虚拟现实技术-第二章-输入设备

1、输入设备：跟踪器、遨游和手势接口光电信息技术与颜色工程研讨所刘越().三维位置跟踪器遨游和支配接口手势接口小结.三维位置跟踪器遨游和支配接口手势接口小结.跟踪器： VR中用于丈量三维对象位置和方向实时变化的专门硬件设备三维空间中的活动对象的位置和方向通常由6个自在度(Degree of Freedom, DOF)表示，即沿x，y，z坐标轴的平动与绕x，y，z坐标轴的转动，分别称为位置坐标x，y，z和角度坐标偏航(yaw)、俯仰(pitch)、滚动(roll)。. 在虚拟现实运用中，为了控制察看方向、运动和支配对象，通常需求丈量用户头部、手和四肢的运动。 跟踪器在VR中

2、的另一种运用是把对替身或虚拟人的控制映射给用户。看究竟部看到前部看到顶部.以头盔显示器为例：用户头部的运动被一个电子单元采样下来，并发送给计算机。主计算机利用跟踪器的数据计算新的察看方向，并绘制更新后的虚拟场景图像。该场景被转换成双路视频信号并显示在两个LCD屏幕上。. 另一个运用跟踪信息的VR觉得模态是三维声音，如头盔用耳机。 跟踪器数据使计算机能定位虚拟对象的声源，从而提高仿真的真实感和用户在合成世界中的沉浸感。 对三维声音的丈量精度要求低于对图形反响的精度要求。 .虚拟现实系统对跟踪器的要求三维空间中的运动的刚体具有三个平移(沿着X、Y、Z轴)和三个转动(偏航、俯仰、滚动)自在度。在物体

3、高速运动时，应该足够快的准确测出这六个数值。三维丈量不应妨碍物体运动。尽量用非接触式丈量(低频磁场、超声、雷达、红外摄像头和LED等)替代机械臂等接触式丈量。.三维位置跟踪器跟踪器的性能参数机械跟踪器电磁跟踪器超声波跟踪器光学跟踪器混合惯性跟踪器各种跟踪器的性能比较.三维位置跟踪器跟踪器的性能参数机械跟踪器电磁跟踪器超声波跟踪器光学跟踪器混合惯性跟踪器各种跟踪器的性能比较.跟踪器的性能参数精度/分辨率抖动偏向延迟更新率抗干扰性合群性采样率、执行时间、范围、任务时间、价钱、妨碍、方便、对模糊的敏感、容易校准、同时丈量的数目、方向相对位置跟踪.性能参数分辨率/精度分辨率定义：跟踪器可以检测出的被跟

4、踪对象的最小三维位置变化。精度定义：对象真实的三维位置与跟踪器丈量出的三维位置之间的差值。跟踪器越准确，差值就越小，跟踪用户实践动作的效果就越好。精度不是一成不变的，而是随着离坐标系原点的间隔的添加而降低。.性能参数抖动定义：当跟踪对象固定不变时，跟踪器的输出结果的变化。抖动由传感器的噪声引起，使得跟踪器数据围绕平均值随机变化。应该设法使跟踪器的抖动尽能够小，否那么会引起虚拟对象出现振动或跳动等。.性能参数偏向定义：随时间推移而累积的误差。随着时间的推移，跟踪器的不准确度不断增长，从而使数据逐渐不可用。需求运用一个没有偏向的间接跟踪器周期性地进展零位调整。(混合跟踪).性能参数延迟定义：动作与

5、结果之间的时间差。对三维跟踪器来说，延迟是对象的位置/方向的变化与跟踪器检测这种变化之间的时间差。延迟比较大的跟踪器会带来很大的时间滞后，这种时间上的滞后会导致“仿真病(simulation sickness)。可以采用同步锁相、高速通讯线路及高更新率的跟踪器来降低延迟。.性能参数更新率定义：跟踪器每秒报告丈量数据的次数。跟踪器的更新率越高，仿真系统的动态呼应才干就越强。跟踪器的更新率普通介于每秒数十个数据集到数千个数据集之间，详细取决于所运用的跟踪技术。运用同一个跟踪器丈量多个挪动对象时采样率会遭到多路复用的影响.性能参数抗干扰性定义：抗干扰性是指一个系统在相对恶劣的条件下防止丈量错误的才干

