VRPN介绍及使用

 

VRPN介绍及使用

VRPN简介

Virtual-Reality Peripheral Network（VRPN）由一系列的类库组成，它也提供一系列的服务在虚拟现实系统中实现应用程序与外围物理设备（tracker等）之间的网络透明接口。

VRPN提供：

• 通过易用和可扩展的接口访问各种VR外围设备。
• 设备的网络透明接口。
• 来往设备之间的消息的时间标记。
• 处于不同机器中的客户端与服务器进行时钟同步。
• 同一时间可与设备建立多个链接。
• 与失效远程服务器重新自动建立链接。
• 对交互会话进行存储和重放。

VRPN的目标不是提供一套全面的VR API，VRPN专注于为尽量多的设备提供统一的接口，实现网络透明访问设备的低延迟和可靠性。

设备类型和分层

不难想象VRPN不是为一套设备提供驱动程序，而是为一套功能提供接口。特定的设备属于一个或多个标准设备类型。每种设备类型指定一致的接口和语法通过设备实现这些功能。常用的设备列在下面。有新的设备类型提供就可以建立新的类型。

•  
  • Tracker 记录姿势（位置和方向）姿势的速度和，或者加速度。
  • Button 记录按钮的按下与释放事件。
  • Analog 记录一个或多个模拟值。
  • Dial 记录增值旋转。
  • ForceDevice 指定三维空间中的表面和受力范围。

映射一系列设备到一个标准设备，需要映射每个设备的不同功能到同一个接口。是提供一个简单的接口还是提供一个功能齐全的接口是个两难的决定。VRPN通过以下解决：

• 以功能区分设备。
• 映射设备到VRPN中的连接。
• 允许设备输出多种接口。
• 舍弃那些不被支持的消息类型。
• 应用程序层可以取得所有的消息。

实例解析：一个特定的设备可能实现不止一种的功能。一个该设备的VRPN驱动程序输出多种设备类型的接口。SensAble™ Technologies Phantom™ haptic display的服务器在相同的设备下输出Tracker, Button, 和ForceDevice 三个接口.  客户端处理Phantom™，好像是三个设备各自提供各自的功能。虽然在Phantom™系统中Tracker, Button和ForceDevice 设备在逻辑上时分开的，但是为了更有效的通信，在内部它们是一起被映射到相同的网络连接。

功能分解让应用程序在不同的输入¥输出设备移动变得容易。客户端程序不用变就可实现在不同VR设备之间的移动。

VRPN的编译测试

以Windows系统VS2005为例，其他参见http://www.cs.unc.edu/Research/vrpn/index.html

• 从ftp://ftp.cs.unc.edu/pub/packages/GRIP/vrpn下载最新的VRPN版本解压缩，得到两个文件quat/, vrpn/（网站说还有vrpn_html/，我没见到~~）。vrpn/包含库源码和一些应用程序源码，quat/是一个实现的四元素的类。
• 在编译之前，你必须首先查看下vrpn_Configuration.h文件，看是否需要更改其中的默认选项以符合你的需要。例如DirectInput是不被配置的因为它需要DirectX的支持。
• VS2005下，打开vrpn.sln，打开文件视图，可以看见很多工程文件。（client_and_server是一个客户端和服务器端用一个程序实现的例子，vrpn_print_devices是一个很好的客户端测试程序，vrpn_server是一个通用的服务端程序）
• 生成quat, vrpn, vrpn_server, printvals and test_vrpn工程（可通过生成test_vrpn，其他也就相应的自动生成）右击test_vrpn点击‘生成’。vrpn.lib生成于pc_win32/Debug目录下，可执行程序在pc_win32/client_src/[SERVER_NAME]/Debug和pc_win32/server_src/[SERVER_NAME]/Debug目录下。vrpndll.lib和vrpndll.dll生成于pc_win32/DLL/Debug目录下；
• 运行测试程序：运行vrpn_server.exe，需要一个配置文件，配置文件的设置见VRPN网页。运行vrpn_print_devices.exe，控制台应用程序，输入命令行'vrpn_print_devices device@hostname'（设备名和运行vrpn_server的机器名）。

