虚拟现实课件-第二章 输入设备：跟踪器、漫游

面授课程课件，共7章，内容包括：第一章虚拟现实概述、第二章输入设备：跟踪器、漫游，第三章输出设备：图形，三维声音，第四章VR的计算体系结构，第五章几何建模、运动建模、物理建模、碰撞检测、智能行为、模型管理，第六章增强现实，第七章最新技术_人机交互 ### 虚拟现实课件知识点详述 #### 第二章 输入设备：跟踪器、漫游 本章节主要探讨了虚拟现实系统中的输入设备——跟踪器及其相关性能参数和技术细节。 ### 一、三维位置跟踪器 #### 1.1 概念与应用 三维位置跟踪器是虚拟现实系统中一种重要的输入设备，主要用于测量用户或物体在三维空间中的位置与方向变化。这类设备可以捕捉用户的动作，并将这些信息转化为计算机可识别的数据，进而实现实时交互。例如，在虚拟现实中，可以通过头部跟踪器来控制视角的变化。 #### 1.2 自由度 活动对象在三维空间中有六个自由度，其中三个用于平移（即沿X、Y、Z轴移动），另外三个用于旋转（偏航、俯仰和滚动）。这些自由度是实现精确跟踪的基础。 - **偏航**（Yaw）：沿Z轴的旋转。 - **俯仰**（Pitch）：沿Y轴的旋转。 - **滚动**（Roll）：沿X轴的旋转。 #### 1.3 头盔显示器（HMD） 在虚拟现实系统中，HMD是一种常见的输出设备，它通过内置的跟踪器来捕捉用户的头部运动，并根据这些信息动态调整虚拟场景的视角。这使得用户能够在虚拟环境中获得更加沉浸式的体验。 ### 二、跟踪器的性能参数 跟踪器的性能直接影响到用户体验的质量，主要包括以下几个方面： #### 2.1 精度 精度是指跟踪器测量得到的三维位置与真实位置之间的差值。精度越高，意味着跟踪效果越好，能够更准确地反映用户的实际动作。需要注意的是，精度通常不是恒定的，会随着跟踪器与坐标系原点距离的增加而降低。 #### 2.2 分辨率 分辨率是指跟踪器能够检测到的最小位置变化。虽然分辨率与精度容易混淆，但实际上是不同的概念。高分辨率意味着跟踪器能够更精细地捕捉到物体位置的微小变化。 #### 2.3 重合性 重合性表示对同一固定位置进行多次重复测量时，测量结果的稳定性。它受到跟踪器抖动的影响。 #### 2.4 抖动 抖动指的是当被跟踪对象静止不动时，跟踪器输出结果的波动情况。抖动越小，表示跟踪器的稳定性和可靠性越高。 #### 2.5 偏差 偏差是指随时间推移而累积的误差。长时间运行后，跟踪器可能会出现偏差积累，需要定期进行校准。 #### 2.6 延迟 延迟是指从跟踪器捕捉到用户动作到系统做出相应反应之间的时间间隔。低延迟对于提供流畅的虚拟现实体验至关重要。过高的延迟可能导致“仿真病”，表现为头痛、恶心等症状。 ### 三、降低系统延迟的方法 为了减少系统延迟，可以从以下几个方面入手： 1. **同步锁相**（Genlock）：通过让跟踪器和通信周期与显示周期同步，可以有效减少整体延迟。 2. **高速通信线路**：采用高速通信线路，可以加快数据传输速度，进一步降低延迟。 3. **提高更新率**：增加跟踪器的更新频率，可以更好地捕捉到用户的动作变化。 ### 四、三维声音 除了图形反馈外，三维声音也是提高虚拟现实沉浸感的重要因素之一。通过精准地定位虚拟对象的声源，可以使用户感受到更为真实的声音环境。与图形反馈相比，三维声音的测量精度要求较低。 虚拟现实中的跟踪器是实现人机交互的关键组件之一。通过对跟踪器性能参数的深入理解，可以有效地提升虚拟现实系统的交互性和用户体验。