D-POINT：一款革命性的光学-惯性追踪数字笔

D-POINT：一款革命性的光学-惯性追踪数字笔

dpoint Open-source digital stylus using camera tracking and inertial measurements 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/dp/dpoint

项目介绍

D-POINT 是一款开源的数字笔，通过摄像头追踪和惯性测量实现了6自由度（6DoF）输入，具有低延迟、压力敏感性和亚毫米级精度。这款数字笔可以在任何平面上使用，并且兼容消费级摄像头。D-POINT 不仅是一款功能强大的工具，更是一个开放的技术平台，旨在为开发者、设计师和工程师提供一个创新的输入解决方案。

项目技术分析

硬件设计

D-POINT 的笔身采用3D打印技术制成，分为两个部分。笔内集成了力传感器、锂离子电池（可通过USB-C充电）以及基于Arduino的开发板，用于逻辑处理和蓝牙通信。笔的背面粘贴了八个ArUco标记，用于视觉姿态估计。

视觉姿态估计（VPE）

VPE 过程包括四个主要步骤：

1. 标记检测：使用OpenCV检测笔上每个可见ArUco标记的角点。
2. 滚动快门校正：通过简单的2D运动模型估计并校正滚动快门对角点位置的影响。
3. 透视-n点（PnP）：从这些角点位置，使用PnP算法估计笔相对于摄像头的姿态。当可能时，使用前一帧的姿态作为起点，通过虚拟视觉伺服（VVS）进行细化，否则回退到SQPnP。
4. 坐标转换：利用校准后的笔姿态和绘图表面相对于摄像头的姿态，计算笔尖相对于绘图表面的位置和方向。

惯性融合

D-POINT 使用扩展卡尔曼滤波器（EKF）将VPE估计与加速度计和陀螺仪的惯性数据融合，并使用Rauch-Tung-Striebel（RTS）算法实时细化估计。为了补偿摄像头帧的延迟，采用了负时间测量更新算法。EKF的实现使用了NumPy和Numba。

项目及技术应用场景

D-POINT 的应用场景非常广泛，特别适合以下领域：

• 数字绘画和设计：艺术家和设计师可以使用D-POINT在任何平面上进行创作，享受低延迟和高精度的绘画体验。
• 虚拟现实（VR）和增强现实（AR）：D-POINT 可以作为VR/AR设备的输入设备，提供更自然的交互体验。
• 工程和建筑：工程师和建筑师可以使用D-POINT进行精确的绘图和设计，提高工作效率。
• 教育：教师和学生可以使用D-POINT进行互动教学和学习，增强课堂互动性。

项目特点

• 开源：D-POINT 的代码和设计文件完全开源，方便开发者进行二次开发和定制。
• 低延迟：通过惯性测量，D-POINT 的延迟远低于纯摄像头追踪方案，提供更流畅的输入体验。
• 高精度：亚毫米级的精度使得D-POINT 在需要高精度的应用场景中表现出色。
• 兼容性强：D-POINT 兼容消费级摄像头，用户无需购买昂贵的专业设备即可体验其强大功能。

D-POINT 不仅是一款功能强大的数字笔，更是一个开放的技术平台，旨在为开发者、设计师和工程师提供一个创新的输入解决方案。无论你是艺术家、工程师还是教育工作者，D-POINT 都能为你带来前所未有的创作和交互体验。立即加入D-POINT 的社区，开启你的创新之旅！

dpoint Open-source digital stylus using camera tracking and inertial measurements 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/dp/dpoint