6、。干扰可分为：遮挡，即其他的物体挡在目的物和探测器之间所呵斥的跟踪困难；畸变，即由于一些物体的存在而使探测器所探测的目的定位产生误差。.性能参数合群性定义：合群性指的是对多用户系统的支持才干，包括操作空间范围和多目的跟踪才干。实践的跟踪系统不能提供无限的跟踪范围，只能在一定的区域内进展跟踪和丈量，这个区域通常称为任务区域。多用户系统必需求有多目的跟踪的才干，取决于一个系统的组成构造，如光学式跟踪系统中将发射器安装在被跟踪物体上面的Outside-in构造，以及将接纳器装在被跟踪物体上面的Inside-out构造，各个跟踪器均能互不干扰的任务。.三维位置跟踪器跟踪器的性能参数机械跟踪器电磁跟踪器

7、超声波跟踪器光学跟踪器混合惯性跟踪器各种跟踪器的性能比较.机械跟踪器定义：机械跟踪器由一个串行或并行的运动构造组成，该运动构造由多个带有传感器的关节衔接在一同的连杆构成。.每个连杆的维数是事先知道的，并且可供存储在计算机中的直接运动学计算机模型运用。根据实时读取的跟踪器关节传感器的数据，确定机械跟踪器的某个端点相对于其他端点的位置和方向。通常把一个端点固定在桌子或地板上，把另一个端点绑在对象上。. 把能单独旋转的机械部件装配运用，给用户提供多种旋转才干。经过各种衔接角度计算端点位置，利用增量式编码器或电位计丈量衔接角。.光电编码器 由光栅盘和光电检测安装组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开

8、通假设干个长方形孔，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测安装经过计算输出脉冲的个数可得到转过的角度。.机械跟踪器的优点(1)简单且易于运用(2)精度稳定，取决于关节传感器的分辨率(3)性能可靠，潜在的干扰源较少(4)抖动较小，延迟较低(5)没有遮挡问题.机械跟踪器的缺陷(1)由于机械臂的尺寸限制，任务范围有限。(2)连杆过长时分量和惯性会随之添加，对机械振动的敏感性添加。(3)由于跟踪器机械臂本身运动的妨碍，用户运动的自在度被减小了。(4)当跟踪器必需由用户支撑时会导致用户疲劳，降低在虚拟环境中的沉浸感。.物理现象机械连接测量变量旋转编码器的角度测量自由度位置和方位(最高可

9、达6自由度)精确性0.1-2.5毫米分辨率0.05-1.5毫米/0.15-1度更新速度取决于二次数据获取能力滞后3毫秒总的运动范围1.8米/40度；受重量和与参照物间距离所引起的机械机构变形限制优点高准确度、高精度，高更新速度和低延时。没有与环境相关的误差局限性编码器的精度，运动限制例子FaroArm, Phantom, Spidar, Anthropomorphic Remote Manipulator from NASA , Argonne Remote Manipulator (ARM), Fake Space Binocular Omni-Oriented Monitor (BOOM)

10、, GE Handyman Manipulator, MITI position tracker, Noll Box, Rediffusion ADL-1 (Shooting Star Technology), Wrightrac(Magellan Marketing), PROBE-IC and PROBE-IX (Immersion Human Interface), Sutherland Head Mounted Display project, University of Tsukuba Master Manipulator. Spidar II (wire tracker.用于数字圆

11、明园的机械跟踪器.Animazoo跟踪器Gypsy 7简称G7，是Animazoo公司推出的外骨骼陀螺复合产品，配有一致的动作捕捉软件。.在跟踪的过程中不应该妨碍用户的运动自在。基于这种要求，非接触式三维丈量技术在很大程度上取代了早期的机械跟踪技术。当前非接触式三维跟踪器主要有电磁、超声、光学、惯性(加速计和陀螺仪)等。.三维位置跟踪器跟踪器的性能参数机械跟踪器电磁跟踪器超声波跟踪器光学跟踪器混合惯性跟踪器各种跟踪器的性能比较.电磁跟踪器：定义：一种非接触式的位置丈量设备，运用由一个固定发射器产生的电磁场来确定挪动接纳单元的实时位置。普通由发射器、接纳传感器和数据处置单元组成。. 当给一个线圈

