VR定位浅谈 原理效果各不同

来源网易数码

2016年VR火遍全球,继Oculus、HTC、蚁视、谷歌、索尼之后,各行业巨头纷纷进军VR领域各种衍生产品层出不穷,价格也高低不一。那么VR设备到底该如何选择?除了硬件本身的区别之外,技术因素也相当值得考虑,而定位技术就是其中比较重要的一项。

目前应用到在VR领域消费级的定位技术只有红外激光定位、红外光学定位、激光定位、可见光定位4种,优劣、成本、效果各有不同,下面就以HTC、Oculus、蚁视、索尼四大主流产品所应用的技术为例,为大家做个详细分析。

定位原理

HTC Vive的Lighthouse室内定位技术使用的是红外激光定位,基本原理就是利用配套定位光塔(小方盒子)对定位空间发射横竖两个方向扫射的激光,再通过Vive头盔上的接收器(头盔上的每个小点都是接收器)接收光束,之后计算两束光线到达定位物体的角度差,解算出待测定位节点的坐标。

Oculus Rift所采用的是主动式光学定位技术,是红外光学定位的一种。了解Rift的用户可能知道,Rift设备上隐藏了一些红外灯(即为标记点),这些灯会向外发射红外光,利用配套的摄像机去捕捉头显和手柄上的红外灯,过滤掉头显及手柄周围环境的可见光信号后;再利用PnP算法,即四个不共面的红外灯在设备上的位置信息、四个点获得的图像信息即可最终将设备纳入摄像头坐标系,拟合出设备的三维模型,并以此来实时监控玩家的头部、手部运动。

蚁视二代VR所采用的inside-out红外光学定位也是红外光学定位技术的一种。其模式有两套,一套针对定位地毯(扩展级),另一套则针对定位球(桌面级)。第一套针对定位地毯的被动式模式,原理是利用头显摄像头两边的红外灯向外发散红外光,对室内定位空间进行覆盖,再利用地毯上的反光点将图像反射回头显正中的摄像头上;第二套针对桌面级定位球原理是由头显下方的红外感应摄像头直接接收定位球上面红外球体所发出的红外光。两种定位方法在摄像头接收到红外信号后,过滤掉可见光信号,将红外光图像信号传输到后台,再通过三角定位原理,利用复杂的空间定位算法,以此确定用户在空间中的位置信息。

最后再来说说刚刚上市不久的PS VR,采用的是可见光定位技术,原理就是利用体感摄像头对发光的手柄进行追踪,手柄有不同颜色光球区分,摄像头捕捉不同颜色的手柄位置利用拍摄到的图片计算光球的空间三维坐标用以确定用户位置。

综合比较

HTC Vive是目前定位精度最高的消费级产品,成本也很高。安装上来说还是需要一定技术的,要确保两个定位光塔所处的位置是在同一个水平面上,位置不对也会直接导致定位不准确,而且三脚架需要单独购买这一点也比较蛋疼。虽然沉浸感表现出色,但你的世界就只能你一个人自己享受了。

再来讲讲Oculus Rift,这套VR设备采用的是outside-in的方案,利用外部摄像头去捕捉设备位置信息,小范围内它的表现还不错;但因为摄像头的视角有限,如果你在进行需要走动等大范围活动的虚拟现实游戏,那么Rift就有点无力了,只能考虑增加摄像头数量来解决。

蚁视二代VR还是非常有想法的,地毯、定位球两套定位方案扩大了自己的用户群,也让用户能够根据自己情况进行选择。定位球不多说,这里主要为大家讲讲地毯。地毯上面的一个个的银色点就是红外反光点了,人在上面行走时,摄像头会捕捉反射回来到不同的点位,从而判断用户的精确位置,捕捉用户身体动作。捕捉范围没有限制,只要你的地方足够大,想把地毯范围扩展延伸到多大都可以。

此外,蚁视二代VR的头显是摄像头、红外灯直接设计在头显之内的,每个设备单独捕捉自己的信号,所以同一套地毯上支持多人同时使用。

最后聊一下索尼大法的PS VR,索尼这次略悲催了,节省成本采用了可见光学定位技术,头显、手柄都有LED灯,但单独摄像头定位的时候想玩游戏基本就是需要拉着窗帘关着灯。由于PS的抗遮挡性较差,一旦多个人使用互相发生遮挡,则定位马上受到影响。而且由于双目摄像头的有效范围有限,所以PS的移动式受限的,只能在摄像头可用范围内活动,基本上只能坐在PC机前使用。虽然,PS4 目前采用了双目摄像头,但是由于依然采用可见光定位,所以很容易受到背景颜色的影响。此外,根据用户体验结果反映,在较快动作的情况下会出现摄像头的捕捉跟不上的问题。

结论似乎暂时还很让人沮丧,没有哪个方案可以说同时解决了成本,多人游戏,低延迟,抗干扰,以及空间限制这几大问题。VR虚拟空间行走的体验,难道就真的是一个遥不可及的目标?

其实我们已经在为此努力了,Oculus已经在考虑inside-out的方案,用以实现多人游戏、大范围游戏的目标。而蚁视二代VR可以说为VR世界行走提供了一个新的思路,在扩大地毯之后多人同时游戏也可以实现,在成本上来说比其他产品便宜。下一步的目标就是向着低延迟、抗干扰的方向而进化。至于未来更多相关的脑洞大开,创新方案,以及更接近实际需求的定位手段,也许也已经距离我们不远。