差分传感器的例子是跟踪球Dimension6。这是安装有传感器的球,它测量用户的手施加在弹性元件上的三个力和三个力矩。力和力矩是基于弹性变形定律间接测量的。球的中心部分是固定的,并有六个发光二极管。相应的六个光敏传感器安装在运动的外部球。当用户在运动球上施加力和力矩时,用六个光敏传感器的输出测量三个力和三个力矩。这些力和力矩数据经过串行口送给主计算机。这些值由软件乘上增益,就得到物体位置和方向的差分变化。增益越大,物体的速度越大,但若主机不能足够快的更新屏幕,物体运动将不平滑。这种方式实际上是,由用户的手施加在球上的力和力矩的大小,控制虚拟物体的运动速度和角速度的大小。
  控制物体的另一种方式是通过力控制,由跟踪球测量的力用于施加给物体的力。跟踪球也可以用于在仿真环境中"飞行",这时传感器影响虚拟摄像机观看虚拟世界的视点和方向。
  还有几个按键安装在跟踪球的支座上,用户的手指可以摸到它们。这些按键都是开关,并可根据应用安排其用途。例如一个键可用于增加增益,另一个用于减小增益(即物体的速度)。有的键连接或断开跟踪球与它控制的虚拟物体。某些键可用于开始或停止仿真,或者在用户迷失方向时把仿真复原到初始状态。
  跟踪球的一个缺点是,它存在传感器的耦合。用户可能希望物体只平移不转动,但跟踪球使得物体即平移又转动。这是因为当用户施加纯力时,测量的力矩往往非零。这些不希望的运动可以由软件滤波或硬件滤波抑制。硬件滤波器就是按键,它可以使用户选择"只输入平移"、"只输入转动"或"只输入主要运动"。
  跟踪球的另一个缺点是,它工作在开环方式。用户可以控制在物体和环境之间的力,但用户的手不能感觉到这个力。(用户的手只能感觉到手与球的力。)1993年推出Global Devices 3D Controller 才解决了这个问题。这个设备象一般的跟踪球那样,提供3D的相对位置控制。但它的传感球内安装了电子的执行机构,这个执行机构能提供16级的触摸振动。于是,用户可以感到在受控物体与环境之间的接触。这个控制器不包括硬件滤波器,也没有附加的按键。这是为了降低产品的成本,但可能在下一代振动跟踪球上改进。
  下图表示,跟踪球Dimension6的原理。其中(a)为其外观,(b)为其传感机构的原理图。

   图 2-1-01


CiS DIMENSION6 (产品商标,用原文)