利用两个或多个摄像头对目标物体进行观测和分析的方法。
通过获取多视角的图像或视频，并进行图像处理和计算几何学变换，可以得到目标物体在三维空间中的位置和姿态。
立体视觉在机器人导航和增强现实等领域中被广泛应用，但由于需要使用多个摄像头，设备成本和复杂度较高。
基于无线信号的三维定位基于无线信号的三维定位是利用无线信号的传播特性对目标物体进行定位的方法。
它通过测量接收到的无线信号的信号强度、到达时间或多径效应等参数，利用数学模型计算并推断目标物体在三维空间中的位置。
常见的基于无线信号的三维定位技术包括无线电频率辐射（RFID）、蓝牙定位和超宽带定位等。
人机交互技术_04
虚拟现实技术
虚拟现实( 虚拟现实(Virtual Reality)又称虚拟环境. )又称虚拟环境.
在其中,人是主动参与者, 在其中,人是主动参与者,复杂系统中可能有许 多参与者共同在以计算机网络系统为基础的虚拟 环境中协同工作. 环境中协同工作. 虚拟现实系统具有三个重要特点: 虚拟现实系统具有三个重要特点:
用
常用操作要有快捷方式 一般原则: 一般原则: 提供简单的错误处理 户 窗口,图标 眼 颜色的使用 对操作人员的重要操作要有信息反馈 操作可逆 菜单,文本 图标,按钮, 设计良好的联机帮助 图标,按钮,屏幕布局的设计 合理划分并高效地使用显示屏 菜单界面的设计 保证信息显示方式与数据输入方式的协调一致
多通道用户界面
多通道用户界面的基本特点: 多通道用户界面的基本特点:
使用多个感觉和效应通道 允许非精确的交互 侧重于多媒体 侧重于交互过程中 人的感觉和效应通道通常具有 三维和直接操纵 信息的接受 控制与信息的输入 允许使用模糊的表达手段可以 双向性的特点, 双向性的特点,如视觉可看可 人生活在三维空间,习惯于看,听和操纵三维的客观对象, 人生活在三维空间,习惯于看,听和操纵三维的客观对象, 避免不必要的认识负荷, 避免不必要的认识负荷,有利 注视,手可控制,可触及等. 注视,手可控制,可触及等. 并希望及时看到这种控制的结果. 并希望及时看到这种控制的结果.多通道人机交互的自然性 于提高交互活动的自然性和高 两者密不可分,相互配合, 两者密不可分,相互配合, 多通道用户界面使用户避免通 反应了这种本质特点. 反应了这种本质特点. ,协作 效性.道切换, 必须允许充分地并行, 效性.道切换 必须允许充分地并行 ,从而提高自然性和效 的通道配合关系. 的通道配合关系. . 交互的双向性多通道人机交互技术主张以充 率 分性代替精确性. 分性代替精确性. 交互的隐含性
mapv-three 用法 -回复
mapv-three 用法-回复Mapv三维地图是一种基于WebGL技术的交互式三维地图展示和空间分析工具，主要用于展示地理信息数据、快速构建地图场景以及进行空间分析和可视化。
本文将详细介绍Mapv三维地图的基本用法，帮助读者逐步了解和掌握该工具的使用。
Mapv三维地图的基本用法可以分为以下几个步骤：1. 数据准备与导入在开始使用Mapv三维地图之前，首先需要准备和导入地理信息数据。
Mapv支持多种数据格式，如GeoJSON、CSV和Excel等。
用户可以根据自己的数据格式选择相应的导入方式。
2. 地图场景构建在导入数据后，需要构建地图场景以展示地理信息数据。
Mapv提供了丰富的地图展示样式和交互功能，包括地图标注、线条、面状图层等。
用户可以根据自己的需求选择合适的图层样式，并进行相应的配置和设置。
3. 数据可视化与分析一旦地图场景构建完成，用户可以利用Mapv提供的数据可视化和空间分析功能对地理信息数据进行展示和分析。
Mapv支持丰富的数据可视化效果，如热力图、点聚合、等值线等。
用户可以根据需要选择合适的图层效果，并进行相应的参数调整和设置。
4. 交互式操作与导出Mapv三维地图支持丰富的交互式操作功能，如拖拽、缩放、旋转、选择等。
用户可以通过这些操作与地图交互，查看具体位置的信息或者进行特定区域的放大和筛选。
同时，用户还可以将展示和分析结果导出为图片或者交互式Web应用，以便于与他人分享和使用。
以上就是Mapv三维地图的基本使用流程。
通过按照上述步骤进行操作，用户可以较为方便地构建和展示地理信息数据，并利用Mapv提供的分析工具进行空间分析和可视化。
同时，Mapv还具有其他高级功能，如数据编辑、数据联动、3D建模等，进一步满足用户在地理信息领域的需求。
总之，Mapv三维地图是一款功能强大、操作简便的WebGIS工具，可广泛应用于地理信息数据的展示与分析。
