的尚精度追蹤；
[0030](4)、本發(fā)明發(fā)明創(chuàng)新性的采用了帶有MEMS加速度計、陀螺儀、磁力計、類鼠標按鍵以及振動電機的微型操作筆進行手部運動跟蹤和力反饋，既結(jié)合了鼠標的操作便捷性，又具備三維空間的位置和姿態(tài)檢測能力，為用戶操作三維空間物體提供了極大地方便，具有非常好的使用體驗。
【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明便攜式可交互桌面級虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)組成示意圖；
[0032]圖2為本發(fā)明微型運動跟蹤器外形結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖3為本發(fā)明微型操作筆外形結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖4為本發(fā)明偏振立體眼鏡外形結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖5為本發(fā)明便攜式可交互桌面級虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)工作原理圖；
[0036]圖6為本發(fā)明便攜式可交互桌面級虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)工作流程圖。
【具體實施方式】
[0037]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述:
[0038]如圖1所示為本發(fā)明便攜式可交互桌面級虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)組成示意圖，本發(fā)明便攜式桌面級可交互虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，包括圖形渲染計算機1、偏振立體顯示器2、微型運動跟蹤器3、微型操作筆4和偏振立體眼鏡5。如圖5所示為本發(fā)明便攜式可交互桌面級虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)工作原理圖。
[0039]圖形渲染計算機I是整個虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的立體圖像渲染中心以及人機交互邏輯處理中心，具體執(zhí)行的功能包括:
[0040]根據(jù)用戶需求采用三維圖形軟件加載三維場景，其中三維圖形軟件包括基于Direct3D或者OpenGL圖形庫開發(fā)的一系列三維圖形引擎，如Vega Prime、Open SceneGraph、Unity3D 等。
[0041]通過USB 口給微型運動跟蹤器3供電，接收微型運動跟蹤器3跟蹤到的眼部位置和視線方向信息，根據(jù)眼部位置和視線方向信息實時計算生成左右眼立體圖像，并通過雙鏈路DVI接口發(fā)送給偏振立體顯示器2。
[0042]其中圖形渲染計算機I根據(jù)眼部位置和視線方向信息實時計算生成左右眼立體圖像的具體方法如下:
[0043](I)為了模擬人的左右兩眼看到的圖像，圖形渲染計算機I在三維場景中建立左右眼虛擬攝像機，兩個虛擬攝像機之間的距離為人左右兩眼之間的瞳距。
[0044](2)圖形渲染計算機I根據(jù)眼部位置和視線方向信息驅(qū)動兩個虛擬攝像機在三維場景中的位置和姿態(tài)，根據(jù)所述位置和姿態(tài)對兩個虛擬攝像機進行虛擬成像，即將三維場景分別向兩個虛擬攝像機平面進行透視投影，從而生成可以產(chǎn)生立體效應(yīng)的左右眼圖像。
[0045]圖形渲染計算機I通過USB 口給微型操作筆4進行供電，接收微型操作筆4發(fā)送的微型操作筆4的位置、姿態(tài)信息在三維虛擬場景中生成虛擬操作筆的圖像，同時接收微型操作筆4發(fā)送的按鍵(即左中右鍵)操作信息，驅(qū)動三維立體場景進行響應(yīng)，即操作三維虛擬場景中的物體。當三維場景中微型操作筆4拾取的物體與其他物體發(fā)生干涉及碰撞情況時，通過USB 口向微型操作筆4發(fā)送碰撞提示信號。
[0046]其中接收微型操作筆4發(fā)送的按鍵(即左中右鍵)操作信息，驅(qū)動三維立體場景進行響應(yīng)的具體方法如下:
[0047](I)通過微型操作筆4的位置、姿態(tài)來驅(qū)動三維場景中虛擬操作筆的位置和姿態(tài)；
