Positionell spårning är en av de virtuella verklighetsteknikerna som ligger till grund för mänsklig interaktion med den virtuella världen. Designad för att bestämma positionen och orienteringen av ett verkligt objekt (som en hand, ett huvud eller en speciell enhet) i en virtuell miljö med flera frihetsgrader . Som regel tre koordinater för dess placering (x, y, z) och tre vinklar som definierar dess orientering i rymden (" rulla ", " pitch ", " yaw " eller Euler-vinklar ). Att bestämma positionen och orienteringen av ett verkligt objekt i rymden bestäms med hjälp av speciella sensorer och markörer. Sensorer tar en signal från ett verkligt föremål när det rör sig och överför informationen som tas emot till en dator.
Spårningssystemet för virtuell verklighet är en sorts kopia av de positionerings- och orienteringssystem som finns i naturen. De "naturliga" spårningssystemen i den verkliga världen är de mänskliga sinnena . Till exempel hjälper syn en person att avgöra var han är i förhållande till andra föremål och människor.
I avsaknad av förmågan att se för orientering i rymden är hörseln sammankopplad. Fladdermöss och delfiner använder just ett sådant spårningssystem. Ultraljud ger dem möjlighet att inte bara märka ett hinder på vägen, utan också att bestämma avståndet till det.
Inget system kan betraktas som ett komplett VR-system om det inte känner till användarens position och orientering och hans handlingar vid varje ögonblick. Spårning organiserar överföringen av denna information till systemets "hjärna". Spårning är ögonen, öronen, beröringen och lukten av VR-systemet.
För att implementera spårning i VR används elektromagnetiska , ultraljuds-, tröghets- och optiska system.
Optiska spårningssystem är baserade på samma princip som människans stereoskopiska syn . När en person ser med två ögon kan han avgöra hur långt ett föremål är och hur det är orienterat.
Driften av optiska spårningssystem är baserad på spårning av speciella optiska markörer , som är utrustade med en enhet för interaktion med VR ( interactive device ). Spårningssystemet skickar sedan en signal till en dator, där informationen bearbetas. Därefter reagerar systemet på en förändring av den interaktiva enhetens position och orientering, och modifierar VR enligt det föreskrivna interaktionsscenariot.
För optiska spårningssystem används som regel speciella optiska signalregistreringsmoduler , annars sensorer eller kameror (från en i enkla system till flera dussin i komplexa VR-system).
En av uppgifterna för optiska spårningssystem är att kalibrera systemet i verkliga koordinater. Detta görs för att upprätta ett en-till-en-förhållande mellan koordinater i den verkliga och virtuella världen, så att en person kan "ta" ett virtuellt objekt med sin hand eller en speciell enhet, och systemet reflekterar denna handling i sitt virtuella utrymme .
Den största nackdelen med optiska spårningssystem är behovet av exakt kalibrering av optiska signalmottagande moduler (kameror). Ett sådant system kräver vanligtvis två eller flera kameror för att fungera. Deras arbetsområde är skärningsområdet för kamerornas synlighet. Ju större interaktionszonen ska vara, desto fler kameror du behöver installera, desto svårare blir kalibreringsproceduren. Men optiska spårningssystem används oftare än andra, eftersom de är mer pålitliga och prisvärda.
Professionella optiska spårningssystem från västerländska företag använder idag från 2 till 4 kameror i varje spårningssystem. I system med två eller flera kameror är det nödvändigt att utföra intern kalibrering, det vill säga att upprätta ett förhållande mellan maskmallens yttre dimensioner och dess bild på kameramatrisen . Därefter bör extern kalibrering utföras genom att länka kamerornas koordinatsystem (verklig plats) till varandra och sedan till den virtuella världens koordinatsystem (som regel är dessa koordinaterna för skärmen, vilket är en "fönster" till virtuell verklighet).
När du använder två, tre, fyra eller fler kameror är det nödvändigt att kalibrera dem i par. Tidigare gjordes detta manuellt, nu görs det halvautomatiskt. Kostnaden för sådana system är cirka 300 USD för två kameror. [ett]
I ett ultraljudsspårningssystem placeras sändare på ett verkligt föremål som rör sig i rymden, och mottagare är fästa på ett sådant sätt att de bildar en antenn (i vissa system är sändare och mottagare utbytta, allt beror på affärsuppgiften) .
När en sändare skickar en signal plockar statiska sensorer upp den och mäter tiden mellan sändning och mottagning av signalen. Baserat på det erhållna resultatet, det vill säga på fördröjningstiden, beräknas avståndet mellan sändaren och mottagaren. Baserat på avståndsdata beräknas de tredimensionella koordinaterna för objektet i systemet. Objektets orientering bestäms med hjälp av ett gäng med tre fast fixerade sändare.
Fördelarna med ultraljudsspårningssystem är den goda noggrannheten i att mäta koordinater och vinklar, samt möjligheten att bygga nästan vilket arbetsområde som helst.
De största nackdelarna med ultraljudsspårning inkluderar behovet av direkt synlighet mellan sändare och mottagare, låg ultraljudshastighet, behovet av noggrann kalibrering av mottagare och en minskning av noggrannheten med temperaturförändringar och med vindbyar.