談?wù)刅R里的九軸傳感器

九軸傳感器、九軸體感追蹤、感測(cè)芯片……越來(lái)越多的VR在都在宣傳“九軸傳感器”的概念，這似乎成了VR硬件的新標(biāo)準(zhǔn)。到底什么是九軸傳感器?如何發(fā)揮作用呢?

什么是九軸傳感器

傳感器(sensor)是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將信息按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，進(jìn)行傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄等。傳感器的類型有很多，如聲音傳感器(常見的聲控?zé)?、溫度傳感器(電水壺)等等，被廣泛應(yīng)用在各類電子產(chǎn)品中。

所謂九軸傳感器，其實(shí)三種傳感器的組合：3軸加速傳感器、3軸陀螺儀和3軸電子羅盤(地磁傳感器)。三個(gè)部分作用不同，相互配合，是我們手機(jī)、平板電腦、游戲機(jī)等電子產(chǎn)品中常用的運(yùn)動(dòng)感測(cè)追蹤元件，應(yīng)用于各類軟件、游戲中的交互控制。

加速傳感器

加速傳感器是測(cè)量空間中各方向加速度的。它利用一個(gè)“重力塊”的慣性，傳感器在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，“重力塊”會(huì)對(duì)X、Y、Z方向(前后左右上下)產(chǎn)生壓力，再利用一種壓電晶體，把這種壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，隨著運(yùn)動(dòng)的變化，各方向壓力不同，電信號(hào)也在變化，從而判斷手機(jī)的加速方向和速度大小。比如你突然把手機(jī)往前推，傳感器就知道你是在向前加速了。

陀螺儀

陀螺儀是一種用于測(cè)量角度以及維持方向的設(shè)備，在飛行游戲，體育類游戲和第一視角類射擊等游戲中，可以完整監(jiān)測(cè)游戲者手的位移，從而實(shí)現(xiàn)各種游戲操作效果。下圖是一個(gè)最基礎(chǔ)的機(jī)械陀螺儀模型，中間金色的轉(zhuǎn)子在整個(gè)儀器的運(yùn)動(dòng)中，它因?yàn)閼T性作用不受影響，而周邊三個(gè)“鋼圈”則會(huì)因?yàn)樵O(shè)備改變姿態(tài)而改變，通過這樣來(lái)檢測(cè)設(shè)備當(dāng)前的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。

其實(shí)，在我們的手機(jī)等電子產(chǎn)品中的陀螺儀并不長(zhǎng)這個(gè)樣子。它和加速傳感器一樣也是一個(gè)微電子元件，利用科里奧利力，通過連續(xù)震動(dòng)的振子在旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)偏移，改變電路狀態(tài)，引起相關(guān)電參數(shù)的變化，從而可以反映出左右傾斜、前后傾斜和左右搖擺等運(yùn)動(dòng)情況。

什么是科里奧利力?假設(shè)在一個(gè)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤中央O點(diǎn)有個(gè)運(yùn)動(dòng)員(O點(diǎn)不動(dòng))，要把籃球傳給站在邊緣A點(diǎn)的另一個(gè)運(yùn)動(dòng)員，當(dāng)他沿OA直線方向投球后，A點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)員會(huì)發(fā)現(xiàn)籃球向右偏轉(zhuǎn)，最終落在A'點(diǎn)。以轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤為參照系，籃球仿佛受到一股向右的力，從而發(fā)生偏移，這個(gè)力就稱為科里奧利力。

電子羅盤(地磁傳感器)

利用加速傳感器和陀螺儀，基本可以描述設(shè)備的完整運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。但是隨著長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)，也會(huì)產(chǎn)生累計(jì)偏差，不能準(zhǔn)確描述運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，比如操控畫面發(fā)生傾斜。電子羅盤(地磁傳感器)利用測(cè)量地球磁場(chǎng)，通過絕對(duì)指向功能進(jìn)行修正補(bǔ)償，可以有效解決累計(jì)偏差，從而修正人體的運(yùn)動(dòng)方向、姿態(tài)角度、運(yùn)動(dòng)力度和速度等。

傳感器需配合算法程序

九軸傳感器作為集成化傳感器模塊，減少了電路板和整體空間，更適合用在輕巧便攜的電子設(shè)備和可穿戴產(chǎn)品中。集成化傳感器的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度除了器件本身的精度外，還涉及到焊接裝配后的矯正，以及針對(duì)不同應(yīng)用的配套算法。合適的算法可以將來(lái)自多種傳感器的數(shù)據(jù)融合，彌補(bǔ)了單個(gè)傳感器在計(jì)算準(zhǔn)確的位置和方向時(shí)的不足，從而實(shí)現(xiàn)高精度的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)。

九軸傳感器在VR中的應(yīng)用

九軸傳感器已經(jīng)被應(yīng)用于多哚H1等高端手機(jī)VR產(chǎn)品中，區(qū)別于市面上幾十元的Carboard類玩具版VR，擁有自帶傳感器并實(shí)時(shí)采樣，并利用復(fù)雜的融合運(yùn)算提高精度減小誤差，極大提高了VR的體驗(yàn)效果，尤其在體感交互、游戲等方面優(yōu)勢(shì)更加突出。如今，傳感器作為手機(jī)VR的門檻，已經(jīng)成為消費(fèi)者購(gòu)買VR產(chǎn)品的重要選擇標(biāo)準(zhǔn)。