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T. Perl:
"Cross-Platform Tracking of a 6DoF Motion Controller";
Betreuer/in(nen): H. Kaufmann; Institut für Softwaretechnik und Interaktive Systeme, 2013; Abschlussprüfung: 14.01.2013.

Derzeit gibt es kaum Software für 6DoF (six degress of freedom, sechs Freiheitsgrade)-Tracking,
die sich erschwinglicher Off-the-Shelf-Hardware bedienen. Seit Konsolen-Hersteller in den letzten
Jahren vermehrt Motion-Controller in ihre Systeme integriert haben, gibt es ausreichend
Tracking-Hardware, aber keine vollständige Software-Lösung, um 6DoF-Tracking-Systeme zu
entwickeln.
Diese Diplomarbeit stellt das PS Move API vor, eine Cross-Platform Open Source Bibliothek
für mehrere Programmierspachen, die es ermöglicht, mehrere PS Move gleichzeitig per
Bluetooth und einer USB 2.0 PS Eye-Kamera zu tracken. Die Bibliothek implementiert Sensor
Fusion, um alle sechs Freiheitsgrade zu tracken: 3 Achsen der Position und 3 Achsen der
Rotation.
Die Bibliothek löst das Problem der Controller-Kommunikation per USB und Bluetooth
mit Hilfe des HID (Human Interface Device)-Protokolls. Weiters wird auch das Pairing (Koppeln)
des Controllers für Bluetooth-Verbindungen per USB und das Verbinden auf verschiedenen
Betriebssystem-Plattformen unterstützt.
Vision-Tracking wird mit Hilfe des frei verfügbaren OpenCV-Frameworks und einer PS Eye
Kamera implementiert - andere Kameras werden ebenfalls unterstützt. Der PS Move Motion-
Controller hat eine leuchtende Kugel an der Spitze, die mit RGB-LEDs ihre Farbe verändern
kann. Mit dieser Funktion kann man den Controller im Raum tracken, und eine Unterscheidung
zwischen unterschiedlichen Controllern treffen.
Das Tracken der Orientierung (Rotation) des Controllers ist mit Hilfe eines Open Source
AHRS (attitude heading reference system, Lageanzeigesystem) Algorithmus implementiert, der
die Informationen von Beschleunigungssensoren, Gyroskopen und des Magnetometers in eine
Quaternion-Repräsentation umrechnet. Diese Quaternion-Repräsentation beschreibt die Rotation
im 3D-Raum.
Sensor Fusion kombiniert die Resultate von Vision- und Orientierungs-Tracking, um eine
Controller-Position und -Orientierung relativ zur Kamera-Position in Welt-Koordinaten zu bekommen.
Diese Daten können für verschiedenste Anwendungsgebiete, wie zum Beispiel Augmented
oder Virtual Reality, verwendet werden.
Das Hauptaugenmerk beim Design der Bibliothek liegt auf einer leicht zu verwendenden
Programmierschnittstelle (API), mit der man schnelle Prototypen und effiziente Lösungen entwickeln
kann, die den PS Move Motion Controller verwenden. Beispiel-Anwendungen und die
Integration in bestehende Frameworks, wie zB TUIO und OpenTracker zeigen unterschiedliche
Anwendungsfälle auf, und validieren die Ergebnisse der Implementierung.

There is a lack of software for 6DoF (six degrees of freedom) tracking using affordable off-theshelf
hardware. With the introduction of motion controllers in game consoles, the hardware is
easily available these days, but no fully-featured software solutions for 6DoF tracking exist.
This thesis introduces the PS Move API, a cross-platform open source library for multiple
programming languages that can be used to track multiple PS Move Motion Controllers via
Bluetooth and a USB 2.0 PS Eye camera. The library implements sensor fusion to track all six
degrees of freedom: 3-axis position and 3-axis rotation.
The library solves the problems of communicating with the controller via USB and Bluetooth
using the HID (Human Interface Device) protocol, pairing the controller with the host computer
(for Bluetooth connections) and connecting to the controller in a cross-platform manner.
Vision tracking is implemented using the freely available OpenCV framework and a PS Eye
camera (other cameras are supported as well). The PS Move Motion Controller has a sphere at
its top that can change its color using RGB LEDs - this is used to track the controller and to
distinguish between multiple controllers.
Orientation tracking is implemented using an open source AHRS (attitude heading reference
system) algorithm, integrating inertial sensor readings from accelerometers, gyroscopes
and magnetometers into a quaternion representation, which describes rotations in 3D space.
Sensor fusion combines data from the visual and orientation tracking to get the controller
position and orientation relative to the camera position in world coordinates. This data can then
be used for different input mechanisms, such as augmented or virtual reality applications.
An easy-to-use API (application programming interface) is provided as part of the library
design, allowing quick prototyping and efficient implementation of solutions incorporating the
PS Move Motion Controller. Example applications and integrations into existing frameworks
such as TUIO and OpenTracker demonstrate different API use cases and validate the results of
the implementation.

http://publik.tuwien.ac.at/files/PubDat_214197.pdf