2014-11-17

1

Śledzenie użytkownika w wirtualnym

świecie

Rodzaje systemów nawigacyjnych:
• Mechaniczny
• Elektromagnetyczny
• Ultradźwiękowy
• Optyczny
• Inercyjne
• Inne – np. algorytmy
rozpoznawania

System pozycjonowania

mechanicznego

Zalety:

•wydajność
•precyzja
•rozdzielczość

Wady:

•Ograniczona liczba stopni
swobody
•Niewygodny uchwyt

Mechaniczne pozycjonowanie

• Animazoo – Gypsy 7

– 14 czujników
– Dokładność (rozdzielczość 0.125°)
– Niezależne przetwarzanie każdego przegubu
– Wprowadzane małe zakłócenia do informacji

przesyłanych

Typy systemów nawigacyjnych:

Pozycjonowanie elektromagnetyczne

•Prąd zmienny – zmienne pole magnetyczne

(dobra jakość sygnału)

•Prąd stały- statyczne pole magnetyczne

(słabe pole magnetyczne, stabilniejsze w
obecności metalowych elementów)

Zalety:

1.Free-flying
sensor
2.Magnetic field
penetrates
objects between
sender and
receiver
3.All attitude (six
degrees of
freedom)
4.Very small and
light weight
receivers
5.Very high
resolutions
achievable under
controlled
conditions (0.2
mm, 0.1 degree)

Wady:
1.Cabled sensor
2.Expensive

instrumentation

3.Limited field of

operation (3x3x3
meters)

4.AC version is very

sensitive for
distortions caused by
metallic objects in
the measure area

5.Sensitivity for

electromagnetic
devices (video
beamers, CRT)

6.May cause damage

to HF electronic
devices

Typy systemów nawigacyjnych:

pozycjonowanie ultradźwiękowe

Zalety:

- free-flying sensor
- 3-6 degrees of freedom devices

available

- small and light weight sensors (sender)
- high resolutions achievable for relative

movements

- quite cheap technology

Spatial
relationships of
the receiver
arrangement is
known from
manufacturing
process

Wady:
- operates often within a hemispheric

environment only

- echo-reflecting environment can cause

trouble under measurement

- external high frequency sound sources can

cause problems

- limited range of operation
- sample rate degrades with distance
- line-of-sight problem

2014-11-17

2

Typy systemów nawigacyjnych:

optyczne, np. światło podczerwone

Wady:

- Czujniki aktywne wyposażone w przewód

- Problem linii widoczności

- Obiekty odbijające w otoczeniu mogą

powodować błędu

- Wiele innych źródeł podczerwieni może

zakłócać pracę systemu pomiarowego

(

np. pilot

)

- Inne urządzenia sterowane przez

podczerwień mogą być zakłócane przez

nawigator

Zalety:

- Wygodne czujniki pasywne
- 3 - 6 stopni swobody
- Dość wysoka rozdzielczość w
ograniczonym obszarze pracy
- Odpowiednie do szerokiego obszaru
śledzenia
-Skuteczna metoda pomiaru
-Odpowiednia cena

System nawigacyjny Polaris, NDI

Kamera na podczerwień

Rigid Body:
Aktywne i Pasywne

Transformacja układu współrzędnych

Translacja,
Rotacja

Translacja,
Rotacja

Polaris wysyła do komputera:

•Wektor translacji

•Kwaterniony: q0, qx, qy, qz definują
macierz rotacji

•Wartość RMS – odchylenie standardowe,
wprowadzane przez algorytm Best-Fit-
Algorithm odnoszący obserwowane punkty
(diody, kuleczki) do danych kalibracji







































fQzQz

fQyQy

-

fQxQx

-

fQ0Q0

fQyQz))

(fQ0Qx

*

(2.0

fQxQz))

(-fQ0Qy

*

(2.0

fQyQz))

(-fQ0Qx

*

(2.0

fQzQz

-

fQyQy

fQxQx

-

fQ0Q0

fQxQy))

(fQ0Qz

*

(2.0

fQxQz))

(fQ0Qy

*

(2.0

fQxQy))

(-fQ0Qz

*

(2.0

fQzQz

-

fQyQy

-

fQxQx

fQ0Q0

Referencyjny układ współrzędnych

Translacja,
Rotacja

Translacja,
Rotacja

Narzędzie

Referencja

Zdefiniowanie transformacji:

Układ współrzędnych kamery – Układ
współrzędnych referencyjnego rigid body

Można zdefiniować współrzędne ruchu
narzędzia w referencyjnym układzie
współrzędnych

USTALIĆ LOKALNY UKŁAD WSPÓŁRZĘDNYCH ABY

SKOMPENSOWAĆ MOŻLIWY RUCH NAWIGATORA LUB OBIEKTU

KAMERA

Komputerowe wspomaganie zabiegów

• Narzędzia chirurgiczne

wyposażone w czujniki
podczerwone.

• Dodatkowe czujniki montuje się

na ciele pacjenta.

• Kamera na podczerwień śledzi

ruch narzędzi chirurgicznych w
odniesieniu do anatomii pacjenta.

Nawigacja w chirurgii

• Nawigacja wspomagana obrazami

– Obrazy uzyskiwane

przedoperacyjnie

– W czasie zabiegu:

• Rejestracja punktów

charakterystycznych.

• Określenie transformacji

pomiędzy przestrzenią
punktów na pacjencie w relacji
do przestrzeni punktów na
obrazie.

• Ruch narzędzia jest

prezentowany na ekranie.

2014-11-17

3

Śledzenie ruchu ręki, twarzy, oczu…

• Żyroskopy
• Akcelerometry
• Tensometry
• Kamery

Inne

Ręka

Ręka i rękawice

Oczy i głowa

Systemy „nawigacji” (wskazywania)

2014-11-17

4

Możliwości śledzenia ruchu