<mark id="oztn4"></mark>
2
| 本文作者： airuoxuan | 2016-05-28 09:32 | 專題：VR空間定位全解：如何在虛擬世界中行走？ |
按：本文作者為VR行業(yè)從業(yè)者。
VR虛擬現(xiàn)實作為近未來最炙手可熱的顯示技術被廠商和用戶所追捧，其發(fā)展前景和應用范圍是不可估量的，VR元年——2016年，三大VR廠商分別推出了自己的桌面虛擬現(xiàn)實平臺Oculus Rift、HTC Vive以及索尼PlayStation VR。這三款產(chǎn)品不論是硬件性能、平臺規(guī)模還是資源，都擁有極高的水準。最近經(jīng)常有人跟我討論這三種產(chǎn)品的定位技術，于是就想用這篇文章來總結并對比一下三大產(chǎn)品的定位技術。
VR室內定位技術可以定位VR頭顯及手柄等VR設備在空間的實時位置，具有空間定位的VR設備不僅能更好地提供沉浸感，其產(chǎn)生的眩暈感也會大幅降低，整個畫面可以像現(xiàn)實世界中一樣根據(jù)我們的移動而真的動起來。所以說，室內定位技術對于VR桌面虛擬現(xiàn)實設備非常重要。
HTC vive所用的Lighthouse技術屬于激光定位技術，Oculus Rift以及索尼PlayStation VR所用的定位技術都屬于光學定位技術，其中Oculus Rift是紅外主動式光學技術，索尼PlayStation VR則是可見光主動式光學技術。
HTC Vive的激光定位技術筆者在以前的文章中有詳細介紹過，這里我們簡單回顧一下。
HTC的Lighthouse室內定位技術屬于激光掃描定位技術，靠激光和光敏傳感器來確定運動物體的位置。兩個激光發(fā)射器被安置在對角，形成大小可調的長方形區(qū)域。激光束由發(fā)射器里面的兩排固定LED燈發(fā)出，每秒6次。每個激光發(fā)射器內有兩個掃描模塊，分別在水平和垂直方向輪流對定位空間發(fā)射激光掃描定位空間。
HTC Vive頭顯和手柄上有超過70個光敏傳感器。通過計算接收激光的時間來計算傳感器位置相對于激光發(fā)射器的準確位置，通過多個光敏傳感器可以探測出頭顯的位置及方向。這里需要說明一下，HTC Vive采用的激光定位技術，定位過程中光敏傳感器的ID會隨著它接收到的數(shù)據(jù)同時傳給計算單元的，也就是說計算單元是可以直接區(qū)分不同的光敏傳感器，從而根據(jù)每個光敏傳感器所固定在頭顯和手柄上的位置以及其他信息一起最終構建頭顯及手柄的三維模型。
激光定位技術具有成本低、定位精度高、可分布式處理等優(yōu)勢，且?guī)缀鯖]有延遲，不怕遮擋，即使手柄放在后背或者胯下也依然能捕捉到。可以說激光定位技術在避免了基于圖像處理技術的復雜度高、設備成本高、運算速度慢、較易受自然光影響等劣勢的同時，實現(xiàn)高精度、高反應速度的室內定位。此外，相比于其他兩個產(chǎn)品，HTC Vive能夠允許用戶在一定的空間內進行活動，對使用者來說限制小，能夠適配需要走動起來的游戲。不過由于HTC Vive的激光發(fā)射基站是利用機械控制來控制激光掃描定位空間，而機械控制本身存在穩(wěn)定性及耐用性較差的問題，因為造成HTC Vive的穩(wěn)定性和耐用性稍差。
目前，國內G-Wearables的StepVR就是采用了激光定位，在定位精度、延遲還是抗干擾性都做了改進。
Oculus Rift采用的是主動式光學定位技術。
了解Oculus Rift的用戶可能知道，Oculus Rift設備上會隱藏著一些紅外燈（即為標記點），這些紅外燈可以向外發(fā)射紅外光，并用兩臺紅外攝像機實時拍攝。所謂的紅外攝像機就是在攝像機外加裝紅外光濾波片，這樣攝像機只能拍攝到頭顯以及手柄（Oculus touch）上紅外燈，從而過濾掉頭顯及手柄周圍環(huán)境的可見光信號，提高了獲得圖像的信噪比，增加了系統(tǒng)的魯棒性。
獲得紅外圖像后，將兩臺攝像機從不同角度采集到的圖像傳輸?shù)接嬎銌卧校偻ㄟ^視覺算法過濾掉無用的信息，從而獲得紅外燈的位置。