12、中通上电流后，在线圈的周围将产生磁场。磁传感器的输出值与发射线圈和接纳器之间的间隔及磁传感器的敏感轴与发射线圈发射轴之间的夹角有关。 电磁跟踪器任务原理.电磁跟踪器任务原理发射器由缠绕在立方体磁芯上的三个相互垂直的线圈组成，被依次鼓励后在空间产生按一定时空规律分布的电磁场(交流电磁场和直流电磁场)。运用交流电磁场时接纳器由三个正交的线圈组成，当运用直流电磁场时接纳器由三个磁力计或霍尔效应传感器组成。.电磁跟踪器的优点(1)本钱低，体积小，质量轻(2)速度快，实时性好(3)安装的定标较简单，技术较成熟，鲁棒性好。.(1)对环境要求严厉，抗干扰性差(2)任务范围因耦合信号随间隔增大迅速衰减而遭到了

13、限制，这同时也影响了磁跟踪器的精度和分辨率。(3)由于电磁场对人体的重要影响，电磁场强度不能够无限制地增长 需求在系统任务范围、精度、分辨率以及刷新率之间做出综合选择。电磁跟踪器的缺陷.交流电磁跟踪器采用正弦交流信号驱动发射线圈产生一个交变磁场。变化的磁场将在三个接纳线圈中产生感应电流，电流大小与磁通量幅度和信号频率有关。. DataGlove运用的三维电磁传感器.交流电磁跟踪器的缺陷:交流跟踪器的问题是发射器的时变磁场在周围的金属物质上产生涡流，这些涡流会产生一个附加磁场，从而呵斥接纳器接纳的是一个扭曲了的电磁场，因此导致跟踪精度降低。当金属间隔磁场发射源和接纳线圈都较远时，利用耦合信号强度

14、随间隔成立方衰减的特性可以有效地减轻干扰。.直流电磁跟踪器：直流跟踪器利用脉冲、恒定电流来产生鼓励磁场，以使传感器能产生一个恒定的感应电流。.直流电磁跟踪器：极大地降低了涡流对丈量精度的影响。但呵斥的不利影响就是延伸了等待时间，降低了系统数据的刷新速率。在运用过程中的环境干扰大多为直流信号，采用常规的信号处置手段(如滤波)无法滤除。周围铁磁物质产生的磁场所呵斥的扭曲同样会影响直流跟踪器的精度。.交流/直流电磁跟踪器的比较(一)： 经过丈量发射器磁场中的部分值计算接纳器与发射器之间的间隔，其强度以与发射器之间间隔的三次方的速度下降，而干扰磁场却相对地添加。.交流/直流电磁跟踪器的比较(二)：直流

15、跟踪器可以很好地防止黄铜、铝和不锈钢等金属物质的涡流呵斥的扭曲效应，但易受周围低碳钢和铁氧体等铁磁物质磁化后产生的磁场干扰，且很难消除，只能经过初始化时预先测得磁场偏置来优化性能。和直流跟踪器相比，交流跟踪器去除了丈量环境测场的时间，实际上可以获得更高的刷新速率。.交流/直流电磁跟踪器的比较(三)：由于接纳信号随间隔衰减较快，跟踪器的跟踪范围受限。对于直流系统，为保证丈量精度，要保证在跟踪范围内发射磁场强度大于地磁等环境磁场的磁场强度。对于交流磁场而言，由于带有频率、相位等附加信息，即使当磁场信号强度小于地磁时，也可以很容易区分出来。.规范FastrackFlock of Bird标准工作半径

16、0.75m (30 in)1.2m (48 in)扩展工作半径2.25m (90 in)3m (120 in)角度范围全方位180度方位角和滚动角, 90度仰角平移精度0.03 in RMS0.1 in RMS平移分辨率0.0002 in/in range0.03 in RMS角度精度0.15度RMS0.5度RMS角度分辨率0.025度RMS0.1度RMS at 12 in更新速率(每秒的测量次数)120(1个接收器)、60(1个接收器)30(1个接收器)144(30个接收器)延迟(一个接收器)8.5ms(无滤波)7.5ms(无滤波)金属干扰铁氧体、低碳钢、铜、不锈钢、黄铜、铝铁氧体、低碳钢、

17、铜接口RS-232(波特率为115200)或IEEE-488(不超过100Mbaud/s)RS-232(波特率为115200)或RS422/485(波特率为500000)数据格式ASCII或二进制二进制.电磁跟踪器产品：Polhemus公司作为电磁跟踪器的最早开发厂商之一，积累了三十年开发阅历。典型代表产品有用于运动跟踪的Liberty系列、Patriot系列和Fastrak系列，以及用于眼部运动跟踪的Visiontrak系列。.电磁跟踪器产品：Ascension公司作为业界另一产品制造商，以六自在度跟踪系统著名。其典型产品有直流电磁跟踪系列的Flocks of birds, Flocks o

