玩 VR 不知道定位追蹤技術(shù)？你需要這篇文章補(bǔ)補(bǔ)課

能否在虛擬世界里行走可以說是檢驗(yàn) VR 沉浸感的重要依據(jù)——這一功能讓 HTC Vive Lighthouse 房間追蹤（Room-Scale）收到了體驗(yàn)者的一致好評，同時(shí)讓 Oculus Rift 顏面掃地。要知道，Oculus 在 Kickstarter 上眾籌時(shí)，掀起了極客們對于 VR 的狂熱，而現(xiàn)在 Oculus Rift 已經(jīng)淪為了「增強(qiáng)型視頻游戲機(jī)」。那么定位追蹤技術(shù)到底有什么奇特之處，會(huì)成為 VR 設(shè)備中不可或缺的部分呢？

定位追蹤背后到底什么原理？

在弄清楚這個(gè)問題之前，我們首先要上一堂科普課——定位追蹤從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)由兩種途徑，一種是借助硬件，常用的設(shè)備包括機(jī)械式跟蹤器、電磁式跟蹤器、超聲波跟蹤器、慣性跟蹤器以及光學(xué)跟蹤等。其中，備受好評的 HTC Vive 結(jié)合了光學(xué)追蹤和慣性追蹤的方案。這套光學(xué)追蹤方案被稱之為 Lighthouse 系統(tǒng)，通過頭盔接受基站發(fā)射來的各個(gè)方向紅外線所需的時(shí)間和位置，判斷頭盔（體驗(yàn)者）所在的位置。

慣性追蹤更好理解了——誰的手機(jī)沒有一個(gè)重力感應(yīng)器？這是最基礎(chǔ)的慣性測量傳感器，設(shè)備能通過它判斷設(shè)備目前的狀態(tài)。但這并不是慣性追蹤的全部，高端手機(jī)尚且配備了陀螺儀輔助加速計(jì)，更何況高端頭顯？要不你把千元機(jī)的慣性感應(yīng)器放入高端頭顯試試？筆者可不保證會(huì)發(fā)生什么樣的后果。

說完了基于硬件的解決方案之后，另一個(gè)容易被大家忽視的解決方案是視覺追蹤。說到 Project Tango 大家都熟悉，但估計(jì)沒有幾人知道 Project Tango 采用的 SALM 追蹤系統(tǒng)采用的是視覺追蹤方法中的一種。這種方法是通過實(shí)時(shí)對于場景進(jìn)行構(gòu)建，然后進(jìn)行追蹤。然而這種算法的最大缺陷在于對設(shè)備的計(jì)算能力要求比較高，同時(shí)對算法的要求也比較高。另外采用了這種技術(shù)的公司還包括 Magic Leap 以及微軟的 HoloLens——名號(hào)響徹業(yè)界的公司都在用，各位讀者可以感受下這項(xiàng)技術(shù)的門檻有多高。

最早 Vive 定位追蹤用的是「二維碼」？

補(bǔ)完基本的技術(shù)知識(shí)之后，我們需要再將目光收回到 HTC Vive 上——畢竟他的反響最不錯(cuò)嘛。 早在 Vive 原型機(jī)出現(xiàn)之前，Valve 就已經(jīng)做過這方面的嘗試了。不過，并不是現(xiàn)在 Vive 采用的 Lighthouse 定位系統(tǒng)，而是更為原始「二維碼」的方式來輔助設(shè)備進(jìn)行定位。這套輔助圖案被稱之為 AprilTags，不同二維碼所處的空間位置和其圖案的特殊性可以讓設(shè)備明白自己在空間中所處的位置，并且精度不差。

然而這一套方案最大的問題并不在于其精準(zhǔn)度和延時(shí)上，而是準(zhǔn)備工作——畢竟設(shè)備所需要定位越精確需要準(zhǔn)備的二維碼數(shù)量就越多，在體驗(yàn)之前首先要?jiǎng)诶垡环贾煤么罅康亩S碼。普通用戶誰愿意在自家布置那么多意味不明的二維碼？無論如何，繁瑣的配置過程絕對是 Valve 放棄這一方案的原因之一。當(dāng)然 VR 只是 AprilTags 的運(yùn)用領(lǐng)域之一，它還被廣泛運(yùn)用在機(jī)器人，相機(jī)校準(zhǔn)方面。

蟻視用的追蹤定位不是「二維碼」，那是什么？

看到這里的讀者有些肯定會(huì)疑惑了，最近蟻視推出了第二代頭盔。官方宣稱這款頭盔也支持定位追蹤以及手勢識(shí)別。那么這種定位追蹤到底采用的是什么樣的技術(shù)呢？會(huì)不會(huì)是 AprilTags 的改進(jìn)版呢？我們知道 Valve 使用 AprilTags 實(shí)驗(yàn)時(shí)，是采用二維碼作為標(biāo)示物，但 AprilTags 所需要的標(biāo)記物體不局限于二維碼，只要是具有高辨識(shí)度的特殊物體/圖像即可達(dá)到要求。如果采用特殊的定位標(biāo)識(shí)，那么依然可以借助這套系統(tǒng)完成定位追蹤。

實(shí)際上，蟻視二代頭盔采用的是與 Lighthouse 相仿的解決方案，只不過 Lighthouse 系統(tǒng)是由光塔發(fā)射信號(hào)，頭盔接受信號(hào)，而蟻視的「HoloDeck」系統(tǒng)則完全是反過來的——由頭盔上的單目紅外攝像頭發(fā)射信號(hào)，而地面上的定位點(diǎn)用于反射紅外信號(hào)，然后再根據(jù)這些數(shù)據(jù)和時(shí)間通過算法計(jì)算出設(shè)備在空間中的位置。技術(shù)原理看似簡單，但其中比較關(guān)鍵的是定位的精準(zhǔn)度和計(jì)算定位的延時(shí)。

筆者就這一定位追蹤技術(shù)咨詢了 Ximmerse CEO 賀杰，他表示：「蟻視頭盔的解決方案，實(shí)際上也融合了 Valve AprilTags 技術(shù)，定位球也是二維碼，頭盔通過紅外線確定的是與定位球的相對位置，而二維碼則能承載定位球絕對位置的信息。這兩者結(jié)合在一起，還是個(gè)蠻不錯(cuò)的點(diǎn)子。」

在這之后，相信還會(huì)有更多的 VR 設(shè)備加入定位追蹤的功能， 這一功能會(huì)像手機(jī)的重力感應(yīng)一樣成為設(shè)備的標(biāo)配，人人都能在虛擬世界里漫步了。那么問題來了，這一未來還有多久？

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