基于MEMS传感器的虚拟现实参观系统

2018-11-5 14:59:58

2485 虚拟现实

　　摘要：提出了一种基于MEMS 传感器、LM3S1138 嵌入式处理器和Vega 仿真平台的虚拟现实参观系统，介绍了系统主机端和手柄模块的系统结构。通过坐标变换的方法将传感器测量值转换成手柄在球坐标系中的状态，并计算出动作指令发送给主机端以改变虚拟场景中的视角。在Vega 虚拟场景中对比了理论指令边界和实测指令边界，说明该系统可以达到预期设计目标。
　　0 引言
　　虚拟现实（ virtual reality,VR）是一种模拟人在自然环境中视、听、动等行为的先进人机交互技术，能够为使用者模拟出与现实中相同的三维图像世界。目前，虚拟现实技术的研究主要集中在虚拟场景建模开发和交互控制方法上，常用虚拟场景建模工具主要包括Vega,VRML 等；而常用交互控制方法包括传统鼠标键盘或者数据手套与头部跟踪器，其中前者价格低廉但使用不便，后者价格过高，普通应用场合难以承受[1,2].本文提出了一种基于MEMS 传感器、LM3S1138 微控制器和Vega 虚拟仿真平台的虚拟现实参观系统，用户通过操纵手柄实现在虚拟场景中的自由参观。该系统结构简单、成本低廉、使用方便，只需更改虚拟场景内容即可将该系统移植到其他应用领域。
　　1 系统结构
　　本文提出的虚拟现实参观系统如图1 所示，由手持模块和主机端两部分组成。

图1 虚拟现实参观系统结构图。

　　手柄端微控制器根据地磁场和重力加速度在传感器各测量轴方向上的分量计算出当前手柄相对于重力加速度轴和地磁场轴的俯仰角和方位角，将这2 个角度作为手柄的状态变量并根据手柄初始状态计算出动作指令。然后动作指令通过串口发送到主机端，通信驱动程序根据接收的动作指令改变虚拟场景视角。
　　2 手柄模块设计
　　操纵手柄是楼宇参观系统的核心组成部分，用户通过对手柄水平垂直旋转和前后按键的操作，实现在主机端虚拟场景视角水平360°、垂直180°的全方位变化和虚拟场景中视角位置的前后平移，从而实现在虚拟场景中参观的功能，手柄外观示意如图2 所示。

图2 手柄外观示意图。

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参考文献:

[1]. LM3S1138 datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/LM3S1138+_2402628.html.
[2]. Vega datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/Vega+_1117503.html.