摘要：头部跟踪系统是虚拟现实系统中的关键部分之一，它的任务是检测头部的姿态与方位。设计一种基于两轴磁阻效应传感器和三轴MEMS加速度传感器的微型虚拟现实头部跟踪系统，首先阐述了系统的基本原理及整体构成，其次给出了硬件设计以及头部方位、姿态求解的算法；最后，给出了系统的运行效果。结果表明，该头部跟踪系统可实际应用于头部缓慢转动场合．同时具有体积小、功耗低、性价比高的优点。
关键词：磁阻效应传感器；加速度传感器；虚拟现实；头部跟踪系统

0 引言
    虚拟现实(virtual reality，VR)技术，亦称灵境技术，是一门由应用驱动的涉及众多学科的新型实用技术，常集计算机技术、传感与测量技术、传真技术、微电子技术等于一体，通过创建一个三维视觉、听觉和触觉的环境，使用户利用人机对话工具，同虚拟环境的物体进行交互操作，使用户仿佛置身于现实环境之中，达到境界虚拟，感觉真实的效果。在现实世界中，有些环境人们难于身临其境或者实现条件过高、费用过大，而虚拟现实却能超越时间与空问、现实与抽象，将各种无法接触的环境再现于人们的面前，为人类发展提供了一个新的途径。目前，虚拟现实已应用于军事、教育、医学、产品设计、科学可视化、训练、建筑、娱乐、艺术等各个方面。
    实时交互性是虚拟现实的关键特征。为了实现人与计算机之间的交互，需要使用专门设计的输入／输出设备把用户的命令输入给计算机，同时把模拟过程中的反馈信息提供给用户。这些设备包括大视角的立体显示器、头部跟踪系统、三维声音系统、触觉反馈系统和力反馈系统等。其中跟踪系统是虚拟现实人机交互的关键设备。如果没有跟踪系统，计算机就不能改变空间视图，以配合用户头部的姿态变化，沉浸感也就荡然无存。目前虚拟现实跟踪系统主要有机械跟踪系统、光学跟踪系统、超声波跟踪系统、电磁场跟踪系统等。但较完善的产品价格都很昂贵，对环境的要求比较严格，而且结构比较复杂。利用磁阻效应传感器和MEMS加速度传感器开发的虚拟现实跟踪系统，不仅结构简单、体积小、可靠性高，而且性价比高，适用面广。

1 系统基本原理及整体构成
    本系统主要由MSP430F149微控制器、两轴磁阻效应传感器HMCl022、三轴MEMS加速度传感器MMA7455、蓝牙模块BC04组成。系统运行时，微控制器以lOO Hz的频率采集磁阻效应传感器和加速度传感器的数据，并计算出用户头部的三维姿态信息，将其通过蓝牙发送到计算机，计算机根据用户头部的三维姿态信息展示相应的视景，使用户所看到视景跟随头部的运动而变化，产生真实的沉浸感。系统整体构成如图1所示。