三维位置跟踪器
虚拟设计简述(课程论文)
摘要：虚拟设计是利用计算机应用技术在计算机中构造成创建一个虚拟的、数字化的产品数字样机，代替部分或全部的物理样机，利用数字样机来完成初期设计阶段需通过物理样机完成的各项试验的虚拟考核。
基于虚拟现实技术对产品进行不投入实物生产前的各项模拟现实测试，仿真模拟，以保证产品在初期设计阶段的一次成功率。
虚拟设计在制造业应用前景很广，它所创建的数字样品拥有和物理样品相同的特性，而由于数字化使得修改，分析，优化更容易实现，以及与各元素之间的交互性使产品设计更能适应具体要求，节约成本，能实现敏捷制造，以及并行工程。
虚拟设计符合绿色设计的要求，是可持续发展以及高科技技术发展的必然趋势。
关键词：虚拟设计；数字化；虚拟现实技术；仿真模拟；交互性1虚拟设计的内容及产生背景虚拟设计（virtual design）是以计算机辅助设计为基础，利用虚拟现实技术发展而来的一种新的设计手段。
虚拟设计涉及众多学科和专业知识,广泛应用于企业的生产与制造之中。
本质上讲,虚拟设计是将产品从概念设计到投入使用的全过程(产品的生命周期)在计算机上构造的虚拟环境中虚拟地实现,其目标不仅是对产品的物质形态和制造过程进行模拟和可视化,而是对产品的性能,行为和功能以及在产品实现的各个阶段中的实施方案进行预测、评价和优化。
它是产品开发的测试床。
虚拟设计是20世纪90年代发展起来的一个新的研究领域，它是计算机图形学、人工智能、计算机网络、信息处理、机械设计与制造等技术综合发展的产物。
虚拟设计产生的背景是基于第三次计算机为代表的信息技术革命的发生，计算机技术的发展为其创造条件。
而且在世界范围内新的发展理念可持续发展的提出为探索新的设计方法诞生指明了方向。
由于虚拟设计主张设计将从有形设计向无形设计转变,从物质设计向非物质设计转变,从实物产品的设计向虚拟产品的设计转变,这一主张对环境与可持续发展是非常有利的，进而对其产生发展起来推动作用。
2虚拟设计的特征2.1虚拟现实(Virtual Reality简称VR)技术虚拟设计最根本特征是利用了虚拟现实技术。
OUC虚拟现实复习资料整理
分布式虚拟现实和网游的区别分布式虚拟现实系统的特征①共享的虚拟工作空间；②伪实体的行为真实感；③支持实时交互，共享时钟；④多个用户以多种方式相互通信；⑤资源信息共享以及允许用户自然操作环境中对象。
网络游戏中一般不具备③④⑤这几点特征。
网络游戏一般不具备交互性，一般只加入了视觉和声音，对于触觉元素往往没有加入，这也是网游和虚拟现实的重要区别。
三维虚拟声音和立体声音的区别三维虚拟声音的特征1．全向三维定位特性：在三维虚拟空间中把实际声音信号定位到特定虚拟专用源的能力。
2．三维实时跟踪特性：在三维虚拟空间中实时跟踪虚拟声源位置变化或景像变化的能力。
3．沉浸感与交互性：产生身临其境的感觉。
立体声是指具有立体感的声音。
它是一个几何概念，指在三维空间中占有位置的事物。
因为声源有确定的空间位置，声音有确定的方向来源，人们的听觉有辨别声源方位的能力。
特别是有多个声源同时发声时，人们可以凭听觉感知各个声源在空间的位置分布状况。
从这个意义上讲，自然界所发出的一切声音都是立体声。
如雷声火车声枪炮声风声雨声等等......当我们直接听到这些立体空间中的声音时，除了能感受到声音的响度、音调和音色外，还能感受到它们的方位和层次。
这种人们直接听到的具有方位层次等空间分布特性的声音，称为自然界中的立体声。
区别：三维虚拟声音在虚拟场景中的能使用户准确地判断出声源精确位置、符合人们在真实境界中听觉方式的声音系统，但是立体声音却做不到这一点。
虚拟现实复习资料第一章虚拟现实的定义："Virtual Reality"（虚拟现实）或"Virtual Environment"（虚拟环境）是人工构造的，用计算机实时生成（模拟）的能给人视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉等多种感官刺激的实时人机交互系统，存在于计算机内部的环境。
用户应该能够以自然的方式与这个环境交互（包括感知环境并干预环境），从而产生置身于相应的真实环境中的虚幻感，沉浸感，身临其境的感觉。
