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【科普】虛擬現(xiàn)實(shí)中用到的五種定位追蹤技術(shù)

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關(guān)鍵詞:虛擬現(xiàn)實(shí),定位追蹤,GPS

      美國(guó)CES著實(shí)給全球的電子發(fā)燒友們帶來(lái)了一場(chǎng)饕餮盛宴,各大媒體的直播報(bào)道,各個(gè)巨頭廠商的產(chǎn)品解讀,無(wú)一不讓我們感嘆科技的魅力。在數(shù)以千計(jì)的電子產(chǎn)品中,最吸引眼球的還要數(shù)各類(lèi)VR產(chǎn)品及無(wú)人機(jī)設(shè)備。HTC  Vive Pre, Oculus Rift CV1,索尼PSVR這些明星產(chǎn)品都圍繞著一個(gè)核心——精準(zhǔn)的定位技術(shù)。

      目前世面上的定位技術(shù)主要分為:GPS衛(wèi)星定位、紅外定位、激光定位、低功耗藍(lán)牙定位、WiFi定位、超聲波定位還有ZigBee定位等等。

      一、 GPS衛(wèi)星定位技術(shù)

      【科普】虛擬現(xiàn)實(shí)中用到的五種定位追蹤技術(shù)

      GPS衛(wèi)星定位技術(shù)是應(yīng)用最廣的室外定位技術(shù)。GPS系統(tǒng)的基本原理在于利用由24顆工作衛(wèi)星所組成的太空部分,采用空間距離后方交會(huì)的方法,確定待測(cè)點(diǎn)的位置。

      其擁有全球范圍的有效覆蓋面積,系統(tǒng)比較成熟,定位服務(wù)比較完備,而且免費(fèi),可謂是非常理想的室外定位系統(tǒng)。但是其缺點(diǎn)也相當(dāng)明顯:信號(hào)受建筑物影響較大,衰弱很大,定位精度相對(duì)較低。而且在航線控制區(qū)域,它甚至?xí)耆珱](méi)有信號(hào)。所以在VR和精準(zhǔn)的飛行器控制方面的應(yīng)用非常有限。

      二、 紅外光學(xué)定位

      【科普】虛擬現(xiàn)實(shí)中用到的五種定位追蹤技術(shù)

      應(yīng)用這類(lèi)定位技術(shù)最具代表性的產(chǎn)品有Opti  Track的光學(xué)定位攝像頭(諾亦騰的定位方案)。這類(lèi)定位方案的基本原理簡(jiǎn)單的說(shuō)就是利用多個(gè)紅外發(fā)射攝像頭、對(duì)室內(nèi)定位空間進(jìn)行覆蓋,在被追蹤物體上放置紅外反光點(diǎn)(就是我們看到的),通過(guò)捕捉這些反光點(diǎn)反射回?cái)z像機(jī)的圖像,確定其在空間中的位置信息。

      這類(lèi)定位系統(tǒng)有著非常高的定位精度,如果使用幀率很高的攝像頭的話,延遲也會(huì)非常微弱,能達(dá)到非常好的效果。它的缺點(diǎn)是造價(jià)非常昂貴,且供貨量很小。利于一個(gè)幀率在120幀的攝像頭,也就是剛好能達(dá)到VR應(yīng)用不產(chǎn)生暈眩感的延遲20ms左右,造價(jià)就在1000美刀以上了,而要覆蓋一個(gè)大概5米x5米的定位空間,一般需要6~10個(gè)攝像頭,成本之高,可想而知。

      所以他的應(yīng)用場(chǎng)景主要在不差錢(qián)的影視制作、動(dòng)畫(huà)錄制等商用方向,而對(duì)于我們一般家用基本就不太可能啦。

      三、 激光定位

      【科普】虛擬現(xiàn)實(shí)中用到的五種定位追蹤技術(shù)

      這類(lèi)定位技術(shù)的代表產(chǎn)品為HTC Vive的Lighthouse室內(nèi)定位技術(shù)和G-Wearables的Step  VR產(chǎn)品動(dòng)作捕捉及室內(nèi)定位系統(tǒng)?;驹砭褪抢枚ㄎ还馑瑢?duì)定位空間發(fā)射橫豎兩個(gè)方向掃射的激光,在被定位物體上放置多個(gè)激光感應(yīng)接收器,通過(guò)計(jì)算兩束光線到達(dá)定位物體的角度差,解算出待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。

      這類(lèi)定位系統(tǒng)相比之前的兩種定位系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于:

      成本低:相對(duì)昂貴的紅外動(dòng)作捕捉攝像機(jī),利用激光光塔進(jìn)行動(dòng)作捕捉的成本就相對(duì)低廉很多了。雖然之前高盛對(duì)HTC的產(chǎn)品進(jìn)行估價(jià)高達(dá)1000美元左右,但是他集成了HMD及運(yùn)動(dòng)手柄,單算到定位系統(tǒng)的價(jià)錢(qián)可能在400美元左右。而G-Wearables的售價(jià)可能更能低至千元人民幣以下。

      定位精度高:在VR領(lǐng)域,超高的定位精度意味著卓越的沉浸感。激光定位方案的精度可以達(dá)到mm級(jí)別,也就成就了HTC我們體驗(yàn)到的非常好的震撼的感覺(jué)。

      四、 可見(jiàn)光定位技術(shù)

      【科普】虛擬現(xiàn)實(shí)中用到的五種定位追蹤技術(shù)

      相比二、三兩種解決方案,此類(lèi)解決方案的價(jià)錢(qián)可就便宜多了,精度相對(duì)來(lái)說(shuō)也低了很多,而且受自然光的影響也比較大。和紅外定位相似,可見(jiàn)光定位的方案也是用攝像頭拍攝室內(nèi)場(chǎng)景,但是被追蹤點(diǎn)不是用反射紅外線的材料,而是主動(dòng)發(fā)光的標(biāo)記點(diǎn)(類(lèi)似小燈泡)。不同的定位點(diǎn)用不同顏色進(jìn)行區(qū)分。正是因?yàn)檫@種特性,可追蹤點(diǎn)的數(shù)量也非常有限。

      然而其算法簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、容易擴(kuò)展的特性,使它成為了目前VR市場(chǎng)上相對(duì)比較普及的定位方案。The Void,澳洲的Zero Latency  和很多國(guó)內(nèi)的線下VR體驗(yàn)店目前都采用的這種方案。

      五、 低功耗藍(lán)牙定位(iBeacons定位)

      iBeacons是蘋(píng)果公司2013年9月發(fā)布的移動(dòng)設(shè)備用的操作系統(tǒng)配備的新功能。它的基本原理簡(jiǎn)單的說(shuō),就是利用有低功耗藍(lán)牙(BLE)通信功能的設(shè)備(iPhone手機(jī)或其他設(shè)備)向周?chē)l(fā)送自己特有的ID,接收到該ID的應(yīng)用軟件會(huì)根據(jù)其攜帶的信息采取一些動(dòng)作。比如,在構(gòu)建有iBeacon的商場(chǎng),用戶帶著iPhone,走到某個(gè)商戶門(mén)前,就會(huì)自動(dòng)彈出這個(gè)商戶相應(yīng)的促銷(xiāo)信息。

      這種定位方案定位精度很低,對(duì)設(shè)備的要求也比較高,不太適用于VR行業(yè)的應(yīng)用。

      還有其他一些定位技術(shù),比如Wifi定位、射頻識(shí)別技術(shù)、UWB技術(shù)、ZigBee技術(shù)等等,但目前為止由于定位精度有限,在VR領(lǐng)域很少被應(yīng)用。

    (審核編輯: 滄海一土)

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