18、f birds Class B，多达4个传感器的Nest of birds系统，传感器尺寸很小的minibirds，microbirds系统，以及用于动态捕捉的MotionStar，MotionStar Wireless,Reactor2系列等产品。 .电磁跟踪器产品：以加拿大滑铁卢为基地的NDI 公司为空间精准定位领域的世界领先级提供商，超越4,000 台手术导航定位系统正在世界25 个国家或地域运用。基于交流电磁场的定位仪AURORA系统单传感器定位精度到达0.9mm(间隔50cm处) 。.三维位置跟踪器跟踪器的性能参数机械跟踪器电磁跟踪器超声波跟踪器光学跟踪器混合惯性跟踪器各种跟踪器的性

19、能比较.超声波跟踪器定义：超声波跟踪器是一种非接触式的位置丈量设备，运用由固定发射器发射产生的超声信号来确定挪动接纳单元的实时位置。.原理：经过丈量声波的飞行时间延迟来确定间隔。经过运用多个发射器和接纳器获得一系列的间隔量，从而计算出准确的位置和方向。在小的任务范围内具有较好的精度和呼应性。易遭到外界噪音脉冲的干扰。适用于小范围内的操作环境。随着作用间隔增大数据刷新频率和精度降低。飞行时间跟踪.延续波相关丈量原理：经过比较基准信号和传感器检测到的发射信号之间的相位差来确定间隔。具有较高的数据传输率。可保证系统检测的精度、呼应性以及耐久性等。不遭到外界噪声的干扰。在一个采样周期内，当物体运动的间

20、隔超越声波信号波长的一半时会呵斥计算错误。.超声波跟踪器的优缺陷：优点(1)不受外部磁场和铁磁性物质的影响，易于实现较大的丈量范围(2)本钱低，体积小缺陷(1)延迟和滞后较大，实时性较差，精度不高(2)声源和接纳器间不能有遮挡物体(3)受噪声和多次反射等干扰较大。(4)由于空气中声波的速度与气压、湿度、温度有关，所以必需在算法中做出相应的补偿。 .物理现象超声波测量变量相位差分或飞行时间自由度角度和位置(6自由度)精确性取决于工作环境分辨率0.1秒，0.1度，最大测量范围的1/32更新速度取决于工作范围滞后取决于工作范围运动范围未知优点噪声小，数据传输率高局限性采用相关测量时误差随时间增加、对

21、阻塞敏感、测量结果不稳定例子Sutherland-Seitz-Pezaris head mounted display position tracker.三维位置跟踪器跟踪器的性能参数机械跟踪器电磁跟踪器超声波跟踪器光学跟踪器混合惯性跟踪器各种跟踪器的性能比较.光学跟踪器 定义：光学跟踪器是一种非接触式的位置丈量设备，运用光学感知来确定对象的实时位置和方向.光学跟踪器与超声波跟踪器类似，不受金属物质的干扰，但是要求发射器和接纳器之间畅通无阻。光学跟踪器比超声波跟踪器具有明显的优势：(1)光的传播速度远远大于声波的传播速度，因此光学跟踪器具有较高的更新率和较低的延迟(2)具有较大的任务范围，这对

22、于现代VR系统来说是非常重要的.摄像机模型世界坐标系(mm)-摄像机坐标系(mm)-图像坐标系(mm) -图像坐标系(像素)空间点P的世界坐标为 (Xw,Yw,Zw)，摄像机坐标为(Xc,Yc,Zc) ，在图像平面上的投影点为p，物理坐标为(x,y)，像素坐标为(u,v).各坐标系之间的关系世界坐标系(mm)-摄像机坐标系(mm)欧式(刚体)变换摄像机坐标系(mm)-图像坐标系(mm)投影变换图像坐标系(mm) -图像坐标系(像素).各坐标系之间的关系世界坐标系(mm)-图像坐标系(像素)x=f/dx为u轴上的尺度因子， y=f/dy为v轴上的尺度因子；P为34矩阵，称为投影矩阵。M1为摄像机