虚拟现实技术65课件.pptx
虚拟现实硬件基础
立体显示器不需借助外部设备和编程开发技术，只要有三维模型，就可以实现三维模型的立体显示。
虚拟现实硬件基础
虚拟环境的听觉通道听觉环境系统的组成语音与音响合成设备 识别设备 声源定位设备 人类进行声音的定位依据两个要素：两耳时间差(Interaural Time Differences，简称ITD)两耳强度差(Interaural Intensity Differences，简称IID)。
虚拟现实系统的分类
虚拟现实系统的分类叠加式：叠加式虚拟现实系统允许用户对现实世界进行观察的同时，虚拟图像叠加在被观察点(即现实世界)之上。叠加式虚拟现实系统又称为“补充现实系统”或者“扩大的现实系统”(Augmented Reality，A11)。
虚拟现实系统的分类
虚拟现实系统的分类分布式虚拟现实系统(DVR)是一种基于网络的虚拟现实系统，它可使一组虚拟环境连成网络，使其能在虚拟域内交互，同时在交互过程中意识到彼此的存在，每个用户是虚拟环境中的一个化身(Avatar)。它的基础是网络技术、实时图像压缩技术等，它的关键是分布交互仿真协议，必须保证各个用户在任意时刻的虚拟环境视图是一致的，而且协议还必须支持用户规模的可伸缩性，常用的分布式协议是DIS和HLA。分布式VR技术主要运用于远程虚拟会议，虚拟医院，虚实(Artificial Reality，简称AR) ：与VR相类似的一个概念，它是可以更方便地与用可视化技术建立的三维空间中的物体进行交互的技术。这个空间是人造的，但是物体的控制方法就像物体在现实空间中一样，所以就称为人工现实。例如，可用AR技术来漫游用可视化技术建立的大脑结构。遥现技术(Telepresence)，它是一种基于VR的遥控制、遥操作或遥显示技术。
虚拟现实的研究现状
orb_slam2的工作流程 -回复
orb_slam2的工作流程-回复ORB-SLAM2是一种基于视觉的稀疏实时单目SLAM系统，它能够在没有GPS或其他传感器辅助下，通过分析单目相机图像来建立和跟踪三维地图，并定位相机的位置。
在本文中，我们将详细介绍ORB-SLAM2的工作流程，从图像输入到位置跟踪的过程。
以下是ORB-SLAM2的工作流程的一步一步解析：1. 图像输入和预处理：ORB-SLAM2的第一个步骤是获取单目相机的图像，并对其进行预处理。
预处理阶段包括去畸变操作，通过相机的参数模型将图像中的畸变移除，以获得准确的图像展现。
然后，对图像进行灰度化处理，将其转换为灰度图像，以减少计算复杂性并提高算法的稳健性。
2. 特征提取与描述子计算：在这一阶段，ORB-SLAM2算法使用特征点检测算法（例如FAST角点检测器）来提取图像中的特征点。
然后，为每个特征点计算描述子，描述子是一种用于表示特征的紧凑向量。
3. 初始化：初始化是ORB-SLAM2中的一个重要步骤，它用于在开始时建立初始地图并初始化相机的位姿。
ORB-SLAM2使用RANSAC （Random Sample Consensus）算法来估计图像间的基本矩阵，并从中恢复出初始的相机位姿。
在初始化阶段，系统还会创建一个关键帧，作为初始地图中的第一个关键帧。
4. 跟踪：跟踪阶段是ORB-SLAM2系统的核心部分。
在此阶段，系统使用当前帧与先前关键帧之间的特征匹配，通过求解一个最小化重投影误差的优化问题，来估计相机的当前位姿。
该优化问题使用了惯性测量单元（IMU）提供的姿态预测来提高位姿估计的精度和鲁棒性。
5. 局部地图更新：在系统的跟踪过程中，ORB-SLAM2会根据新的关键帧与局部地图中存储的关键帧之间的特征匹配来更新地图。
这个过程被称为局部地图更新，它的目标是通过匹配来自不同帧的特征点，计算三维地图点的位置，并进行优化以提高地图的精确性。
6. 闭环检测：闭环检测是一项关键任务，它用于识别并纠正系统中的回环（loop closure）情况，即相机经过较长时间后又回到了过去访问过的地方。
三维扫描测头精确跟踪的摄影测量方法