实例：DTrack跟踪设备

• DTrack与DTrack controller建立连接，并通过DTrack进行空间和物体坐标校准。
• 运行vrpn_server（设好配置文件），运行vrpn_print_devices.exe（‘vrpn_print_devices DTrack@localhost -trackerstride 100 ‘）。
• 移动被跟踪物体，vrpn_print_devices打印数据。

编写自己客户端程序

• 类似vrpn_print_devices，只是简单的打印位置数据。

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

#include <vrpn_tracker.h>

 

//回调函数，vrpn_tracker下有很多的回调函数，可以实现对各种数据的处理，//这里只是以得到位置和方向信息的回调函数为例。

void    VRPN_CALLBACK handle_tracker(void *userdata, const vrpn_TRACKERCB t)

{

  printf("handle_tracker/tSensor %d is now at (%g,%g,%g)/n",

              t.sensor,

              t.pos[0], t.pos[1], t.pos[2]);

}

int main(int argc, char *argv[])

 

{      

        vrpn_Tracker_Remote *tkr;

 

        // 打开跟踪器

        tkr = new vrpn_Tracker_Remote("DTrack@localhost");

                           

              // 设置回调函数

        tkr->register_change_handler(NULL, handle_tracker);

 

        //主循环

 

        while ( ! done ) {

                            //得到更新数据并调用相应回调函数

                                                        tkr->mainloop();

        }

} 

• OSG，DTrack小程序

 

#include <osg/Notify>

#include <osg/MatrixTransform>

#include <osg/PositionAttitudeTransform>

#include <osg/Geometry>

#include <osg/Geode>

#include <osgUtil/Optimizer>

#include <osgDB/Registry>

#include <osgDB/ReadFile>

#include <osgGA/TrackballManipulator>

#include <osgGA/FlightManipulator>

#include <osgGA/DriveManipulator>

#include <osgSim/OverlayNode>

#include <osgViewer/Viewer>

#include <iostream>

 

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

#include <vrpn_tracker.h>

 

int i = 0;

 

osg::Quat rota;

osg::Vec3 pv;

 

void    VRPN_CALLBACK handle_tracker(void *userdata, const vrpn_TRACKERCB t)

{

              rota.x() = t.quat[0];

              rota.y() = t.quat[1];

              rota.z() = t.quat[2];

              rota.w() = t.quat[3];

 

              pv.x() = t.pos[0] * 20;

              pv.y() = t.pos[1] * 20;

              pv.z() = t.pos[2] * 20;

 

}

 

int main(int argc, char *argv[])

 

{   

        vrpn_Tracker_Remote *tkr;

 

        tkr = new vrpn_Tracker_Remote("DTrack@localhost");

        tkr->register_change_handler(NULL, handle_tracker);

  

    osg::ArgumentParser arguments(&argc,argv);

  

    // initialize the viewer.

    osgViewer::Viewer viewer;

 

    // load the nodes from the commandline arguments.

    osg::Node* model = osgDB::readNodeFile("cessna.osg");

    if (!model)

    {

        return 1;

    }

   

    // tilt the scene so the default eye position is looking down on the model.

    osg::MatrixTransform* rootnode = new osg::MatrixTransform;

    rootnode->setMatrix(osg::Matrix::rotate(osg::inDegrees(30.0f),1.0f,0.0f,0.0f));

    rootnode->addChild(model);

 

    // run optimization over the scene graph

    osgUtil::Optimizer optimzer;

    optimzer.optimize(rootnode);

    

    // set the scene to render

    viewer.setSceneData(rootnode);

 

    viewer.setCameraManipulator(new osgGA::TrackballManipulator());

    viewer.realize();

   

              osg::Quat r;

    while (!viewer.done())

    {

                            tkr->mainloop();

              rootnode->setMatrix(osg::Matrix::rotate(rota) * osg::Matrix::translate(pv));

        viewer.frame();

    }

   

    return 0;

 

} 

运行结果：通过跟踪物体改变，改变应用程序中飞机的位置和旋转变化