這三種VR定位技術(shù) 重新打開(kāi)您的新“視”界

情人節(jié)已經(jīng)到了！在這個(gè)舉世矚目普天同慶的日子里，已有對(duì)象的都在籌劃著如何才能虐狗，而單身狗們則想方設(shè)法的避免被強(qiáng)行灌狗糧，也是渾身解數(shù)、絞盡腦汁。這不，如何在這個(gè)特殊的節(jié)日里表示高姿態(tài)也是個(gè)技術(shù)活?；蛟S你需要一個(gè)很會(huì)拍照的男伴或者女伴。

“什么？！你有女朋友了？什么時(shí)候交往的，處了幾個(gè)月啦，關(guān)系有沒(méi)有到哪個(gè)啥的？”

一眾吃瓜群眾總是接踵而至、一波未平另一波又起，一呼百應(yīng)眾口鑠金總是百般難解。然而事實(shí)的真相總是慘痛的。

圖解：總有一雙永遠(yuǎn)牽著你的手，負(fù)責(zé)幫你拍美照，陪你走過(guò)千山萬(wàn)水。

哈哈！開(kāi)了個(gè)玩笑，現(xiàn)在這里祝愿普天下情侶們節(jié)日快樂(lè)！Happy Valentine‘s Day！收花的收花，該吃巧克力的吃巧克力，該看電影的看電影，開(kāi)心最重要！

下圖就是偶平時(shí)上班的工作臺(tái)，電子行業(yè)內(nèi)每日無(wú)數(shù)的技術(shù)精品、美文賞識(shí)、群英活動(dòng)，都是在這一方小小的空間產(chǎn)生的，哈哈哈。

小編今天也收到花了，擺拍一下給你們一眾解解眼饞。

作為單身狗的你，或者今天有一套解決方案，僅需一個(gè)設(shè)備，打開(kāi)您的手機(jī)app，自此外面的世界與我無(wú)關(guān)。

跑題太遠(yuǎn)了，萬(wàn)分抱歉！現(xiàn)今主流沉浸式VR設(shè)備的主要構(gòu)成，大概有四部分。芯片與傳感器、顯示系統(tǒng)、光學(xué)透鏡與外殼構(gòu)件、光學(xué)定位及位置跟蹤。小編今天就來(lái)給大家講講VR定位技術(shù)。

目前，在VR領(lǐng)域里，主要的位置跟蹤定位技術(shù)，大體上可以分為四種：紅外激光定位、紅外光學(xué)定位、激光定位及可見(jiàn)光定位。這四種技術(shù)方案因生產(chǎn)成本、技術(shù)優(yōu)劣、實(shí)現(xiàn)效果不同而各有特點(diǎn)，下面待小編慢慢為您們講解。

一、HTC 與Valve共同研發(fā)的Lighthouse激光追蹤系統(tǒng)

Vavle 是一家位于華盛頓州專門(mén)從事電子游戲開(kāi)發(fā)的公司，也是超強(qiáng)內(nèi)容生產(chǎn)商及平臺(tái)服務(wù)商，在游戲行業(yè)逐年競(jìng)爭(zhēng)加劇的市場(chǎng)上，Vavle適時(shí)與HTC達(dá)成共識(shí)，Vavle推出自家最核心的定位技術(shù)Lighthouse（俗稱：燈塔），而HTC則負(fù)責(zé)Vive頭顯產(chǎn)品的外觀設(shè)計(jì)。

Value 進(jìn)軍虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)了獨(dú)家的SteamVR 系統(tǒng)。據(jù)悉，這套系統(tǒng)最有特色的功能，就是房間追蹤系統(tǒng)（Room-Scale），該系統(tǒng)可以讓用戶佩戴虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔在 15x15 空間范圍內(nèi)自由移動(dòng)，并通過(guò)“Lighthouse”激光追蹤系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)位置定位。