三维扫描测头精确跟踪的摄影测量方法刘虹;王文祥;李维诗【摘要】For the traditional 3D robot scanners,the measuring precision is dependent on the positioning precision of the robot,and it is difficcult to achieve high measuring precision.A photogrammetric method was proposed to track and position the 3D scanning probe accurately.First,a probe tracking system consisting of multiple industrial cameras was set up,and coded markers were pasted on the probe.Then,the camera was calibrated with high precision and interior and exterior parameters of the camera were obtained.Second,all cameras were synchronized,the markers in the image were matched according to the coding principle,and the projection matrix was obtained.Finally,the 3D coordinates of the markers in space were computed to track and position the probe.The experimental results show that the mean error of the marker position is 0.293 mm,the average angle error is 0.136°,and the accuracy of the algorithm is within reasonable range.The photogrammetric method can improve the positioning precision of the probe,so as to achieve high precision measurement.%针对传统三维扫描测量机器人依赖于机器人的定位精度从而难以实现高精度测量的问题,提出了一种三维扫描测头精确跟踪定位的摄影测量方法.首先,搭建由多个工业摄像机构成的测头跟踪系统,并在机器人的扫描测头上粘贴编码标志点;然后,对摄像机进行高精度标定,求解出摄像机内外参数;其次,多摄像机同步采样,对图像中的标志点依据编码原理进行匹配,并求出投影矩阵;最终,求解出编码标志点在空间中的三维坐标,实现三维扫描测头的跟踪定位.实验结果表明,标志点定位在距离上的平均误差为0.293 mm,在角度上的平均误差为0.136°,算法精度在合理范围之内.采用该摄影测量方法可以提高扫描测头的定位精度,从而实现高精度测量.【期刊名称】《计算机应用》【年(卷),期】2017(037)007【总页数】5页(P2057-2061)【关键词】工业机器人;三维扫描测头;编码标志点;摄影测量;跟踪【作者】刘虹;王文祥;李维诗【作者单位】合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,合肥230009;合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,合肥230009;合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,合肥230009【正文语种】中文【中图分类】TP242.6;TP391.413制造业的生产方式正发生着深刻变革，为了降低生产成本、提高生产效率，特别是提高产品质量，工业机器人在工业现场的大规模使用已成为大势所趋。
AE实现物体追踪的技巧
AE实现物体追踪的技巧Adobe After Effects（AE）是一款功能强大的视频编辑软件，它不仅可以进行视频剪辑和特效制作，还可以实现物体追踪。
