连续超声波位置跟踪器的设计原理及其应用实现

件下，位置跟踪器的坐标测量范围为(80cm,80cm,120cm).

表1是当发射器(即被跟踪目标)仅沿Cξ轴移动时位置跟踪器的测量值与基准标称值之间的对应关系.表2是当发射器(即被跟踪目标)仅沿Cη轴移动时位置跟踪器的测量值与基准标称值之间的对应系，表3是当发射器(即被跟踪目标)仅沿Cζ轴移动时位置跟踪器的测量值与基准标称值之间的对应关系，它们反应了该位置测量系统具有良好的线性度和测量精度，能够满足虚拟场景人机交互设备的要求.

表1　沿Cξ轴移动时跟踪器的基准标称坐标与测量坐标

次

数基准标称坐标(cm)测量坐标(cm)

ξηζξηζ

1-2010120-20.7710.59121.08

2-1510120-15.7510.53120.98

3-1010120-10.569.97119.94

4-510120-4.110.16120.69

50101201.0710.68120.87

65101205.3410.47120.52

7101012010.5311.08119.91

8151012014.3610.05120.15

9201012020.049.87120.91

表2　沿Cη轴移动时跟踪器的基准标称坐标与测量坐标

次

数基准标称坐标(cm)测量坐标(cm)

ξηζξηζ

15-201204.97-20.48118.98

25-151204.75-15.13120.86

35-101205.59-12.28120.87

45-51204.88-7.19120.04

5501205.26-1.03120.82

6551205.657.11118.95

75101205.429.87119.52

85151206.0614.41119.77

95201205.5421.14119.22

表3　沿Cζ轴移动时跟踪器的基准标称坐标与测量坐标

次

数基准标称坐标(cm)测量坐标(cm)

ξηζξηζ

11010858.899.9285.25

21010909.2510.5690.82

31010958.7510.5896.06

410101009.0611.16101.12

510101059.5810.45106.08

610101109.3311.57110.85

710101159.6211.08116.2

810101208.879.04120.5

五、应　　用

在以REND386开发的虚拟场景平台上，用上述位置测量跟踪系统作为一种方位跟踪设备进行用户位置跟踪，从而构成了一个三维实时虚拟漫游系统，其设计框图如图7所示，主要由三个超声波测距单元、PC机数据采集单元、空间坐标位置算法、虚拟场景生成程序和三自由度空间坐标跟踪器与虚拟场景发生器的接口驱动程序构成.

图7　三维实时虚拟现实漫游系统原理框图

图8(a)是虚拟场景的初始位置，图8(b)是视点的相对位置坐标从(0，0，0)变化到(50，20，50)时经过刷新的场景图像.

图8　(a)虚拟场景的(0，0，0)位置(b)虚拟场景的(50，20，50)位置

六、结　　论

以超声波三自由度位置跟踪器作为一个用REND386创建的虚拟场景的数据输入设备，构成一个完整的三维人机交互式虚拟现实演示系统.实验表明，该位置测量跟踪系统的测量精度、分辨率以及动态刷新频率能够满足虚拟场景三维数据输入的需求，图形刷新与数据刷新能够很好同步，没有明显的图像滞后，而且运动平滑，图像没有明显的抖动或者跳动感，是一个具有进一步开发潜力的样机系统.