Lighthouse 激光追蹤系統(tǒng)的原理非常簡(jiǎn)單，其實(shí)就是利用房間中密度極大的非可見(jiàn)光，來(lái)探測(cè)室內(nèi)佩戴 VR 設(shè)備的玩家的位置和動(dòng)作變化，并將其模擬在虛擬現(xiàn)實(shí) 3D 空間中。而通過(guò)兩個(gè)相對(duì)成本較低的探測(cè)盒子，就可以實(shí)現(xiàn)相對(duì)比較精準(zhǔn)的定位。Vive頭顯和手柄上有超過(guò)70個(gè)光敏傳感器，通過(guò)計(jì)算接收激光的時(shí)間來(lái)計(jì)算傳感器位置相對(duì)于激光發(fā)射器的準(zhǔn)確位置，通過(guò)多個(gè)光敏傳感器可以探測(cè)出頭顯的位置及方向。

探測(cè)盒子的內(nèi)部并沒(méi)有安裝攝像頭，僅有一些固定的LED燈，并配置了一對(duì)轉(zhuǎn)速非常快的激光發(fā)射器，設(shè)備工作的時(shí)候以每秒鐘60次的速度頻閃，一瞬間即可掃射整個(gè)房間。

激光發(fā)出以后，通過(guò)匹配VR設(shè)備頭盔、或者VR手柄上的光傳感器，可以探測(cè)激光發(fā)射器發(fā)射的頻閃光、激光束。有趣的是，每頻閃一次，VR頭盔就會(huì)自動(dòng)計(jì)算數(shù)字，像計(jì)時(shí)器一樣，直到某個(gè)光傳感器探測(cè)到激光束；然后利用光傳感器的位置，以及激光到達(dá)的時(shí)間，利用算法計(jì)算出頭盔相對(duì)基站的位置。

另外，如果同時(shí)有多個(gè)光傳感器探測(cè)到一束激光，就會(huì)形成一個(gè)“姿勢(shì)”，不僅能標(biāo)注頭盔位置，而且可以模擬它運(yùn)動(dòng)方向的 3D 圖像。

據(jù)稱現(xiàn)今Valve已經(jīng)開(kāi)源了Lighthouse追蹤技術(shù)，并宣稱“使用技術(shù)授權(quán)者僅需支付2975美元參加指定的官方培訓(xùn)，后續(xù)無(wú)需再支付任何其他的版權(quán)費(fèi)用，即可無(wú)條件使用Valve獨(dú)家Lighthouse技術(shù)?！?這樣是否也就意味著第三方開(kāi)發(fā)者可以使用Lighthouse技術(shù)自主研發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)的可追蹤設(shè)備、游戲手柄、控制桿以及其他VR頭顯外設(shè)？

Lighthouse 激光探測(cè)盒子內(nèi)部構(gòu)造圖

二、Oculus Rift采用的主動(dòng)式紅外激光定位

熟悉Oculus Rift的用戶可能都知道，Oculus Rift設(shè)備上會(huì)隱藏著一些紅外燈（即為標(biāo)記點(diǎn)），這些紅外燈可以向外發(fā)射紅外光，并用兩臺(tái)紅外攝像機(jī)實(shí)時(shí)拍攝。所謂的紅外攝像機(jī)就是在攝像機(jī)外加裝紅外光濾波片，這樣攝像機(jī)只能拍攝到頭顯以及手柄（Oculus touch）上紅外燈，從而過(guò)濾掉頭顯及手柄周?chē)h(huán)境的可見(jiàn)光信號(hào)，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(tái)攝像機(jī)從不同角度采集到的圖像傳輸?shù)接?jì)算單元中，再通過(guò)視覺(jué)算法過(guò)濾掉無(wú)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(gè)不共面的紅外燈在設(shè)備上的位置信息、四個(gè)點(diǎn)獲得的圖像信息即可最終將設(shè)備納入攝像頭坐標(biāo)系，擬合出設(shè)備的三維模型，并以此來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控玩家的頭部、手部運(yùn)動(dòng)。這里需要說(shuō)明的是，如果想要知道不同的紅外燈在設(shè)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(guò)紅外燈的閃爍頻率來(lái)告訴攝像頭自己的ID。 通過(guò)控制攝像頭快門(mén)頻率與每一個(gè)LED閃爍頻率，可以控制圖片上每個(gè)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(gè)點(diǎn)在10幀圖像中的大小變化規(guī)律來(lái)確定LED燈球所對(duì)應(yīng)的ID號(hào)，再根據(jù)該ID號(hào)就可以知道該紅外燈在設(shè)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(xué)定位發(fā)生遮擋或者模糊時(shí)，利用九軸傳感器來(lái)計(jì)算設(shè)備的空間位置信息。由于九軸會(huì)存在明顯的零偏和漂移，那再紅外光學(xué)定位系統(tǒng)可以正常工作時(shí)又可以利用其所獲得的定位信息校準(zhǔn)九軸所獲得的信息，使得紅外光學(xué)定位與九軸相互彌補(bǔ)。