物体追踪可以让你在视频中动态地添加和修改元素，为你的创意和想法增添更多可能性。
本文将介绍一些AE实现物体追踪的技巧，帮助你更好地运用这个功能。
1. 准备工作在开始物体追踪之前，确保你已经仔细观察视频素材，并选择一个明显可辨的物体作为追踪目标。
这个物体最好是运动较慢、颜色对比度明显、轮廓清晰的物体，这样更有利于追踪效果的准确性。
2. 创建跟踪点打开AE软件，在主界面上选择“合成”-“新建合成”来导入你的视频素材。
接下来，选择“层”-“新建”-“空白对象”，以创建一个跟踪点层。
在该层上，点击右键选择“跟踪”-“运动”，打开AE的追踪器。
3. 运动追踪在追踪器界面中，将视频素材选中并点击“分析”按钮进行运动追踪。
首先，选择一个跟踪点，这个点应该位于你选择的物体上，并且较为稳定。
然后，点击“跟踪”按钮，AE会自动追踪该点在视频中的运动轨迹。
4. 矫正追踪点在追踪器界面中，你可以观察到跟踪点在视频中的运动情况。
如果发现跟踪点的位置出现错误，你可以手动调整跟踪点的位置，直到追踪点准确地跟随着物体的运动。
如果物体有变形或者背景干扰，你还可以在跟踪点属性中调整追踪范围和误差容忍度，以达到更好的追踪效果。
5. 应用追踪数据完成运动追踪后，点击“应用”按钮将追踪数据应用到跟踪点层上。
接下来，你可以在跟踪点层上进行各种操作，比如添加特效、修改位置、插入文本等。
由于追踪数据已经准确记录了物体的运动轨迹，你可以自由地进行编辑而不用担心错位或者不匹配。
6. 添加二维或三维元素利用AE的物体追踪功能，你可以轻松地在视频中添加二维或三维元素。
比如，你可以在追踪点层上添加一个图像，然后通过调整位置和缩放来使其与追踪点对齐。
如果你希望添加三维元素，可以借助AE 的三维摄像机和光影效果，结合物体追踪数据来实现更逼真的效果。
3d目标跟踪综述
3d目标跟踪综述全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：3D目标跟踪是计算机视觉领域的一个重要研究方向，它旨在追踪三维空间中的目标，并实现对目标在空间中的位置动态跟踪。
目标跟踪在现实生活中有着广泛的应用，如自动驾驶、智能监控、增强现实等领域。
随着深度学习、传感技术和计算能力的不断进步，3D目标跟踪技术也取得了长足的发展，并在各个领域展现出了巨大的潜力。
在3D目标跟踪的研究中，一个关键问题是如何从视频序列或传感器数据中提取目标的位置、姿态和运动信息。
传统的2D目标跟踪技术通常只能提取目标在图像平面上的位置信息，而3D目标跟踪则要求获取目标在空间中的三维坐标信息。
为了实现这一目标，研究者们提出了各种不同的算法和方法，包括基于几何信息的方法、基于深度学习的方法、基于传感器融合的方法等。
在基于几何信息的方法中，研究者通常会利用单目或双目摄像头、激光雷达等传感器获取目标的深度信息，并使用几何学原理推断目标的位置和运动状态。
这类方法通常需要较为复杂的计算和较高的传感器精度，但在一些场景下能够取得很好的效果。
基于深度学习的方法则通过训练神经网络模型来学习目标的特征表示，并从中推断目标的位置和运动状态。
这类方法通常能够在大数据集上取得较好的效果，并且具有较强的泛化能力。
除了上述两种方法外，还有一些基于传感器融合的方法，如结合摄像头、激光雷达、GPS等传感器的数据来实现目标跟踪。
这类方法通常能够利用不同传感器的优势，提高跟踪的准确性和稳定性。
还有一些基于滤波器的方法，如卡尔曼滤波、粒子滤波等，用于融合传感器数据、估计目标状态和预测目标位置。
这些方法在实时性和鲁棒性方面有着较高的性能。
3D目标跟踪是一个积极发展的研究领域，涉及到多个学科领域的知识和技术，如计算机视觉、机器学习、传感技术等。
随着技术的不断进步和应用场景的扩大，我们相信3D目标跟踪技术将在未来发挥出更大的作用，并为人类社会的发展做出更大的贡献。
希望未来能够有更多的研究者参与到这一领域的研究中，共同推动3D目标跟踪技术的发展和应用。
激光跟踪三维坐标测量系统中猫眼光学误差的测量
