基于VR设备中IMU的头部姿态感知算法研究

张雁鹏,高建勇,周志杰

(1.苏州热工研究院有限公司 设备管理部，广东 深圳 518028; 2.华能山东石岛湾核电有限公司 生产管理部，山东 荣成 264312)

0 引言

由于头戴式显示设备(HMD,head-mounted device)的发展，基于虚拟现实(VR,virtual reality)的教育培训随之流行开来[1-4]。由于VR技术具有集成性、交互性等特点，利用VR技术可以创造出一个真实的教学环境，可以方便的模拟课堂环境下不便于布置的一些场景，为教师教学提供了形象直观的表达工具，将信息技术与学科课程的教与学融为一体。而在使用过程中，使用者可以与VR设备播放视频中的对象进行交互，可以像真实场景中随着头部的转动看到不同的景色，达到身临其境的效果。因此，VR设备对使用者头部姿态的感知尤为重要。

为了方便地使用VR头戴式设备，必须满足一些条件：首先，设备在形式上必须是独立的，有自己独立的电源和处理系统； 其次，设备的重量和功耗必须越低越好；最后，设备处理的延迟时间应该越小越好。采用外部视觉跟踪设备对人体头部姿态进行测量的方式[5-6]，需要安装额外的装置，破坏了VR设备使用的独立性，同时极大地增加了使用的成本，且具有场地使用的局限性，同时由于通过外部设备进行姿态处理，存在时间延迟的问题。而使用低成本惯性测量单元(IMU，inertial measurement unit)与头戴式设备固定连接的方式进行姿态测量，可以方便地通过VR设备中的嵌入式系统读取IMU内部的加速度、角速度以及磁场强度数据，进而运行姿态解算程序，在保证可靠精度的同时，降低了使用成本。……