Oculus Rift主動(dòng)式紅外光學(xué)+九軸定位系統(tǒng)精度較高，抗遮擋性強(qiáng)。由于其所用的攝像機(jī)具備很高的拍攝速率，并且由于該類(lèi)系統(tǒng)總是能夠得到標(biāo)記點(diǎn)在當(dāng)前空間的絕對(duì)位置坐標(biāo)，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(huì)在很大程度上限制使用者的適用范圍，因而無(wú)法使用Oculus Rift來(lái)玩需要走動(dòng)等大范圍活動(dòng)的虛擬現(xiàn)實(shí)游戲。也因此，雖然Oculus Rift可以支持多個(gè)目標(biāo)物同時(shí)定位，但是目標(biāo)物不可過(guò)多，一般不超過(guò)兩個(gè)。

三、索尼PlayStation VR主動(dòng)式光學(xué)定位技術(shù)

索尼PlayStation VR設(shè)備采用 體感攝像頭 + PS MOVE發(fā)光球體，定位人的頭部及其活動(dòng)在三維空間的位置。PS Camera攝像頭和PS MOVE手柄必須配合使用。PS Camera可以同時(shí)識(shí)別電視機(jī)前的4個(gè)MOVE專用控制器，所以最多可以支持4人同時(shí)游戲。

PlayStation VR頭顯和PS MOVE手柄均安裝有發(fā)光球體，每個(gè)手柄、頭顯配置一個(gè)發(fā)光源。LED光球可以自行發(fā)光，而且不同光球發(fā)光顏色也不同，所以可以很好的區(qū)分光球與背景、光球之間的位置。

索尼原本在PlayStation3（簡(jiǎn)稱PS3，下面依次類(lèi)推）采用單個(gè)攝像頭，通過(guò)計(jì)算光球在圖片中的半徑來(lái)推算光球相對(duì)于攝像頭的位置，并最終確定手柄和頭顯的位置。但單個(gè)攝像頭定位精度不高，有時(shí)候會(huì)把環(huán)境背景顏色識(shí)別為手柄，光照強(qiáng)烈的時(shí)候也會(huì)收到影響。

所以在PS4中，索尼改進(jìn)了單個(gè)攝像頭，采用體感攝像頭（即雙目攝像頭），利用兩個(gè)攝像頭拍攝到的圖片計(jì)算光球的空間三維坐標(biāo)。具體原理： 從理論上說(shuō)，對(duì)于三維空間中的一個(gè)點(diǎn)，只要這個(gè)點(diǎn)能同時(shí)為兩部攝像機(jī)所見(jiàn)，則根據(jù)同一時(shí)刻兩部攝像機(jī)所拍攝的圖像和對(duì)應(yīng)參數(shù)，可以確定這一時(shí)刻該點(diǎn)在三維空間里的位置信息，如下圖：

索尼PlayStation體感雙目攝像頭成像三維圖

在確定好三維坐標(biāo)，即x、y、z三個(gè)自由度，PS系列采用九軸來(lái)計(jì)算另外三個(gè)自由度，及旋轉(zhuǎn)自由度。從而得到六個(gè)空間自由度，確定手柄的空間位置和姿態(tài)。

另外，PS可以支持多個(gè)目標(biāo)同時(shí)定位，并通過(guò)不同顏色加以區(qū)分。但PS的缺陷性也是顯而易見(jiàn)的，比如，當(dāng)使用PS VR用戶互相發(fā)生遮擋時(shí)，PS定位就會(huì)受到影響；雙目攝像頭使用的有效范圍比較小，因而只適合坐在PC機(jī)前使用；同樣，由于PS VR采用的是可見(jiàn)光定位技術(shù)，所以很容易受到外部環(huán)境、背景顏色的影響等等，這些都是PS VR目前亟待解決的首要問(wèn)題。