激光跟踪三维坐标测量系统中猫眼光学误差的测量摘要：在所有采用多边法的四路激光跟踪三维位置测定装置中,猫眼逆反射器的光学误差是影响其自标定和坐标测定准确性的最主要原因。
对猫眼逆反射器的光学误差进行了研究与计算,阐述了计算原则、检测设备和相关的数据处理技术。
实测结果显示,所测猫眼的最大光学误差仅为四Hm。
关键词：猫眼逆反射器；光学误差；激光跟踪；三维坐标在四路激光跟踪三维坐标测量系统中，猫眼逆反射器(以下简称猫眼)作为目标镜随被测对象运动，激光干涉仪通过测量猫眼的位置变动引起的测量值的变动量来计算被测物的空间坐标。
由于实际加工的猫眼与其理想状态的技术参数必然存在一定误差，从而使经过猫眼的光束产生附加光程，称之为猫眼的光学误差。
激光跟踪干涉仪测得的被测物的相对位置变动量中包含了猫眼的光学误差，进而引起坐标测量误差。
为了减少测量误差，提高测量精度，本文对猫眼误差进行了测量。
1 猫眼光学误差的主要来源与测量猫眼光学误差的来源,大致有如下几种:1)半球球度的偏差;)前零点五球材料折射率不均匀性偏差;3)先、后零点五球材料的偏心误差;4)胶合层厚度误差。
猫眼光学误差的计算原理,将被检测猫眼以及检测夹具置于一个精密回转操作平台,通过调整猫眼的光学位置,使之大致上与工作台的垂直旋转轴在同一个直线上。
猫眼通过绕着快速移动物体的垂直轴和猫眼本身的水平轴的旋转,使光束沿不同的方位角进入猫眼。
是通过测定由激光干涉仪所产生的激光束与通过猫眼的光道的光程的相对变化,进行计算的原始数据。
运用以上方法,我们对法国Leica公司的商用猫眼CER75进行了检测。
在实验系统中采用HP558双频激光干涉仪(分辨率为Q01Hm、精度为Q 1×10°)检测光程的相对变化;使用了Talyond00圆度计中的高精度快速位移(径向回转精度为01Hm)进行旋转快速位移。
在计算时,9的步位取为30°,并取六个测量断面;0的步位取为10°,每个测量断面由-60°开始至+60°(猫眼的工作范围)，共取13个测点。
虚拟现实期中测试题(有答案)
第1章：虚拟现实技术概论1、什么是虚拟现实技术？虚拟现实技术是一种高端人机接口，包括通过视觉、听觉、触觉、嗅觉、和味觉等多种感觉通道的（实时模拟和实时交互）。
2、虚拟现实现实之父（Ivan Sutherland），也是计算机图形学之父3、虚拟现实技术的发源地是（美国）？？4、世界上第一套虚拟演播室由（日本）生产 NHK Nano space5、虚拟现实技术的三大特性：沉浸性，交互性、想象性6、虚拟现实系统的组成：计算机、输入输出设备、应用软件和数据库等、7、虚拟现实系统的分类：沉浸式虚拟现实系统、桌面式虚拟现实系统、增强式虚拟现实系统、分布式虚拟现实系统第2章：虚拟现实系统的硬件设备1、虚拟现实系统中硬件设备由三个部分组成：(输入设备、输出设备、生成设备)2、有关虚拟现实系统的输入设备主要分为两类：(基于自然的交互设备、三维定位跟踪设备)3、基于自然的交互设备又分为：（数据手套、数据衣、三维控制器、三维鼠标）4、数据手套主要的生产公司有：（VPL公司的数据手套、Vertex公司的赛伯手套、Exos公司的灵巧手手套、Mattel公司的Power Glove）（最便宜）5、三维定位跟踪系统包括：（电磁跟踪系统、声学跟踪系统、光学跟踪系统、机械跟踪系统、惯性位置跟踪系统）6、虚拟系统的输出设备主要有：（视觉感知设备、听觉感知设备、触觉（力觉）感知设备）7、视觉感知设备的典型应用：（台式立体显示系统、头盔显示器、吊杆式显示器、洞穴式立体显示装置、响应工作台显示装置、墙式立体显示装置）8、头盔显示器（HMD）主要组成是：（显示器）和（光学透镜）9、洞穴式立体显示装置（CAVE）主要包括：（专业虚拟现实工作站、多通道立体投影系统、虚拟现实多通道立体投影软件系统、房间式立体成像系统）10、响应工作台显示装置（RWB）主要组成有：（投影显示器、一个大的反射镜、一个即做桌面又做显示屏的特殊玻璃）11、虚拟世界的生成设备有：基于PC的VR系统、基于图形工作站的VR系统、超级计算机第三章：虚拟现实系统的相关技术1、立体显示技术是虚拟现实技术的一种极为重要的支撑技术，要实现立体的显示，现在有多种方法和手段实现，主要有：（彩色眼镜法、偏振光眼镜法、串行式立体显示法、裸眼立体显示实现技术）2、在真实感事实绘制技术中为了提高显示的逼真度加强真实性常采用的方法有：（纹理映射、环境映照、反走样）3、三维虚拟声音的主要特征：（全向三维定位特性、三维实时跟踪特性、沉浸感与交互性）4、（层次包围盒法）是碰撞检测算法中广泛使用的一种方法、它是解决碰撞检测问题固有时间复杂性的一种有效方法。
