Электронный 3D-компас является ключевым сенсорным компонентом для обеспечения пространственной ориентации и восприятия положения в современных системах дополненной и виртуальной реальности, а его технология основана на многосенсорном слиянии для сложных систем. Это устройство может измерять абсолютное направление оборудования в трехмерном пространстве в реальном времени путем интеграции трехосевых датчиков магнитного поля, трехосевых MEMS-акселерометров и/или трехосевых гироскопов. Датчик магнитного поля отвечает за обнаружение компонент вектора магнитного поля Земли по трем ортогональным осям, акселерометр определяет направление силы тяжести для определения углов тангажа и крена, а гироскоп предоставляет информацию об угловой скорости для динамической компенсации положения. Такая многосенсорная архитектура позволяет электронным компасам поддерживать точность определения курса в сложных состояниях движения, обеспечивая стабильную направленную опору для приложений дополненной и виртуальной реальности.

Основные технические характеристики и параметры производительности

Рабочие характеристики электронного 3D-компаса напрямую влияют на удобство использования систем дополненной и виртуальной реальности. Современные устройства, такие как высокоточные электронные 3D-компасы серии C9000, способны поддерживать точность определения направления при экстремальных углах наклона ±85°, что достигается за счет трехосевых акселерометров, компенсирующих наклон в широком диапазоне углов. Эта способность противостоять наклону особенно важна для AR-гарнитур и VR-контроллеров, поскольку пользователи часто испытывают значительные движения головы или рук во время использования. Кроме того, высокопроизводительные электронные компасы также используют технологию калибровки с использованием твердого/мягкого железа для уменьшения влияния окружающей среды и обеспечения стабильности измерений в металлических средах.

Применение 3D-электронного компаса в навигации с использованием дополненной реальности и при исследовании местности.

Ключевой проблемой навигации в дополненной реальности является виртуальная и реальная регистрация, требующая бесшовного наложения виртуальных навигационных индикаторов на правильное положение в реальной сцене.

Используя углы азимута, места и крена, предоставляемые 3D-электронным компасом, система вычисляет матрицу вращения и вектор перемещения системы координат камеры относительно мировой системы координат, а также строит матрицу преобразования из мировой системы координат в систему координат камеры, предоставляя пользователям интуитивно понятное руководство по направлению.

Когда пользователь включает режим дополненной реальности (AR), система захватывает окружающую среду с помощью камеры и одновременно использует данные о направлении от электронного компаса и данные о местоположении GPS для генерации трехмерных навигационных стрелок, интегрированных с окружающей средой. Система также поддерживает функцию офлайн-карт, используя электронный компас и инерциальную навигацию для обеспечения навигации в удаленных районах без сигнала сети, что значительно расширяет область применения навигации в дополненной реальности.

Применение 3D-электронного компаса в навигации с дополненной реальностью внутри помещений и отображении оборудования.

Внутренние помещения представляют собой серьезную проблему для традиционных технологий позиционирования из-за отсутствия сигналов GPS и наличия сложных источников магнитных помех. Была создана высокоточная система навигации в дополненной реальности для помещений, объединяющая трехмерный электронный компас с ИК-UWB сверхширокополосным позиционированием и распознаванием моментальных признаков изображения. Это инновационное решение является первым, в котором технология ИК-UWB применяется для трехмерной регистрации в дополненной реальности, обеспечивая точность позиционирования на уровне сантиметров. Система состоит из нескольких технических модулей: CMOS-камеры захватывают реальные сцены; установленные на шлеме дисплеи отображают расширенный контент; модуль ИК-UWB обеспечивает точное отслеживание положения; трехмерный электронный компас измеряет направление угла обзора; модуль моментальных признаков изображения для идентификации объектов; модуль генерации виртуальных сцен создает виртуальный контент; модуль виртуального слияния с реальными сценами обеспечивает бесшовную интеграцию виртуального контента с реальными сценами.

Применение 3D-электронного компаса в иммерсивной виртуальной реальности и виртуальном подвесе.

Электронный 3D-компас продемонстрировал уникальную ценность в области виртуальной реальности, особенно в иммерсивных средах, требующих реального определения направления. Внедряя реальные ориентиры направления в виртуальную среду, электронный компас решает проблему непоследовательного восприятия направления в системах VR, значительно уменьшая головокружение у пользователей и склонность к потере ориентации. В высококачественных системах VR электронный 3D-компас интегрируется с MEMS-датчиками для построения всенаправленной системы слежения, позволяя виртуальной камере точно воспроизводить истинный угол поворота и направление головы пользователя.

Виртуальный подвес на основе электронного компаса и MEMS-системы представляет собой технологическую инновацию в области интерактивных устройств виртуальной реальности. Эта система не требует тяжелых механических конструкций. Она измеряет трехмерные данные геомагнитного поля с помощью электронного компаса и объединяет данные акселерометра и гироскопа MEMS для расчета относительного азимута и угла ориентации подвеса, а также информации о масштабировании и фокусировке объектива камеры.

Заключение

Ключевая ценность электронных компасов в дополненной и виртуальной реальности заключается в обеспечении надежной ориентации в пространстве и определении контекста, а их технологическая эволюция приводит к переходу устройств от «визуального погружения» к «мультисенсорному взаимодействию». С непрерывным появлением новых материалов, алгоритмов и датчиков роль электронных компасов в системах дополненной и виртуальной реальности станет еще более важной, в конечном итоге достигнув цели бесшовной интеграции виртуального и реального миров.

• Предыдущий пост

  механизм защиты от перегрузки по току LDO

• Следующий пост

  Почему выход интерфейса IIC имеет открытый сток?