ART工业级虚拟仿真光学位置定位系统配置详解

ART光学跟踪系统概述

ART是 Advanced Realtime Tracking 的缩写，是一家以红外线跟踪技术为基础，服务于不同专业领域的公司，主要为工业领域客户提供高端虚拟现实实时（不支持录制动作数据）跟踪解决方案，而且可以根据每个用户的不同需求进行优化配置。ART产品广泛用于于汽车制造、列车制造、飞机制造、人体工程学研究等领域。尤其汽车制造领域，目前国内外大部分知名的汽车制造企业都是ART的用户，包括宝马、奥迪、大众、丰田等。

ART下秉持德国工艺的极致要求，所有产品都在德国境内设计，生产与制造。所以无论在产品的可靠度，实用性及精密度都是业界顶级的水平。

ART系统特点

ART提供三维空间内被追踪物体的6自由度数据信息，具备高精度（≤1mm）低延迟特性（≤24ms）,且系统组装、校准快捷简单。因系统采用光学摄像头可有效避免磁性、声音和电子设备的干扰。在追踪物体上可使用被动式反光点标记或主动式发光点标记最多可同时捕捉 30 个反光套件（支持用户定制），在软件方面ART支持 Trackd、VRPN、VR Juggler等通用接口方便与其他VR软件平台衔接。

ART系统支持的软件

ART系统组成

一套完整的ART系统包含ART控制器、光学跟踪摄像头、3D眼镜追踪标记、交互手柄、ART光学手套、全身追踪、DTrack 软件。

系统架构图

ART控制器

控制上配有多个PoE 端口，可通过网线连接ART光学跟踪摄像头、接受摄像头传来的数据信息。

ART光学跟踪摄像头

ART跟踪摄像头用于捕捉被标记的物体（物体上放置追踪标记点），通过软件算法可以得到物体在空间中的位置信息。摄像头有多个型号，（包括：ARTTRACK6/M、ARTTRACK5、RACKPACK/E等）各个型号的尺寸大小、摄像头视角、追踪距离、采集频率等参数指标各不相同，可根据用户的实际应用场景确定所使用的型号。

3D眼镜追踪标记

眼镜追踪标记主要用于追踪操作者的眼睛视角，常用的3D眼镜有Volfoni EDGE RF 射频3D液晶快门眼镜。EDGE RF 3D眼镜通过射频实现同步，这项技术提供了极其稳定的远程同步性。Volfoni的设计符合人体工程学，仅重56克（小于2盎司），为用户提供最佳的舒适性。

ART交互手柄

交互手柄主要用于与虚拟环境的交互操作，ART现已推出全新交互设备Flystick2+，该产品是Flystick2的升级版，配有6个自定义按钮，可实现各种交互操作。在产品升级时，工程师充分考虑到了用户所提出的建议。Flystick2+无线交互手柄专为VR应用设计，该产品自带被动式目标，具有振动触觉反馈功能，搭载更多快捷键和可更换目标锥形盒。模拟扳机按键、USB Type C 充电、预定义手柄和多用途支架等功能让用户操作更加舒适。通过ISM频段的USB无线电收发器，Flystick2+的数据可输出给trackd、VRPN、VR Juggler等软件。

ART光学手套

ART手指跟踪系统的一款高精度手指追踪产品，可跟踪手的运动方向以及手指的位置。该产品为无线产品，单手、双手(4只手，2名用户)均可使用（右手：HT21ftm；左手：HT24ftm），并且有3根手指或5根手指两种版本的产品（5指为纯光、3只带触觉反馈）。

ART的振动触觉手指跟踪允许在虚拟模拟中集成1-2个人的手，手指运动的精度为毫米。此外，可以以相同的精度确定和动画其他物体（例如方向盘、仪表板、后视镜）。振动触觉反馈使用户在虚拟世界中触摸物体时能够感受到指尖的振动。该设备可用于人体工程学分析、维护模拟、可建造性分析和其他需要手与虚拟空间中物体交互的应用。

ART人体追踪（动作捕捉）

动作捕捉（“动作捕捉”）是将人、动物或物体的运动数字化的技术。ART动作捕捉系统标记附着在受试者的四肢上，可以穿在普通衣服上（不需要莱卡紧身衣）通过在预装摄像机前执行一系列运动来捕获数据。

ART动作捕捉系统专为沉浸式虚拟现实和人体工程学分析等应用而设计。这是ART与大众汽车公司密切合作的研究工作的成果，作为AVILUS研究项目的一部分，该系统支持协作工作，允许同时对多达三个受试者进行动作捕捉（第三个主体只有上半身）。

在进行动作捕捉之前，精确校准身体标记以生成主体动作的精确至关重要。为此，ART动作捕捉使用单步校准过程，快速、准确、方便。受试者只需进行一系列任意运动，即可自动计算骨骼长度和目标位置。结果会自动传输到数字模型，在那里可以直接实时使用，而无需进行后处理。

ART动作捕捉可以精确记录身体动作，通过附着在身体各个部位的 17 个单独的 6DOF 目标来实现。这在使用中非常灵活，因为只需要佩戴特定运动捕捉任务所需的目标。例如，在座椅降压设置中，使用目标子集来仅跟踪上半身、头部和手臂。该系统能够同时跟踪两个人，同时进行全身跟踪，同时还可以跟踪第三个受试者的上半身。单个反光标记具有坚韧的塑料涂层，使其对恶劣工作环境可能造成的划痕和其他轻微损坏具有极强的抵抗力。

ART-Human是辅助动作捕捉的软件工具。软件使用高度精确的 6 自由度（6DOF）光学目标数据通过软件算法得到人体运动数据。ART-Human模型会自动校准每个肢体段的长度。连接目标后，开始快速直接的校准过程。用户只需移动他的胳膊和腿大约 20 秒即可。然后由软件评估校准的准确性，并将结果（每个肢体的长度和6DOF目标的偏移数据）应用于模型。

ART-Human 现在可以将人体模型数据实时发送到您的应用程序，也可以同时将手指跟踪与ART-Human一起使用，人体的运动直接实时链接到3D模型中的人体模型。

DTrack 软件

DTRACK控制软件是ART系统的核心，可以快速、简单、准确地设置相机配置，并提供无与伦比的稳定性操作。3DOF 和 6DOF 数据由摄像机捕获，并通过控制器发送到 DTRACK，求解实时方向和位置并直接发送到您的3D软件应用程序。

DTRACK UI设计友好、操作简单，GUI可以直接连接到系统主机，也可以从计算机网络上的任何地方控制系统。跟踪数据通过 TCP/IP 连接ART 控制器和 DTrack GUI 之间交换，从而提供了最大的操作灵活性和稳定性。

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