虚拟现实技术系统的硬件组成详解-精
虚拟现实系统的硬件组成
感知设备
功能: 将VR系统各类感知模型转变为人能接受的 多通道刺激信号的设备。 感知包括：视、听、触、嗅、味觉等多种通道。 视觉感知设备：立体宽视场图形显示器（沉浸式和非沉浸式 ）；
沉浸式 非沉浸式
头盔显示器（HMD） 吊杆式（Boom） 洞穴式(CAVE) 桌面立体显示器 墙式立体显示器
小、形状、距
全身运动 聚焦、扫瞄
离、位置、颜色
虚拟现实系统的硬件组成
人类感官感知的激励
❖人类感官感知的计算机及虚拟现实设备输出信息
▪ 实时的三维计算机图形图像； ▪ 实时的三维虚拟声； ▪ 触觉、力觉反馈； ▪ 参与者感受的动感； ▪ 其它感知（如嗅觉等）。
虚拟现实系统的硬件组成
❖ 视觉子系统：视觉子系统利用双眼视觉的微小视 差，获得深度感知，它的典型传感器是立体显示 器，如现在市面上流行的头盔显示器（HMD） 和支架式显示器（BOOM）。立体显示器是虚拟 现实系统的重要组成部分，是使参与者沉浸于虚 拟世界的主要的交互手段。
虚拟现实系统的硬件组成
❖ 感知与行为系统概念模型 ❖ 人类是通过视觉/听觉/触觉/嗅觉等感官来感知外
界环境及变化的，他们用眼看/用耳听/用手模/用 嘴尝等方式与环境交互。因此，在感知系统的概 念模型中，Gibson把感知系统划分成方向/听觉/ 触觉/嗅觉及视觉等6个子系统，并分别列出了这 些子系统的行为方式/接受单元/器官模拟/器官行 为/刺激元及外部信息。
虚拟现实系统的硬件组成
触觉/力感反馈系统
❖ Pairick在进行人类因素实验来检测它的反馈系统时 发现，在简单的双指活动场景中，将触觉反馈和视 频显示综合起来，其感知性能比仅使用视频显示要 提高10%；当视频失效时（模拟低能见度），附加 触觉反馈则会使感知性能提高30%。
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降低延迟的方法：
1.同步锁相：让跟踪器和通信的周期 与显示的周期同步。
2.使用高速通信线路 3.提高跟踪器的采样率（更新率）
跟踪器的性能参数－更新率
跟踪器的更新率 指跟踪器每秒
钟报告的测量数 据集的次数
三维位置跟踪器类型
机械跟踪器 电磁跟踪器（交流、直流） 超声波跟踪器 光学跟踪器 混合惯性跟踪器
VPL DataGlove： Fastrack
❖ FASTRAK：使用在非金属上的快速动作捕 捉器，取样频率达每秒120次；
❖ 适用于头部跟踪、手部跟踪、仪器追踪、 生物机械分析、机械臂动作捕捉等应用
FastTrack特点：
交流电磁式
使用DSP体系结构
采样率：120
抖动：0.1度
工作范围：0.75m, 3×0.75m
可挂接多个接收器， 采样率随之下降
环境对交流电磁跟踪器的影响
➢强磁场环境： ➢金属物质：交变磁场中会产生涡流，从 而产生小磁场 ➢磁性物质：本身具有磁场
措施： 避免附近有强磁场、大块金属和磁性 物质存在 。
➢为减少畸变涡流的影响，人们开发出了 一种只在测量周期开始时产生涡流的直 流电磁跟踪系统，这样，在涡流衰减到 零时系统就会达到一种稳定的状态。
不良跟踪器的后果
❖ 不良跟踪器即定位误差较大的跟踪器 ❖ 定位误差：跟踪对象出现在不该出现的位置
上；体验与经验相违背； ❖ 定位误差将给用户造成一种类似于运动病的
症状，如眩晕、晕船感、视觉混乱、身体乏 力等；
❖ 衡量跟踪器性能的参数
精度 抖动 偏差 延迟 更新率
跟踪器的性能参数－精度
跟踪器的精度
指对象真实的 三维位置与跟踪 器测量出的三维 位置值之间的差 值
注意：
差值↓ 跟踪器的精度↑ 跟踪器越精确
精度的单位：毫米，度
精度随着与坐标原点的距离的增加而降低
精度与分辨率不同：一个是表征测得的位 置与真实位置的差值，一个是可测得的被跟 踪对象的最小的三维位置变化
