這三種VR定位技術(shù) 重新打開您的新“視”界

情人節(jié)已經(jīng)到了！在這個舉世矚目普天同慶的日子里，已有對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，如何在這個特殊的節(jié)日里表示高姿態(tài)也是個技術(shù)活。或許你需要一個很會拍照的男伴或者女伴。

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

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，陪你走過千山萬水。

哈哈！開了個玩笑，現(xiàn)在這里祝愿普天下情侶們節(jié)日快樂！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，開心最重要！

下圖就是偶平時上班的工作臺，電子行業(yè)內(nèi)每日無數(shù)的技術(shù)精品、美文賞識、群英活動，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，僅需一個設(shè)備，打開您的手機(jī)app，自此外面的世界與我無關(guān)。

跑題太遠(yuǎn)了，萬分抱歉！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。

Vavle 是一家位于華盛頓州專門從事電子游戲開發(fā)的公司，也是超強(qiáng)內(nèi)容生產(chǎn)商及平臺服務(wù)商，在游戲行業(yè)逐年競爭加劇的市場上，Vavle適時與HTC達(dá)成共識，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。

Value 進(jìn)軍虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域，開發(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，并通過“Lighthouse”激光追蹤系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)位置定位。

Lighthouse 激光追蹤系統(tǒng)的原理非常簡單，其實(shí)就是利用房間中密度極大的非可見光，來探測室內(nèi)佩戴 VR 設(shè)備的玩家的位置和動作變化，并將其模擬在虛擬現(xiàn)實(shí) 3D 空間中。而通過兩個相對成本較低的探測盒子，就可以實(shí)現(xiàn)相對比較精準(zhǔn)的定位。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(zhǔn)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。

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

激光發(fā)出以后，通過匹配VR設(shè)備頭盔、或者VR手柄上的光傳感器，可以探測激光發(fā)射器發(fā)射的頻閃光、激光束。有趣的是，每頻閃一次，VR頭盔就會自動計算數(shù)字，像計時器一樣，直到某個光傳感器探測到激光束；然后利用光傳感器的位置，以及激光到達(dá)的時間，利用算法計算出頭盔相對基站的位置。

另外，如果同時有多個光傳感器探測到一束激光，就會形成一個“姿勢”，不僅能標(biāo)注頭盔位置，而且可以模擬它運(yùn)動方向的 3D 圖像。

據(jù)稱現(xiàn)今Valve已經(jīng)開源了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)無需再支付任何其他的版權(quán)費(fèi)用，即可無條件使用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 激光探測盒子內(nèi)部構(gòu)造圖

熟悉Oculus Rift的用戶可能都知道，Oculus Rift設(shè)備上會隱藏著一些紅外燈（即為標(biāo)記點(diǎn)），這些紅外燈可以向外發(fā)射紅外光，并用兩臺紅外攝像機(jī)實(shí)時拍攝。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(jī)從不同角度采集到的圖像傳輸?shù)接嬎銌卧?，再通過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(shè)備上的位置信息、四個點(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，并以此來實(shí)時監(jiān)控玩家的頭部、手部運(yùn)動。這里需要說明的是，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(diǎn)在10幀圖像中的大小變化規(guī)律來確定LED燈球所對應(yīng)的ID號，再根據(jù)該ID號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，利用九軸傳感器來計算設(shè)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(xué)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(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，并且由于該類系統(tǒng)總是能夠得到標(biāo)記點(diǎn)在當(dāng)前空間的絕對位置坐標(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(shí)游戲。也因此，雖然Oculus Rift可以支持多個目標(biāo)物同時定位，但是目標(biāo)物不可過多，一般不超過兩個。

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可以同時識別電視機(jī)前的4個MOVE專用控制器，所以最多可以支持4人同時游戲。

PlayStaTIon VR頭顯和PS MOVE手柄均安裝有發(fā)光球體，每個手柄、頭顯配置一個發(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（簡稱PS3，下面依次類推）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。但單個攝像頭定位精度不高，有時候會把環(huán)境背景顏色識別為手柄，光照強(qiáng)烈的時候也會收到影響。

所以在PS4中，索尼改進(jìn)了單個攝像頭，采用體感攝像頭（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(biāo)。具體原理： 從理論上說，對于三維空間中的一個點(diǎn)，只要這個點(diǎn)能同時為兩部攝像機(jī)所見，則根據(jù)同一時刻兩部攝像機(jī)所拍攝的圖像和對應(yīng)參數(shù)，可以確定這一時刻該點(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三個自由度，PS系列采用九軸來計算另外三個自由度，及旋轉(zhuǎn)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)。

另外，PS可以支持多個目標(biāo)同時定位，并通過不同顏色加以區(qū)分。但PS的缺陷性也是顯而易見的，比如，當(dāng)使用PS VR用戶互相發(fā)生遮擋時，PS定位就會受到影響；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題。