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3DoF、6DoF、9DoF分別是什么?
發布時間:2020-12-16 14:11

  本文將簡單介紹運動中的“自由度”,這是討論VR機制的必要概念。自由度(DoF)與剛體在空間內的運動相關,可以解釋為“物體移動的不同基本方式”。

  

 

  自由度總共有6個,可分成兩種不同的類型:平移和旋轉。

  1. 平移運動

  剛體可以在3個自由度中平移:向前/向后,向上/向下,向左/向右。

  

 

  2. 旋轉運動

  剛體也可以在3個自由度中旋轉:縱搖(Pitch)、橫搖(Roll)和垂搖(Yaw)。

  

 

  因此,3種類型的平移自由度+3種類型的旋轉自由度 = 6自由度!

  在任意一個自由度中,物體可以沿兩個“方向”自由運動。例如,電梯限制在1個自由度中(垂直平移),但電梯能夠在這個自由度中上下運動。同樣,摩天輪限制在1個自由度中,但這是旋轉自由度,所以摩天輪能夠朝相反的方向旋轉。

  我們可以繼續舉例子,比如說主題公園。碰碰車總共有3個自由度:它只能在3軸中的2條里平移(無法像電梯那樣上下移動);然后它只能以一種方式旋轉(無法像飛機那樣縱搖和垂搖)。 所以2個平移+1個旋轉=3自由度。

  無論有多復雜,剛體的任何可能性運動都可以通過6自由度的組合進行表達。例如在你用球拍擊打網球的時候,球拍的復雜運動可以表示為平移和旋轉的組合。

  3. 慣性測量單元和自由度

  慣性測量單元(IMU)是一種通過傳感器組合(加速度計、陀螺儀和磁力計)來測量和報告速度、方向和重力的電子設備。IMU過去的主要應用之一是作為飛機儀表設備,但現在它們已經應用于一系列電子設備,比如說智能手機。IMU的成本已經出現了大幅下降,映維網覺得我們今天可以認為3DoF定位問題已經得到了“解決”。但遺憾的是,IMU在實際應用中只能準確地測量和報告方向值(旋轉),無法處理平移。

  4. 九自由度是什么

  IMU的世界里出現了有趣的術語,比如一系列關于“9自由度”IMU的說法,但這令人相當困惑,因為自由度總共只有6個。

  基本上,很多IMU廠商都生造了“9自由度”一詞來推銷他們的產品,但這都不是真正意義上的自由度。9自由度主要是IMU內每一個傳感器所能測量到的自由度的總和。比如,如果IMU搭載了一個可以測量3自由度的加速度計,一個能測量3自由度的陀螺儀,以及一個能測量3自由度的磁力計,廠商就有可能將其稱之為9自由度IMU(九軸)。但這與現實不符,因為這3個傳感器所測量的是相同的3自由度(只有方向)。

  一個9自由度IMU(九軸)可能比6自由度IMU(六軸)更好,因為它可以通過傳感器融合(結合來自不同傳感器的數據)來提高最終輸出的質量。然而,這仍然無法測量平移。

關鍵詞: 3DoF,6DoF,9DoF
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