跟踪器的性能参数－抖动
跟踪器的抖动 指当被跟踪对
非接触式跟踪器的原理介质：电磁、超 声波、红外照相、LED、加速计、陀螺 仪。
➢电磁跟踪器：
✓发射器：发射磁场 ✓接收器：接受磁场，将信号送到控制部件 ✓控制部件：计算得出跟踪目标的数据 ✓优点：不受视线阻挡的限制
交流电磁跟踪器
➢基本原理：
✓发射器：（三个相互垂直的线圈天线）依次产 生三个正交交流磁场
1、三维位置跟踪器
跟踪器的作用：
获得移动对象的位置和方向信息；
应用：
航行、导弹、CG艺术、交通、 GPS等
VR：
高精度、快速、测量范围小
身体跟踪：跟VR踪系器统：感知跟参踪与身者体位置和动作；
身体姿态与手势； 跟踪头部：头的朝向，影响绘制场景 手和手指：手提供了与世界交互的方法
眼睛：眼睛的注视方向 躯干：躯干的方向 脚：确定漫游速度和方向 其它身体部位：体温、心率等 间接跟踪：使用物理对象而不是身体部位
❖ 用户+硬件+虚拟环境 交互性
用户
用户信息 反馈信息
虚拟环境
输入输出设备
必要性：
➢交互性——VR基本特性 输入输出设备是实现人机交互的必要手段。
➢一些已经商品化，一些只是原型，不成熟
终极目标：
能满足快速、自然的交互
典型装置：
❖ 三维位置跟踪器 ❖ 立体鼠标 ❖ 传感手套 ❖ 数据衣 ❖ 立体显示器 ❖ 触觉和力觉反馈装置 ❖ 3-D声音生成器
✓接收器（三个正交线圈）产生9个电压值
✓使用算法计算接收器相对于发射器的位置和方 向。
▪ Polhemus跟踪器 Polhemus公司生产方位跟踪器：
Isotrak 3Space跟踪器 Fastrak
VPL DataGlove：Isotrack
IsoTrack特点： 交流电磁式 延迟：30ms 采样率：60 抖动：1度，导 致颤动
校正：使用另一个无偏差的跟踪器周期性 的对当前的跟踪器进行零位调整。
跟踪器的性能参数－延迟
跟踪器的延迟 指对象的位置
或方向的变化与 跟踪器检测到这 种变化之间的时 间差
注意：
延迟的原因在于：跟踪器对移动对象的运 动总是滞后的。
系统延迟＝测量延迟＋通信延迟＋绘制与 显示延迟
导致HMD的运动与用户看到的虚拟场景的 运动之间有很大的时间迟滞
象固定不变时， 跟踪器输出结果 的变化。
注意：
理想情况下，抖动应该为零，测得的位置 为固定值 抖动不是一个常数，受周围环境的影响 严重的抖动会导致虚拟对象振动和跳动
跟踪器的性能参数－偏差
跟踪器的偏差 指跟踪器随着
时间的推移而积 累的误差。
注意：
偏差的根源在于跟踪器的不准确性
偏差与时间相关，时间越长，积累的偏差 越大
来估计参与者的位置；
❖ 3-D空间跟中踪移器动跟物踪体的物参体数的：移动：
在移动物体上捆绑一个笛卡尔坐标系，则对象有：
三个平移参数：沿X，Y，Z轴移动； 三个旋转参数：沿X，Y，Z轴旋转，称为“yaw”，
“pitch”，“roll”；
❖ 六个运动方向相互正交，构成六个独立变量： x，y，z，水平角，俯仰角，偏转角，被称为 6自由度（Degree of Freedom，DOM）
机械跟踪器的缺点
工作范围有限。如机械臂属于刚体，有尺寸限 制，过长则重量和惯性增加，机械振动敏感性增 加。 自由度小。 跟重量有关的人机工程学问题。
三维位置跟踪器类型
机械跟踪器 电磁跟踪器（交流、直流） 超声波跟踪器 光学跟踪器 混合惯性跟踪器
定义：
电磁跟踪器：一种非接触式的位置 测量设备，由一个固定发射器产生电磁 场，确定移动接受单元的实时位置。
❖ 便携
Gypsy特点：
15个关节位置由42个 单向导电塑料精密电位记 测得
精度0.08度，范围18 米器的优点
简单易用
精度保持相对稳定，基本取决于关节 传感器的分辨率
相对于电磁跟踪器，不受周围环境中 金属物质和磁场的影响
相对于光学跟踪器，不存在视觉阻挡 问题
机械跟踪器
定义：
机械跟踪器：一 个串行或并行的运动 结构，由多个带有传 感器的关节连接在一 起的连杆构成。
❖ 无线动作G捕y获ps系y统动作捕获系统
❖ 范围：在户外的有效距离可以达到0.8公里， 相当于450个足球场的范围；室内的范围为 180米
❖ 没有摄象头--直接记录人体的身体动作 ❖ 操作非常简单