23、内参矩阵，M2为外参矩阵。.标志点 ARToolkit ARTag Intersense 发光/反光体 Hi-BallPhasespaceVicon 自然特征Various research projects光学跟踪器的分类：.光学跟踪器的分类：从外向里看的跟踪器： 跟踪器的感知部件，如CCD相机、光敏二极管或其他光传感器是固定的，用户身上装有一些能发光或反光的标志。从里向外看的跟踪器： 在被跟踪对象或用户身上安顿照相机，在环境中安放反光或发光的标志。.光学跟踪器的布置：(a)从外向里看(b)从里向外看.两种不同光学跟踪器的比较：从外向里看的光学跟踪器：(1)位置丈量可以直接进展，方向可以从位

24、置数据中推导出来。(2)灵敏度随标志物与照相机之间间隔的添加而降低。从里向外看的光学跟踪器：(1)对于方向上的变化是最敏感的，因此在HMD跟踪中非常有用(2)任务范围在实际上是无限的，因此对墙式和房间式图形显示设备来说非常有用.从外向里看的光学跟踪器:主要用于动画制造和生物力学中的运动捕捉。光学运动捕捉经过对目的上特定光点的监视和跟踪来完成运动捕捉的义务。例如： SIMI三维运动捕捉系统 VICON 运动捕捉系统 MOTION ANALYSIS系统 eyeSight运动跟踪系统 .从外向里看的光学跟踪器典型的光学式运动捕捉系统通常运用68个相机环绕扮演场地陈列，这些相机的视野重叠区域就是扮演者

25、的动作范围。为了便于处置，通常要求扮演者穿上单色的服装，在身体的关键部位，如关节、髋部、肘、腕等位置贴上一些特制的标志或发光点，称为“Marker，视觉系统将识别和处置这些标志 。.从外向里看的光学跟踪器系统定标后，相机延续拍摄扮演者的动作，并将图像序列保管下来，然后再进展分析和处置，识别其中的标志点，并计算其在每一瞬间的空间位置，进而得到其运动轨迹。 .VICON系统：英国Oxford Metrics Limited公司的 Vicon 是世界上第一个设计用于动画制造的专业化的光学Motion Capture系统。VICON系统主要是由用于捕捉动作的摄像机、与计算机衔接的交换机、公用的衔接线以

26、及公用的处置捕捉后的数据的软件等组成。 .VICON系统：.VICON系统：.123412341实例分析：.Camera Design (early 2005).Camera Design (mid 2006).Camera Design (2007).Camera Design (2007)infrared filter4 camerainfrared LEDmounting bracketaluminum enclosurecircuit board.4 Camera.Infrared Filter.Infrared LED.Circuit Board.Mounting Bracket.A

27、luminum Enclosure.Synchronization Box.Additional ComponentsCalibration KitTarget Sets.Camera Calibration Intrinsic Calibration.Camera Calibration Extrinsic Calibration.Results.从里向外看的光学跟踪器:3rdTech公司的HiBall该光学跟踪系统由1个到2个HiBall单元、LED指示灯阵列、一个天花板和主计算机组成。HiBall传感单元参与了红外滤光透镜、横向效果光敏二极管(LEPD)和小型电子电路。.三维位置跟踪器跟

28、踪器的性能参数机械跟踪器电磁跟踪器超声波跟踪器光学跟踪器混合惯性跟踪器各种跟踪器的性能比较.惯性跟踪器惯性传感器主要指陀螺和加速度计。这是由于陀螺所感测的角速度，加速度计所感测的加速度都是相对惯性空间的。现代惯性跟踪器是一个运用了微机电(MEMS)系统技术的固态构造。惯性跟踪器：经过自约束的惯性传感器丈量一个对象的方向变化速率或平移速度变化率 混合跟踪器：指运用了两种或两种以上位置丈量技术来跟踪对象的系统，能获得比运用任何一种单一技术更好的性能。.混合惯性跟踪器.惯性跟踪器的优缺陷：优点：(1)具有无源操作的优点，实际上的操作范围可以无限大，没有畅通无阻的要求。(2)数据刷新率很高 ，对减少延

29、迟有很好的效果。缺陷：快速积累偏向。处理偏向的方法：运用来自其他类型跟踪器的数据，周期性重新设置惯性跟踪器的输出。.地磁定姿系统 在地面上标定方向的基准是地球自转轴，基于感受地球自转角速度的定向仪表如陀螺罗经、陀螺经纬仪、指北陀螺系统和速率陀螺等，不仅技术复杂、造价昂贵、维护困难和体积庞大，而且启动时间长。 地球本身固有的可做方位基准的矢量除了地球自转角速度矢量以外，只需地磁场强度。采用加速度计、磁阻传感器和单片机的地磁定姿系统经过丈量地球的重力场及磁场来计算运动物体的三自在度姿态数据。具有精度高、性能稳定、体积小、价钱低廉、功耗低的特点。 . 地磁场的强度大约为0.5Gauss，其程度分量与

