真空电子技术VACUUMELECTRONICS#研究与设计#三轴加速度计在虚拟现实系统中的应用尝试1221杨杰,蔡志勇,潘志宇,张晓兵(1.东南大学电子科学与工程学院,江苏南京210096;2.南京芯创微机电有限公司,江苏南京210000)TentativeApplicationofTri2AxisAccelerometerinVirtualRealitySystemYANGJie1,CAIZhi2yong2,PANZhi2yu2,ZHANGXiao2bing1(1.SchoolofElectronicScienceandEngineering,SoutheastUniversity,Nanjing210096,China;2.NanjingXinchuangMicro2Electro2MechanicalCo.,Ltd,Nanjing210000,China)Abstract:Headpositiontrackerisoneofthemostimportantsensorequipmentsinthevirtualrealitysystem.Itsmainpurposeistodetectthepositionandorientationofthehead.Inthispaper,anewdesignofheadpositiontrackerbasedontri2axisaccelerometerisintroduced.Someperformanceindexesaretestedandanalyzed;besides,thepreparatoryapplicationofithasbeentried.Theresultprovesthatthisheadpo2sitiontrackercanbeappliedinthevirtualrealitysystemundertheconditionoftinyorientation(onlyindi2catingpitchandroll)change.Keywords:Virtualreality;Headpositiontracker;Tri2axisaccelerometer摘要:头部跟踪器是虚拟现实系统中关键传感设备之一,它的任务是检测头部位置与方位。本文介绍了一种新型的基于三轴加速度计的惯性头部跟踪器的设计,给出并分析了部分性能指标的测试结果,对该头部跟踪器的应用进行了初步尝试,结果表明该惯性头部跟踪器可实际应用于头部缓慢转动场合下仅指示偏转和俯仰两个自由度的虚拟现实系统中。关键词:虚拟现实;头部跟踪器;三轴加速度计中图分类号:TP212文献标识码:A文章编号:1002-8935(2008)04-0020-04头部三维定位跟踪设备,即头部跟踪器,是虚拟现实系统的关键传感设备之一。要检测头部在三维空间中的位置和方向,一般要跟踪6个不同的运动方向,即沿x,y,z坐标轴的平动和沿x,y,z轴方向的转动,对应于描述三维对象的宽度,高度,深度,偏转(pitch)角,俯仰(roll)角和转动(yaw)角六个自由度[1],如图1所示。传统的三维跟踪系统有:电磁跟踪系统、光学跟踪系统、机械跟踪系统、声学跟踪系统等。这些跟踪系统在具体应用中各有一些局限性[2],如:电磁跟踪图1六自由度示意图系统容易受金属物体的干扰,可能因磁场变化引起且有一定的惯性。由于机械连接的限制,对用户有误差。光学跟踪系统容易受视线阻挡的限制,如果一定的机械束缚。声学跟踪系统也有一定的局限被跟踪物体被其他物体挡住,光学系统就无法工作,性:工作范围有限,信号传输不能受遮挡,受到温度、除此之外,光学跟踪系统常常不能提供角度方向的气压、湿度的影响,受到环境反射声波的影响。数据。机械跟踪系统的特点是比较笨重,不灵活而202008-04VACUUMELECTRONICS真空电子技术近年来,惯性跟踪器成为虚拟现实技术的研究带宽:50Hz;方向之一[3]。它是通过盲推得出被跟踪物体的位分辨率:4mg;数字输入/输出:SPI;置,也就是说完全通过运动系统内部的推算,而绝不非线性:?015%FS;电源:213~316V;牵涉到外部环境得到位置信息。尽管可以使用基于轴融合:012%;电流损耗:600LA(10bit分辨陀螺和线加速度计的传感器来测量完整的6自由度率),500LA(7bit分辨率);零点加速度-偏置(校位置变化,但由于提供的是相对测量值,而不是绝对准):?40mg。测量值,系统的错误会随时间累加,从而导致信息不蓝牙通讯模块采用美国国家半导体的正确。在实际的虚拟现实系统应用中,这类系统仅LMX98