[0048](2)微型操作筆4的左中右鍵的功能類似鼠標按鍵功能，不同的是它們的中鍵的按下和彈起狀態(tài)能夠保持。當虛擬操作筆的末端觸碰到場景中的物體時:按住左鍵可以拾取該物體，此時用戶通過移動微型操作筆可以驅(qū)動三維場景中的虛擬操作筆抓取并移動該物體，該物體的位置和姿態(tài)完全受微型操作筆4控制；按住右鍵時可以彈出功能菜單，用戶通過移動微型操作筆，使用虛擬操作筆的筆尖選擇菜單項，并單擊左鍵選擇該項，實現(xiàn)菜單項定義的功能；按下中鍵時，啟動力反饋功能，當抓取的物體與環(huán)境中其他物體產(chǎn)生碰撞時，微型操作筆4的振動電機會產(chǎn)生振動，振動的幅度與相對碰撞速度成正比。
[0049]偏振立體顯示器2是整個虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的的顯示終端，通過雙鏈路DVI接口接收圖形渲染計算機I發(fā)送的左右眼立體圖像，進行偏振立體顯示。
[0050]如圖2所示為本發(fā)明微型運動跟蹤器外形結(jié)構(gòu)示意圖，微型運動跟蹤器3包括紅外光源31、兩個紅外攝像頭32和內(nèi)置的微處理器電路，此外微型運動跟蹤器3還包括夾持底座33和USB線纜34，通過夾持底座33夾持在偏振立體顯示器2上部，通過USB線纜34與圖形渲染計算機I連接，通過圖形渲染計算機I的USB 口進行供電并傳輸數(shù)據(jù)。
[0051]其中紅外發(fā)光源31產(chǎn)生的紅外光經(jīng)偏振立體眼鏡5上的紅外反光標志點51反射后進入兩個紅外攝像頭32成像，兩個紅外攝像頭32組成雙目視覺對。通過內(nèi)置的微處理器對所成圖像進行處理，具體處理方法為:分別提取偏振立體眼鏡5上紅外反光標記點51在兩個紅外攝像頭圖像中所成的高亮像點，利用雙目視覺原理計算出所述紅外反光標記點的空間位置，將其中心位置作為眼部的位置，利用計算得到的所述紅外反光標記點的空間位置擬合出偏振立體眼鏡5所在平面，將平面法線方向作為視線方向，這樣可得到人眼的位置和視線方向信息。微型運動跟蹤器3將得到眼部位置和視線方向信息，發(fā)送給圖形渲染計算機I。
[0052]如圖3所示為本發(fā)明微型操作筆外形結(jié)構(gòu)示意圖，微型操作筆4外形包括按鍵41、筆桿42和USB線纜43，其中按鍵41包括左中右鍵，且中鍵的按下和彈起狀態(tài)能夠保持；當三維場景中虛擬操作筆的筆尖觸碰到三維場景中的物體時，按住微型操作筆4的左鍵拾取該物體，此時用戶通過移動微型操作筆4驅(qū)動三維場景中的虛擬操作筆抓取并移動該物體；按住微型操作筆4的右鍵時彈出功能菜單，用戶通過移動微型操作筆4，使用虛擬操作筆的筆尖選擇菜單項，并單擊左鍵選擇該項，實現(xiàn)菜單項定義的功能；按下中鍵時，啟動力反饋功能，當抓取的物體與環(huán)境中其他物體產(chǎn)生碰撞時，微型操作筆產(chǎn)生振動，振動的幅度與相對碰撞速度成正比。
[0053]微型操作筆4通過圖形渲染計算機I的USB接口進行供電并交互數(shù)據(jù)。除外部的按鍵41外，內(nèi)部包括三軸MEMS加速度計、陀螺儀、磁力計器件和微處理器，其中微處理器接收三軸MEMS加速度計發(fā)送的三軸加速度、陀螺儀發(fā)送的角速率、磁力計器件發(fā)送的磁強信息，利用卡爾曼濾波算法得到微型操作筆4的位置和姿態(tài)。將微型操作筆4的位置和姿態(tài)信息發(fā)送給圖形渲染計算機1，并將按鍵操作信息發(fā)送給圖形渲染計算機1，圖形渲染計算機I根據(jù)此信息可以在三維虛擬場景中生成虛擬操作筆的圖像，此時用戶可通過左中右三個按鍵的定義來操作三維虛擬場景中的物體。
[0054]微型操作筆4內(nèi)部還包括振動電機，當通過微型操作筆4拾取的三維虛擬場景中的物體與其他物體或環(huán)境發(fā)生碰撞時，根據(jù)圖形渲染計算機I發(fā)來的碰撞提示信號驅(qū)動振動電機振動，達到力反饋的效果。
[0055]如圖4所示為本發(fā)明偏振立體眼鏡外形結(jié)構(gòu)示意圖，偏振立體眼鏡5由虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的使用者佩戴，左右眼鏡片采用兩片偏振方向互相垂直的偏振片52，分別只允許偏振立體顯示器2的左右眼圖像光線通過，從而產(chǎn)生立體效應(yīng)。眼鏡框的四角及中間支撐梁上分別設(shè)有紅外反光標志點51，對各個方向入射的紅外光具有逆反射特性。用于配合微型運動跟蹤器實現(xiàn)視點位置的追蹤。
[0056]本實施例中優(yōu)選偏振立體眼鏡5的左鏡框與右鏡框外側(cè)的兩個角上各設(shè)置一個反光標志點51，連接左右鏡框的橫梁中間位置設(shè)置一個反光標志點51。
[0057]如圖6所示為本發(fā)明便攜式可交互桌面級虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)工作流程圖，本發(fā)明便攜式可交互桌面級虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的操作過程如下:
[0058](I)、按照系統(tǒng)連接圖連接所有設(shè)備，打開圖形渲染計算機I和偏振立體顯示器2，戴上偏振立體眼鏡5 ；