玩VR不知道定位追踪技术?你需要这篇文章补补课
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能否在虚拟世界里行走可以说是检验 VR 沉浸感的重要依据——这一功能让 HTC Vive Lighthouse 房间追踪(Room-Scale)收到了体验者的一致好评,同时让 Oculus Rift 颜面扫地。要知道,Oculus 在Kickstarter 上众筹时,掀起了极客们对于 VR 的狂热,而现在 Oculus Rift 已经沦为了「增强型视频游戏机」。那么定位追踪技术到底有什么奇特之处,会成为 VR 设备中不可或缺的部分呢?

定位追踪背后到底什么原理?

在弄清楚这个问题之前,我们首先要上一堂科普课——定位追踪从技术上实现由两种途径,一种是借助硬件,常用的设备包括机械式跟踪器、电磁式跟踪器、超声波跟踪器、惯性跟踪器以及光学跟踪等。其中,备受好评的 HTC Vive 结合了光学追踪和惯性追踪的方案。这套光学追踪方案被称之为 Lighthouse 系统,通过头盔接受基站发射来的各个方向红外线所需的时间和位置,判断头盔(体验者)所在的位置。

惯性追踪更好理解了——谁的手机没有一个重力感应器?这是最基础的惯性测量传感器,设备能通过它判断设备目前的状态。但这并不是惯性追踪的全部,高端手机尚且配备了陀螺仪辅助加速计,更何况高端头显?要不你把千元机的惯性感应器放入高端头显试试?笔者可不保证会发生什么样的后果。

hololens

说完了基于硬件的解决方案之后,另一个容易被大家忽视的解决方案是视觉追踪。说到 Project Tango 大家都熟悉,但估计没有几人知道 Project Tango 采用的 SALM 追踪系统采用的是视觉追踪方法中的一种。这种方法是通过实时对于场景进行构建,然后进行追踪。然而这种算法的最大缺陷在于对设备的计算能力要求比较高,同时对算法的要求也比较高。另外采用了这种技术的公司还包括 Magic Leap 以及微软的 HoloLens——名号响彻业界的公司都在用,各位读者可以感受下这项技术的门槛有多高。

最早 Vive 定位追踪用的是「二维码」?

补完基本的技术知识之后,我们需要再将目光收回到 HTC Vive 上——毕竟他的反响最不错嘛。 早在 Vive 原型机出现之前,Valve 就已经做过这方面的尝试了。不过,并不是现在 Vive 采用的 Lighthouse 定位系统,而是更为原始「二维码」的方式来辅助设备进行定位。这套辅助图案被称之为 AprilTags,不同二维码所处的空间位置和其图案的特殊性可以让设备明白自己在空间中所处的位置,并且精度不差。

VR位置追踪

然而这一套方案最大的问题并不在于其精准度和延时上,而是准备工作——毕竟设备所需要定位越精确需要准备的二维码数量就越多,在体验之前首先要劳累一番,布置好大量的二维码。普通用户谁愿意在自家布置那么多意味不明的二维码?无论如何,繁琐的配置过程绝对是 Valve 放弃这一方案的原因之一。当然 VR 只是 AprilTags 的运用领域之一,它还被广泛运用在机器人,相机校准方面。

蚁视用的追踪定位不是「二维码」,那是什么?

看到这里的读者有些肯定会疑惑了,最近蚁视推出了第二代头盔。官方宣称这款头盔也支持定位追踪以及手势识别。那么这种定位追踪到底采用的是什么样的技术呢?会不会是 AprilTags 的改进版呢?我们知道 Valve 使用 AprilTags 实验时,是采用二维码作为标示物,但 AprilTags 所需要的标记物体不局限于二维码,只要是具有高辨识度的特殊物体/图像即可达到要求。如果采用特殊的定位标识,那么依然可以借助这套系统完成定位追踪。

蚁视追踪定位

实际上,蚁视二代头盔采用的是与 Lighthouse 相仿的解决方案,只不过 Lighthouse 系统是由光塔发射信号,头盔接受信号,而蚁视的「HoloDeck」系统则完全是反过来的——由头盔上的单目红外摄像头发射信号,而地面上的定位点用于反射红外信号,然后再根据这些数据和时间通过算法计算出设备在空间中的位置。技术原理看似简单,但其中比较关键的是定位的精准度和计算定位的延时。

蚁视追踪定位

笔者就这一定位追踪技术咨询了 Ximmerse CEO 贺杰,他表示:「蚁视头盔的解决方案,实际上也融合了 Valve AprilTags 技术,定位球也是二维码,头盔通过红外线确定的是与定位球的相对位置,而二维码则能承载定位球绝对位置的信息。这两者结合在一起,还是个蛮不错的点子。」

在这之后,相信还会有更多的 VR 设备加入定位追踪的功能, 这一功能会像手机的重力感应一样成为设备的标配,人人都能在虚拟世界里漫步了。那么问题来了,这一未来还有多久?