连续超声波位置跟踪器的设计原理及其在虚拟现实系统中的应用实现

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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)
次数	ξ	η	ζ	ξ	η	ζ
1	-20	10	120	-20.77	10.59	121.08
2	-15	10	120	-15.75	10.53	120.98
3	-10	10	120	-10.56	9.97	119.94
4	-5	10	120	-4.1	10.16	120.69
5	0	10	120	1.07	10.68	120.87
6	5	10	120	5.34	10.47	120.52
7	10	10	120	10.53	11.08	119.91
8	15	10	120	14.36	10.05	120.15
9	20	10	120	20.04	9.87	120.91

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)
次数	ξ	η	ζ	ξ	η	ζ
1	5	-20	120	4.97	-20.48	118.98
2	5	-15	120	4.75	-15.13	120.86
3	5	-10	120	5.59	-12.28	120.87
4	5	-5	120	4.88	-7.19	120.04
5	5	0	120	5.26	-1.03	120.82
6	5	5	120	5.65	7.11	118.95
7	5	10	120	5.42	9.87	119.52
8	5	15	120	6.06	14.41	119.77
9	5	20	120	5.54	21.14	119.22

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)
次数	ξ	η	ζ	ξ	η	ζ
1	10	10	85	8.89	9.92	85.25
2	10	10	90	9.25	10.56	90.82
3	10	10	95	8.75	10.58	96.06
4	10	10	100	9.06	11.16	101.12
5	10	10	105	9.58	10.45	106.08
6	10	10	110	9.33	11.57	110.85
7	10	10	115	9.62	11.08	116.2
8	10	10	120	8.87	9.04	120.5

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.

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