再利用PnP算法，即利用四個不共面的紅外燈在設備上的位置信息、四個點獲得的圖像信息即可最終將設備納入攝像頭坐標系，擬合出設備的三維模型，并以此來實時監(jiān)控玩家的頭部、手部運動。這里需要說明的是，如果想要知道不同的紅外燈在設備上的位置信息，就必須能夠區(qū)分不同的紅外燈，具體方案如下：
它是通過紅外燈的閃爍頻率來告訴攝像頭自己的ID。 通過控制攝像頭快門頻率與每一個LED閃爍頻率，可以控制圖片上每個紅外燈所成圖像的大小規(guī)律，然后利用連續(xù)10幀的圖像中每一個點在10幀圖像中的大小變化規(guī)律來確定LED燈球所對應的ID號，再根據(jù)該ID號就可以知道該紅外燈在設備上的位置信息。
此外，Oculus Rift產(chǎn)品還配備了九軸傳感器，在紅外光學定位發(fā)生遮擋或者模糊時，利用九軸傳感器來計算設備的空間位置信息。由于九軸會存在明顯的零偏和漂移，那再紅外光學定位系統(tǒng)可以正常工作時又可以利用其所獲得的定位信息校準九軸所獲得的信息，使得紅外光學定位與九軸相互彌補。
Oculus Rift主動式紅外光學+九軸定位系統(tǒng)精度較高，抗遮擋性強。由于其所用的攝像機具備很高的拍攝速率，并且由于該類系統(tǒng)總是能夠得到標記點在當前空間的絕對位置坐標，所以不存在累積誤差。
但是由于攝像頭視角有限，因此該產(chǎn)品的可用范圍有限，會在很大程度上限制使用者的適用范圍，因而無法使用Oculus Rift來玩需要走動等大范圍活動的虛擬現(xiàn)實游戲。也因此，雖然Oculus Rift可以支持多個目標物同時定位，但是目標物不可過多，一般不超過兩個。
PlayStation VR目前還未上市，預計上市時間是今年七月份。PlayStation VR采用的也是光學定位，不同于Oculus Rift的是，它采用的是可見光主動式光學定位技術。
PlayStation VR設備采用體感攝像頭和類似之前PS Move的彩色發(fā)光物體追蹤，去定位人頭部和控制器的位置。頭顯和手柄上會放LED燈球，每個手柄、頭顯上各裝配一個。這些LED光球可以自行發(fā)光，且不同光球所發(fā)的光顏色不同，這樣在攝像頭拍攝時，光球與背景環(huán)境、各個光球之間都可以很好的區(qū)分。PS3原本采用單個攝像頭，通過計算光球在圖片中的半徑來推算光球相對于攝像頭的位置，并最終確定手柄和頭顯的位置。但是，單個攝像頭定位的精度不高，魯棒性不強，有時會把環(huán)境中的彩色物體識別成手柄，有時陽光比較強烈的時候還會不起作用。因此PS4采用了體感攝像頭，即雙目攝像頭，利用兩個攝像頭拍攝到的圖片計算光球的空間三維坐標。具體原理： 從理論上說，對于三維空間中的一個點，只要這個點能同時為兩部攝像機所見，則根據(jù)同一時刻兩部攝像機所拍攝的圖像和對應參數(shù)，可以確定這一時刻該點在三維空間里的位置信息，如下圖：
應用體感攝像頭后， PS4的定位精度、魯棒性有了很大提高。
確定好三維坐標，即x、y、z三個自由度，PS系列采用九軸來計算另外三個自由度，及旋轉自由度。從而得到六個空間自由度，確定手柄的空間位置和姿態(tài)。
通過上文描述我們可以知道PS可以支持多個目標同時定位，并以不同的顏色來區(qū)分。但是由于PS的抗遮擋性較差，一旦多個人使用互相發(fā)生遮擋，則定位馬上收到影響。而且由于雙目攝像頭的有效范圍有限，所以PS的移動式受限的，只能在攝像頭可用范圍內活動，基本上只能坐在PC機前使用。雖然，PS4 目前采用了雙目攝像頭，但是由于依然采用可見光定位，所以很容易受到背景顏色的影響。此外，根據(jù)用戶體驗結果反映，在較快動作的情況下會出現(xiàn)攝像頭的捕捉跟不上的問題。
最后，讀者可以通過下表來對比查看三種產(chǎn)品定位技術的優(yōu)劣勢。
雷鋒網(wǎng)注：本文為雷鋒網(wǎng)專欄作者原創(chuàng)文章，轉載請聯(lián)系雷鋒網(wǎng)授權，并保留完整消息，不得刪減、修改文章。
雷峰網(wǎng)原創(chuàng)文章，未經(jīng)授權禁止轉載。詳情見轉載須知。
專題