30、地球外表平行，指向地磁北极。 地磁定姿原理.地磁定姿原理 经过罗盘确定姿态的方法为首先确定地磁场的程度分量HX和HY，根据HX和HY的丈量值确定与地磁北极的夹角，然后在计算结果中参与地磁偏角来找到真北。 .姿态角丈量算法 在刚体动力学中运动物体的姿态(即运动物体在参考空间中的方位)经过与运动物体相固结的运动参考坐标系和定参考坐标系之间的夹角表示。坐标旋转关系. 运动物体处于程度形状下姿态角的丈量算法 运动物体处于倾斜形状下姿态角的丈量算法 姿态角丈量算法.磁传感器概述 磁传感器是一种将磁场或磁感应强度等物理量转换成电信号的磁电转换元器件或安装，大部分磁传感器是基于固体资料的磁电效应的传感器，其

31、中主要是半导体资料。 .加速度传感器 压电式加速度传感器 具有很宽的频率呼应范围，适用于高频范围的振动丈量和冲击丈量。 压阻式加速度传感器 能丈量频率低到零的加速度信号，输出阻抗很低，内在噪声小，但呼应速度较慢。 变电容式加速度传感器 具有稳态呼应、高灵敏度、低输出阻抗、高线性度、抗过载才干高、体积小、分量轻、呼应快等优点。.ADXL330三轴加速度传感器.ADXL系列加速度计静态翻腾实验.三自在度姿态丈量硬件框架图.混合跟踪器：假设只需求方向数据，可以经过在陀螺仪边并排添加地磁跟踪系统来补偿偏航(方位角)丈量中的偏向。直流电磁场会对用于补偿偏向的磁力计的输出数据产生干扰，因此对性能产生影响。

32、提供方向和位置数据的惯性跟踪器需求进展偏向补偿。.InterSense IS-900 IS-900跟踪定位器系统是基于惯性和超声波定位混合技术的六自在度(6-DOF)位置跟踪与交互定位系统。定位器的位置和方向是由加速度器和陀螺仪的输出来实现的，漂移误差的校正经过卡尔曼滤波交融得到。跟踪面积： 12个SoniStrips时，为最大20 84个SoniStrips时，为最大140精度： 0.75mm (无线1.5mm) 0.05(无线0.01).三维位置跟踪器跟踪器的性能参数机械跟踪器电磁跟踪器超声波跟踪器光学跟踪器混合惯性跟踪器各种跟踪器的性能比较.各种跟踪器的性能比较.三维位置跟踪器遨游和支配

33、接口手势接口小结.定义和特点定义：遨游/支配接口是一种设备，允许经过选择和支配感兴趣的虚拟对象，交互式地改动虚拟环境和探求过程中的视图。可在绝对坐标系统中完成，跟踪器前往的是一个挪动对象相对于固定坐标系统的方向和位置值，屏幕上VR对象的位置映射为接纳器在固定坐标系中的绝对位置。也可经过相对传感器来完成，在相对坐标系统中，遨游/支配允许递增式的位置控制，在每个仿真周期中VR对象的位置与6个带符号的值相加。.鼠标 1963年美国斯坦福研讨所的 D.Engelbart发明鼠标器，他预言鼠标器比其他输入设备都好，并在超文本系统、导航工具等方面做了出色的成果，获得了1997年ACM图灵奖。之后鼠标器经不

34、断改良，成为影响当代计算机运用的最重要成果。 .基于跟踪器的遨游/支配接口跟踪器与用户按钮集成在一同，可用于遨游和支配接口。Polhemus公司的3Ball是一个中空的撞球，外表有一按钮，内置跟踪系统的接纳器，可以提供3D空间的准确6自在度位置，运用户的手部或身体与3D场景进展自然的交互，其接口方式为RS-232。.3Ball的运用例如按下3Ball的按钮，让虚拟相机沿着小球控制的三维向量挪动。将一条虚拟光线投影到跟踪器的控制向量上，经过按下3Ball的按钮，可以选择与这条光线相交的任何对象，然后经过手腕运动重新定位这个对象。.3D mouseAscension公司的3D mouse内置支持串