在实际使用中，用户可以根据自己的具体需求，学习和掌握Mapv的进阶用法，并利用其提供的丰富功能进行更加复杂和深入的地理信息应用。
三坐标操作方法你还不会吗快快收藏
定义与原理定义三坐标测量机（CMM）是一种基于坐标测量原理的高精度测量设备，用于对三维空间内的几何元素进行精确测量。
原理通过测头在三个互相垂直的导轨上移动，感应被测物体表面的点，经过数据处理得到被测点的坐标值。
通过对比被测点与设计模型或标准值的差异，实现对被测物体尺寸、形状和位置的精确测量。
结构三坐标测量机主要由机座、导轨、测头、控制系统和数据处理系统等组成。
控制系统控制测头的移动和数据采集，通常由计算机和伺服驱动系统组成。
导轨实现测头在三个方向上的移动，通常采用高精度直线导轨或气浮导轨。
机座提供稳定的支撑基础，保证测量精度。
测头与被测物体表面接触，感应表面点的坐标值，通常配备有多种不同形状和尺寸的测针以适应不同测量需求。
数据处理系统对采集的数据进行处理和分析，输出测量结果和报告。
结构与组成其他领域如电子、医疗器械、能源等领域中的高精度测量需求。
对模具的型面、尺寸等进行精确测量，提高模具制造精度和生产效率。
航空航天对飞机、火箭等复杂结构进行高精度测量，确保飞行安全和性能要求。
机械制造用于零部件的尺寸、形状和位置精度检测，确保产品质量。
汽车工业对发动机、车身等关键部件进行精确测量，保证汽车性能和安全性。
应用领域0102接通电源，打开气源，启动计算机和测量软件，最后打开控制器和测头。
关闭测头和控制器，退出测量软件，关闭计算机，断开气源和电源。
开机步骤关机步骤开机与关机图形窗口显示三维模型和测量数据，可以进行缩放、旋转和平移等操作。
菜单栏包含文件、编辑、视图、工具、窗口和帮助等菜单，提供软件的基本功能和操作。
工具栏提供常用命令的快捷按钮，如新建、打开、保存、打印等。
属性窗口显示当前选中对象的属性信息，如名称、类型、坐标等。
状态栏显示当前操作状态和提示信息。
软件界面介绍01020304选择菜单栏中的“文件”->“新建”命令，创建一个新的测量文件。
新建文件选择菜单栏中的“文件”->“打开”命令，打开一个已有的测量文件。
室内外一体化三维数字空间智能构建关键技术及应用
室内外一体化三维数字空间智能构建关键技术及应用室内外一体化三维数字空间智能构建是指将室内和室外环境结合起来构建一个统一的三维数字化空间，它涵盖了室内和室外空间的建模、识别、定位、导航、交互等技术。
这种技术的出现，使得人们可以在虚拟环境中进行真实感的室内外体验，对于设计、建筑、旅游、教育等领域具有广泛的应用前景。
室内外一体化三维数字空间智能构建的关键技术主要包括以下几个方面：1.空间感知技术：室内外空间的感知是构建三维数字空间的基础。
通过使用传感器、摄像头、激光扫描仪等设备，可以对室内外环境进行感知，并将获取到的数据进行处理，得到相应的建模信息。
例如，利用RGB-D摄像头可以获取室内环境的深度信息，从而得到室内场景的三维模型。
2.建模与重建技术：建模是室内外一体化三维数字空间智能构建的核心技术之一。
通过将传感器采集的数据进行处理，可以生成室内外环境的三维模型。
例如，利用激光扫描仪可以快速获取室内外环境的点云数据，然后通过点云配准和点云重建算法，可以得到高精度的室内外模型。
3.语义理解与识别技术：室内外环境中的物体和场景往往具有丰富的语义信息。
通过使用计算机视觉和机器学习等技术，可以对室内外环境中的物体和场景进行自动识别和理解。
例如，通过使用深度神经网络可以实现对室内物体的自动识别，从而达到室内智能化管理的目的。
4.室内外定位与导航技术：室内外定位是实现室内外一体化的关键技术之一。
通过使用自主导航技术和地标识别技术，可以实现在室内外环境中的定位和导航。
例如，利用室内外地标的特征，可以实现手机的室内导航，帮助用户快速准确地找到目的地。
室内外一体化三维数字空间智能构建技术在各个领域有着广泛的应用前景。
下面以设计、建筑、旅游和教育为例，具体介绍其应用情况：1.设计领域：室内外一体化三维数字空间智能构建技术可以帮助设计师在虚拟环境中进行室内外空间的设计和模拟。
通过在模型中添加虚拟家具和装饰物，设计师可以更加直观地看到设计效果，并对设计进行调整和优化。
三维平移教案：掌握三维平移的技巧和操作方法
三维平移是计算机图形学中非常重要的一个技术，它可以用来移动 3D 模型或场景中的物体，从而实现动画效果或者交互操作。
在计算机游戏、虚拟现实、影视特效等领域中，三维平移技术应用广泛，因此掌握三维平移的技巧和操作方法对于从事这些领域的人员来说非常重要。
本文将介绍三维平移的基本概念、操作方法以及注意事项，以帮助读者快速掌握这一技术。
