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谈谈九轴传感器在VR中的应用

2017-09-11 来源:温湿度变送器
    九轴传感器、感测芯片、九轴体感追踪……越来越多的VR在都在宣传“九轴传感器”的概念,这似乎成了VR硬件的新标准。到底什么是九轴传感器?在VR中如何发挥作用呢?

    什么是九轴传感器

    传感器(sensor)是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将信息按一定规律转换成电信号,进行传输、处理、存储、显示、记录等。传感器的类型有很多,如声音传感器(常见的声控灯)、温度传感器(电水壶)等等,被广泛应用在各类电子产品中。

    所谓九轴传感器,其实三种传感器的组合:3轴加速传感器、3轴陀螺仪和3轴电子罗盘(地磁传感器)。三个部分作用不同,相互配合,是我们手机、平板电脑、游戏机等电子产品中常用的运动感测追踪元件,应用于各类软件、游戏中的交互控制。

    加速传感器

    加速传感器是测量空间中各方向加速度的。它利用一个“重力块”的惯性,传感器在运动的时候,“重力块”会对X、Y、Z方向(前后左右上下)产生压力,再利用一种压电晶体,把这种压力转换成电信号,随着运动的变化,各方向压力不同,电信号也在变化,从而判断手机的加速方向和速度大小。比如你突然把手机往前推,传感器就知道你是在向前加速了。

    陀螺仪

    陀螺仪是一种用于测量角度以及维持方向的设备,在飞行游戏,体育类游戏和第一视角类射击等游戏中,可以完整监测游戏者手的位移,从而实现各种游戏操作效果。下图是一个最基础的机械陀螺仪模型,中间金色的转子在整个仪器的运动中,它因为惯性作用不受影响,而周边三个“钢圈”则会因为设备改变姿态而改变,通过这样来检测设备当前的旋转状态。

    其实,在我们的手机等电子产品中的陀螺仪并不长这个样子。它和加速传感器一样也是一个微电子元件,利用科里奥利力,通过连续震动的振子在旋转系统中的运动偏移,改变电路状态,引起相关电参数的变化,从而可以反映出左右倾斜、前后倾斜和左右摇摆等运动情况。

    什么是科里奥利力?假设在一个逆时针转动的圆盘中央O点有个运动员(O点不动),要把篮球传给站在边缘A点的另一个运动员,当他沿OA直线方向投球后,A点的运动员会发现篮球向右偏转,最终落在A'点。以转动的圆盘为参照系,篮球仿佛受到一股向右的力,从而发生偏移,这个力就称为科里奥利力。

    电子罗盘(地磁传感器)

    利用加速传感器和陀螺仪,基本可以描述设备的完整运动状态。但是随着长时间运动,也会产生累计偏差,不能准确描述运动姿态,比如操控画面发生倾斜。电子罗盘(地磁传感器)利用测量地球磁场,通过绝对指向功能进行修正补偿,可以有效解决累计偏差,从而修正人体的运动方向、姿态角度、运动力度和速度等。

    传感器需配合算法程序

    九轴传感器作为集成化传感器模块,减少了电路板和整体空间,更适合用在轻巧便携的电子设备和可穿戴产品中。集成化传感器的数据准确度除了器件本身的精度外,还涉及到焊接装配后的矫正,以及针对不同应用的配套算法。合适的算法可以将来自多种传感器的数据融合,弥补了单个传感器在计算准确的位置和方向时的不足,从而实现高精度的运动检测。

    九轴传感器在VR中的应用

    九轴传感器已经被应用于一些高端手机VR产品中,区别于市面上几十元的Carboard类玩具版VR,拥有自带传感器并实时采样,并利用复杂的融合运算提高精度减小误差,极大提高了VR的体验效果,尤其在体感交互、游戏等方面优势更加突出。如今,传感器作为手机VR的门槛,已经成为消费者购买VR产品的重要选择标准。
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