35、行接口的跟踪器，提供三个可编程按钮外，内嵌了直流的磁跟踪器以延续地跟踪自在空间的位置和朝向(X, Y, Z, Yaw, Pitch, Roll )。用户也可将其作为交互式的指针设备或实时显示系统的遨游/支配接口。.3D mouse 运用.Cubic-mouseCubic-mouse是一个9cm*9cm*9cm的塑料立方体构造，该立方体中有一个Polhemus Fastrack跟踪器、三个正交的平移杆和六个可编程的控制按钮。.Cubic-mouse运用用于操作一个较大的虚拟模型。经过跟踪器旋转和平移虚拟模型，运用三个平移杆剖分或编辑这个模型。.跟踪球允许在相对坐标系中进展遨游/支配的接口。Mag

36、ellan Trackball是一个带有传感器的圆柱体，圆柱中心是固定的六个发光二极管，在可挪动的外部圆柱面上放置六个光感应器。当用户在挪动外壳上施加力或力矩时，就可以经过光感应器丈量得到，结果经过RS232发送到主机。.三维探针用户可直观的在仿真中进展绝对或相对的位置控制。Immersion公司的三维数字化仪MicroScribe-3D由三段碳纤维臂构成，臂之间由球形衔接器相连，内置高精度的传感器以感知探头所处位置，可以用于建立精细的三维电脑模型。.MicroScribe-3D的主要部件.三维位置跟踪器遨游和支配接口手势接口小结.手势接口定义：是丈量用户手指手腕的实时位置的设备，其目的是为了

37、实现与虚拟环境的基于手势识别的自然交互。跟踪球和三维探针与虚拟环境只需单点交互，而数据手套那么不同，它允许手掌和指尖与环境进展多点交互，使仿真过程更真实。.数据手套人机交互过程.手指弯曲丈量系统人手在人类的日常生活中起着不可替代的作用，是人们与外界进展物理接触及认识表达的主要媒介。 在虚拟现实系统中采用手势辨识作为人机交互手段的方法被普遍采用 。在采用人手的动作来作人机交互的虚拟现实系统中需求经过数据手套等输入安装来丈量手指弯曲的角度和手指的外展程度等额外的信息。 手套比起传统的鼠标来，交互的区域更大，手的运动更自在。 .光纤弯曲传感器 具有体积小和分量轻的优点。而且用户戴上这种手套觉得温馨，

38、不会限制用户手部的运动。 变电阻式线性传感器 由于是松耦合的，因此输出不相互依赖，但价钱非常昂贵。 金属外骨架安装 由于在手上的位置会滑动，所以在每次模拟开场时都要进展校准。另外该类手套较重，易使手感到疲劳。 基于图像处置的手指弯曲传感技术 对硬件系统要求高，计算量大。丈量手指弯曲角度的方法.光纤传感手套丈量原理 在采用光导纤维传感器的手指丈量系统中，将光导纤维缝制在手套中，当手指弯曲而导致光导纤维弯曲时，经过光纤传输的光能量将会有衰减，光能衰减的程度与光纤的弯曲程度有关。 .光纤弯曲传感测试电路发光二极管光敏三极管放大及滤波电路发光二极管光敏三极管放大及滤波电路共五套A/D转换及角度计算US

39、B接口至PC光纤.光纤弯曲传感测试数据R2(k) IR2(mA) UR2(V)UQC(V)0.5 5.5 2.75 0.421 3.21 3.21 0.441.5 2.22 3.33 0.452 1.76 3.52 0.472.5 1.44 3.59 0.53 1.2 3.61 1.03.5 1.04 3.64 1.64 0.92 3.67 2.064.5 0.82 3.69 2.385 0.74 3.71 2.765.5 0.68 3.72 2.896 0.62 3.74 3.26.5 0.58 3.76 3.337 0.54 3.78 3.497.5 0.51 3.79 3.628 0.48 3.81 3.75IR2经过R2的电流；UR2R2两端电压；UQC光敏三极管输出电压.光纤弯曲传感实验.Fakespace的Pinch Glove无需校准。当手指之间或手指和手掌之间发生任何接触时，就可经过电路的建立和断路来确定手势。嵌入了多路复用芯片用以减少衔接到电子控制盒的导线数目。控制盒中集成了微处置器、低电流的电源、定时电路以及与主机通讯的RS232串行端口。