一、基本概念在三维坐标系中，每个点都有三个坐标轴分别表示其在 X、Y、Z 轴方向上的位置，常用的表示方式是(x, y, z)。
三维平移指的是在三个方向上同时移动一个或多个点，从而改变它们的位置。
通常，我们使用一个向量(vx, vy, vz)表示平移的距离和方向，它可以表示为：T = (vx, vy, vz)三维平移可以看做是对坐标系的平移，也可以看做是对物体的平移。
对于坐标系的平移，它的作用是改变参考系的原点，对于物体的平移，它的作用是改变物体在坐标系中的位置。
二、操作方法在计算机图形学中，三维平移常用于实现交互式操作，比如移动、旋转、缩放等。
下面介绍几种常用的三维平移方法。
1、平移整个物体平移整个物体的方法最简单，只需要将物体的所有点都沿着同一个方向移动相同的距离即可。
假设所有点的初始坐标为(x0, y0, z0)，平移距离为(vx, vy, vz)，则所有点的新坐标可以计算如下：xi = x0 + vxyi = y0 + vyzi = z0 + vz这个计算方法非常简单，可以使用循环结构批量计算所有点的新坐标。
2、平移局部物体如果只需要对物体的局部区域进行平移，就需要选择相应的点集进行计算。
首先要确定需要移动的点集的范围和数量，然后再对每个点进行平移计算。
这个方法在处理多个物体时非常有用，可以只对需要平移的物体进行计算，不影响其他物体。
3、相对坐标平移在某些情况下，我们需要对物体的局部区域进行平移，而不是整个物体。
这时候就需要使用相对坐标平移的方法。
相对坐标平移指的是在局部坐标系中进行平移，然后再将结果转换到全局坐标系中。
二维三维交互式
二维和三维交互式是指将二维和三维图形或模型结合在一起，通过交互式的方式展示和操作数据。
这种方式通常用于数据可视化、虚拟现实、游戏开发等领域。
二维交互式是指用户可以在二维平面上进行交互操作，例如在地图上移动、缩放、旋转等操作。
三维交互式则是指用户可以在三维空间中进行交互操作，例如在虚拟现实中自由移动、旋转、缩放等操作。
二维和三维交互式结合可以将二维和三维图形或模型进行叠加，通过交互式的方式展示和操作数据。
例如，在地理信息系统（GIS）中，二维地图和三维地形模型可以结合在一起，用户可以在地图上移动、缩放、旋转等操作，同时也可以在三维地形模型中进行旋转、缩放等操作。
这种交互式的方式可以帮助用户更好地理解数据，提高决策效率。
二维和三维交互式需要使用专业的软件和技术来实现，例如OpenGL、DirectX等图形库，以及JavaScript、Python等编程语言。
此外，还需要了解一定的计算机图形学和数学基础知识，以便更好地实现二维和三维交互式的效果。
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三维空间交互
• 三维交互：三维交互技术指在计算机中创建产品的三维模 型，然后通过交互设计软件设定交互程序，使用户可以通 过鼠标等交互设备实施人机交互的新兴技术。 • 相关设备及工具：浮动鼠标，数据手套，力反馈装置，以 及三维widgets，三维激光扫描仪等。
结语
• 以后的人机交互,虽然以WIMP为代表的图形用户界面依然 存在，人机交互将多样化的特点，网络和计算将进入家庭 和生活，人们将可以利用更简单的自然方式进行交互，而 以不可见，可移动的普适计算，以三维，沉浸为特征的三 维交互，以及自然，高效，无障碍的多通道交互将成为以 后的主流。 • 未来计算机的应用趋势：以虚拟现实为代表的计算机系统 的拟人化和以掌上电脑为代表的计算机的微型化和随身化， 嵌入化。其核心就是“基于用户的设计”，简单的说就是 一个从人适应计算机的时代发展到计算机适应人的时代。
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• 浮动鼠标：类似于计算机鼠标，但离开桌面后就成为一个 6自由度探测器，其内部装有电磁探测器。 • 三维widgets：widgets，就是小工具的意思，这种交互方 式就是通过三维画面中的一些小工具来对对象进行操作， 这些工具包括漂浮的菜单，用于点取物体的手形图标等。 • 三维激光扫描仪：它通过高速激光扫描测量的方法，大面 积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据。可 以快速、大量的采集空间点位信息，为快速建立物体的三 维影像模型提供了一种全新的技术手段。由于其具有快速 性，不接触性，穿透性，实时、动态、主动性，高密度、 高精度，数字化、自动化等特性，其应用推广很有可能会 像GPS一样引起测量技术的又一次革命。
