在虚拟现实领域中,跟踪作为虚拟现实系统构建的基础技术,是直接决定虚拟现实系统性能的关键。跟踪不仅决定了使用者体验的真实程度,更限制着虚拟现实技术的应用和发展。目前,获得目标物体六自由度的跟踪方法仍具有高延迟、累积误差大、计算密集、精度不高、成本昂贵、需要外部组件等缺陷。HTC公司和Valve公司于2015年联合推出的虚拟现实头戴设备采用了目前行业最领先的突破性空间定位技术--Lighthouse。尽管Lighthouse在精度、延迟和刷新率等方面表现卓越,但其内部算法目前主要存在两个问题:一是不支持基站扩展,使跟踪范围受到限制;二是对目标移动中存在的遮挡问题,当接收到基站扫描信号的传感器个数过少时就无法进行位姿估计而导致光学跟踪数据丢失。本文针对这两个问题进行研究,主要工作内容包括:(1)针对光学跟踪系统中目标移动过程时的遮挡问题,提出了一种位姿估计改进算法。当每个基站扫描到的光电传感器数目不足3,但只要所有基站扫描到的传感器总数相加大于3,且满足识别到的空间点不共线,即可通过本文所提出的算法,利用识别到的传感器在所有基站中的图像坐标数据完成被跟踪物体的位姿估计。实验表明,该算法在保证跟踪精度的基础上提升了系统的鲁棒性。(2)提出了一种在不降低刷新频率的前提条件下有效扩大跟踪区域范围的基站扩展新方法,为基站添加了一个控制器和频闪器等设备,实现了多基站的信号同步,在不降低帧率的前提下实现基站级联,从而使得跟踪范围得以扩展;研究了一种基站阵列的布置策略---“预置偏移法”,该方法有效的解决了多基站跟踪系统中的基站识别问题;讨论了激光扫描信号的获取和解析,自主研发了可进行自定义的红外接收模块。(3)开发并实现了一套纯光学的跟踪定位系统以及一套光学-惯性的混合跟踪定位系统,后者成功解决了光学跟踪中的数据丢失问题。利用光学导轨和高速相机等设备对所搭建的系统设计并完成了一套完整的系统精度、延迟、抖动的测试。并对现有系统中存在的问题做出分析和总结,对未来的研究做出展望。