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VR定位淺談 原理效果各不同

來源網易數碼

2016年VR火遍全球,繼Oculus、HTC、蟻視、谷歌、索尼之后,各行業巨頭紛紛進軍VR領域各種衍生產品層出不窮,價格也高低不一。那么VR設備到底該如何選擇?除了硬件本身的區別之外,技術因素也相當值得考慮,而定位技術就是其中比較重要的一項。

目前應用到在VR領域消費級的定位技術只有紅外激光定位、紅外光學定位、激光定位、可見光定位4種,優劣、成本、效果各有不同,下面就以HTC、Oculus、蟻視、索尼四大主流產品所應用的技術為例,為大家做個詳細分析。

定位原理

HTC Vive的Lighthouse室內定位技術使用的是紅外激光定位,基本原理就是利用配套定位光塔(小方盒子)對定位空間發射橫豎兩個方向掃射的激光,再通過Vive頭盔上的接收器(頭盔上的每個小點都是接收器)接收光束,之后計算兩束光線到達定位物體的角度差,解算出待測定位節點的坐標。

Oculus Rift所采用的是主動式光學定位技術,是紅外光學定位的一種。了解Rift的用戶可能知道,Rift設備上隱藏了一些紅外燈(即為標記點),這些燈會向外發射紅外光,利用配套的攝像機去捕捉頭顯和手柄上的紅外燈,過濾掉頭顯及手柄周圍環境的可見光信號后;再利用PnP算法,即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,并以此來實時監控玩家的頭部、手部運動。

蟻視二代VR所采用的inside-out紅外光學定位也是紅外光學定位技術的一種。其模式有兩套,一套針對定位地毯(擴展級),另一套則針對定位球(桌面級)。第一套針對定位地毯的被動式模式,原理是利用頭顯攝像頭兩邊的紅外燈向外發散紅外光,對室內定位空間進行覆蓋,再利用地毯上的反光點將圖像反射回頭顯正中的攝像頭上;第二套針對桌面級定位球原理是由頭顯下方的紅外感應攝像頭直接接收定位球上面紅外球體所發出的紅外光。兩種定位方法在攝像頭接收到紅外信號后,過濾掉可見光信號,將紅外光圖像信號傳輸到后臺,再通過三角定位原理,利用復雜的空間定位算法,以此確定用戶在空間中的位置信息。

最后再來說說剛剛上市不久的PS VR,采用的是可見光定位技術,原理就是利用體感攝像頭對發光的手柄進行追蹤,手柄有不同顏色光球區分,攝像頭捕捉不同顏色的手柄位置利用拍攝到的圖片計算光球的空間三維坐標用以確定用戶位置。

綜合比較

HTC Vive是目前定位精度最高的消費級產品,成本也很高。安裝上來說還是需要一定技術的,要確保兩個定位光塔所處的位置是在同一個水平面上,位置不對也會直接導致定位不準確,而且三腳架需要單獨購買這一點也比較蛋疼。雖然沉浸感表現出色,但你的世界就只能你一個人自己享受了。

再來講講Oculus Rift,這套VR設備采用的是outside-in的方案,利用外部攝像頭去捕捉設備位置信息,小范圍內它的表現還不錯;但因為攝像頭的視角有限,如果你在進行需要走動等大范圍活動的虛擬現實游戲,那么Rift就有點無力了,只能考慮增加攝像頭數量來解決。

蟻視二代VR還是非常有想法的,地毯、定位球兩套定位方案擴大了自己的用戶群,也讓用戶能夠根據自己情況進行選擇。定位球不多說,這里主要為大家講講地毯。地毯上面的一個個的銀色點就是紅外反光點了,人在上面行走時,攝像頭會捕捉反射回來到不同的點位,從而判斷用戶的精確位置,捕捉用戶身體動作。捕捉范圍沒有限制,只要你的地方足夠大,想把地毯范圍擴展延伸到多大都可以。

此外,蟻視二代VR的頭顯是攝像頭、紅外燈直接設計在頭顯之內的,每個設備單獨捕捉自己的信號,所以同一套地毯上支持多人同時使用。

最后聊一下索尼大法的PS VR,索尼這次略悲催了,節省成本采用了可見光學定位技術,頭顯、手柄都有LED燈,但單獨攝像頭定位的時候想玩游戲基本就是需要拉著窗簾關著燈。由于PS的抗遮擋性較差,一旦多個人使用互相發生遮擋,則定位馬上受到影響。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,根據用戶體驗結果反映,在較快動作的情況下會出現攝像頭的捕捉跟不上的問題。

結論似乎暫時還很讓人沮喪,沒有哪個方案可以說同時解決了成本,多人游戲,低延遲,抗干擾,以及空間限制這幾大問題。VR虛擬空間行走的體驗,難道就真的是一個遙不可及的目標?

其實我們已經在為此努力了,Oculus已經在考慮inside-out的方案,用以實現多人游戲、大范圍游戲的目標。而蟻視二代VR可以說為VR世界行走提供了一個新的思路,在擴大地毯之后多人同時游戲也可以實現,在成本上來說比其他產品便宜。下一步的目標就是向著低延遲、抗干擾的方向而進化。至于未來更多相關的腦洞大開,創新方案,以及更接近實際需求的定位手段,也許也已經距離我們不遠。

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