• 若已知节点的坐标为 （X1,Y1）,(X2,Y2), (X3,Y3),距离为 d1,d2,d3,利用右边的 公式即可求出未知点 的坐标（X,Y）
CHAN定位算法
• 该算法的主要思想是两次使用加权最小二乘法(WLS)得到初始解,利用初始解 将非线性定位方程组线性化,最终得到位置估计。该定位算法是以移动台作为 圆心,移动台(MS)到基站(BS)的距离作为半径得到一个圆,三圆相交即可确定 MS的位置。Chan算法是一种基于TDOA技术、具有解析表达式解的定位算法， 在TDOA误差服从理想高斯分布时性能良好。当基站数为3时，该算法表现一 般。一般该算法的推导过程都是基于TDOA误差较小且为零均值高斯随机变 量这个前提，对于实际信道环境中误差较大的TDOA测量值，该算法的性能 将会显著下降。当基站能测到比较精确的AOA值时，利用TDOA/AOA混合定 位能进一步提高定位精度。 在众多基于TDOA 的定位算法中，Chan氏算法得到了广泛的应用。这主要是 因为该算法具备三大优势：①算法不需要初值；②仅进行两次迭代就可求得 最终结果；③算法的定位精度在视距环境下能够达到克拉美罗下限。可见， Chan氏定位算法是一种相当实用的方法，适合实际工程。 该算法的特点是计算量小，在噪声服从高斯分布的环境下，定位精度高。但 在非视距(NLOS)环境下，chan氏算法的定位精度下降。
基于无线传感器的三维空间定位
• 该方法主要是采用基于 RSSI （接收信号强度）的测距技 术，结合参考节点的坐标，从平面定位推广至三维立体空 间定位，通过 CC2431 无线传感器网络平台，在 Zig Bee 2006 协议的基础上，实现了三维立体空间的定位。 • 具体方法为：先选取3个参考节点以及一个未知的定位节 点，这4个节点组成一个立体的三维空间定位系统，已知3 个参考节点的坐标以及他们到未知的定位节点之间的距离 即可根据公式求出未知节点的坐标，从而完成定位。该方 法也称三边测量法。
三维空间的定位及交互操作
• • • • 三维空间定位的基本原理 三维空间定位的主要算法 三维空间交互的主要过程 三维空间交互的常见硬件
三维空间定位的基本原理及算法
• 我们知道，三维空间，也称为三次元、3D，日常生活中 可指由长、宽、高三个维度所构成的空间。而虚拟现实就 是用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者 关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历 其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。 那么。怎样在虚拟的三维空间里面确定某个点的位置呢？ 目前我所知道的算法有：三边测量法，基于TOA的算法， 基于TDOA的算法，基于AOA的算法等。
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三维空间踪定位器
• 三维空间跟踪定位器或叫三维空间传感器是一种能实时地检测活动着的物体在六个自由度上相对于 某个固定物体的数值，即在X、Y、Z坐标上的位置值，以及围绕X、Y、Z轴的旋转值。这种三维空 间传感器对被检测的物体必须是无干扰的，也就是说，不论这种传感器是基于何种原理和应用何种 技术，它都不应影响被测物体的运动，即俗称为：“非接触式传感器”。在虚拟现实技术中广泛使 用的是低频磁场式和超声式传感器。 低频磁场式传感器的低频磁场是由该中传感器的磁场发射器产 生的，该发射器有三个正交的天线组成，在接受器内也安装一个正交天线，它被安装在远处的运动 物体上，根据接受器所接受到的磁场，可以计算出接受器相对于发射器的位置和方向，并通过通信 电缆把数据传送给主计算机。因此，计算机能间接的跟踪运动物体相对于反射器的位置和方向。在 虚拟现实环境中，这种传感器常被用来安装在数据手套和头盔显示器上。 与低频磁场式传感器相似，超声波式传感器也由发射器、接受器、和电子部件组成。发射器是由三 个三个相距约30厘米的超声扩音器所构成，接受器是有三个相距较近的话筒构成。周期性的刺激每 个超声扩音器，由于在室温条件下的声波传送速度是已知的，根据三个超声话筒所接受到的三个超 声扩音器周期性的发出的超声波，就可以计算出安装超声话筒的平台相对于安装超声扩音器的平台 的位置和方向。 在作用范围较大的情况下，低频磁场十传感器比超声波式传感器有较明显的优点。但当在作用范围 内存在磁铁性的物体时，低频磁场式的传感器的精度明显降低。