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本文將簡(jiǎn)單介紹運(yùn)動(dòng)中的“自由度”，這是討論VR機(jī)制的必要概念。自由度(DoF)與剛體在空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)相關(guān)，可以解釋為“物體移動(dòng)的不同基本方式”。
自由度總共有6個(gè)，可分成兩種不同的類(lèi)型：平移和旋轉(zhuǎn)。
1. 平移運(yùn)動(dòng)
剛體可以在3個(gè)自由度中平移：向前/向后，向上/向下，向左/向右。
2. 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)
剛體也可以在3個(gè)自由度中旋轉(zhuǎn)：縱搖(Pitch)、橫搖(Roll)和垂搖(Yaw)。
因此，3種類(lèi)型的平移自由度+3種類(lèi)型的旋轉(zhuǎn)自由度 = 6自由度!
在任意一個(gè)自由度中，物體可以沿兩個(gè)“方向”自由運(yùn)動(dòng)。例如，電梯限制在1個(gè)自由度中(垂直平移)，但電梯能夠在這個(gè)自由度中上下運(yùn)動(dòng)。同樣，摩天輪限制在1個(gè)自由度中，但這是旋轉(zhuǎn)自由度，所以摩天輪能夠朝相反的方向旋轉(zhuǎn)。
我們可以繼續(xù)舉例子，比如說(shuō)主題公園。碰碰車(chē)總共有3個(gè)自由度：它只能在3軸中的2條里平移(無(wú)法像電梯那樣上下移動(dòng));然后它只能以一種方式旋轉(zhuǎn)(無(wú)法像飛機(jī)那樣縱搖和垂搖)。 所以2個(gè)平移+1個(gè)旋轉(zhuǎn)=3自由度。
無(wú)論有多復(fù)雜，剛體的任何可能性運(yùn)動(dòng)都可以通過(guò)6自由度的組合進(jìn)行表達(dá)。例如在你用球拍擊打網(wǎng)球的時(shí)候，球拍的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)可以表示為平移和旋轉(zhuǎn)的組合。
3. 慣性測(cè)量單元和自由度
慣性測(cè)量單元(IMU)是一種通過(guò)傳感器組合(加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì))來(lái)測(cè)量和報(bào)告速度、方向和重力的電子設(shè)備。IMU過(guò)去的主要應(yīng)用之一是作為飛機(jī)儀表設(shè)備，但現(xiàn)在它們已經(jīng)應(yīng)用于一系列電子設(shè)備，比如說(shuō)智能手機(jī)。IMU的成本已經(jīng)出現(xiàn)了大幅下降，映維網(wǎng)覺(jué)得我們今天可以認(rèn)為3DoF定位問(wèn)題已經(jīng)得到了“解決”。但遺憾的是，IMU在實(shí)際應(yīng)用中只能準(zhǔn)確地測(cè)量和報(bào)告方向值(旋轉(zhuǎn))，無(wú)法處理平移。
4. 九自由度是什么
IMU的世界里出現(xiàn)了有趣的術(shù)語(yǔ)，比如一系列關(guān)于“9自由度”IMU的說(shuō)法，但這令人相當(dāng)困惑，因?yàn)樽杂啥瓤偣仓挥?個(gè)。
基本上，很多IMU廠(chǎng)商都生造了“9自由度”一詞來(lái)推銷(xiāo)他們的產(chǎn)品，但這都不是真正意義上的自由度。9自由度主要是IMU內(nèi)每一個(gè)傳感器所能測(cè)量到的自由度的總和。比如，如果IMU搭載了一個(gè)可以測(cè)量3自由度的加速度計(jì)，一個(gè)能測(cè)量3自由度的陀螺儀，以及一個(gè)能測(cè)量3自由度的磁力計(jì)，廠(chǎng)商就有可能將其稱(chēng)之為9自由度IMU(九軸)。但這與現(xiàn)實(shí)不符，因?yàn)檫@3個(gè)傳感器所測(cè)量的是相同的3自由度(只有方向)。
一個(gè)9自由度IMU(九軸)可能比6自由度IMU(六軸)更好，因?yàn)樗梢酝ㄟ^(guò)傳感器融合(結(jié)合來(lái)自不同傳感器的數(shù)據(jù))來(lái)提高最終輸出的質(zhì)量。然而，這仍然無(wú)法測(cè)量平移。
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