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智慧生活設計事務所


2017年8月11日 星期五

Centimeter-Accurate Virtual Reality GPS System for Gear VR

來源: 魔多


空間定位系統有著很悠久的歷史,從最初的星象,到後來的 「牽星術」。你可以根據牽星板測定的垂向高度,和牽繩的長度,即可換算出北極星高度角,它近似等於該地的地理緯度。

哪种空间定位技术最适合VR?
  
時至今日,定位技術隨著科技的發展,日漸成熟和精確。日前,Valve宣佈對一些做手勢硬體廠商,開放Lighthouse定位技術套件,空間定位技術又成為大家關注的焦點。

其實,除了大家熟知的Lighthouse,還有非常多的空間定位技術。盤點了幾種常用的空間定位技術,先來瞭解下它們:

1.GPS衛星定位技術
GPS應該是大家最熟悉的定位技術,它是利用24顆工作衛星發射信號,通過時間差測出距離,進而確定待測點的位置。因為同時利用了24顆衛星,它能夠排除一些誤差較大的數據,使得定位更精確。

去年,國際上一個戴上VR頭盔開賽車的宣傳影片火爆網路,它就是採用了GPS定位。影片如下:

Virtual Reality and Real-Life Racing Combine in Driving First

GPS定位系統覆蓋全球,而且是免費的,是非常理想的室外定位系統。但是其缺點也相當明顯:信號受建築物影響較大,衰弱很大,定位精度相對較低。而且,而定位不準會直接導致眩暈,所以在VR 領域很少採納。

2. 影像辨識(Opti Track)
應用這類定位技術,最具代表性的就是Opti Track,很多人把Opti Track定義為光學定位,但是把它定義為影像辨識,更為確切。先來看一個Opti Track應用的影片:

Motive Tutorial | Checking Marker Labels

這類定位方案的基本原理簡單的說就是利用多個紅外線發射攝影機、對室內定位空間進行覆蓋,在被追蹤物體上,放置紅外線反光點(就是我們看到的),透過捕捉這些反光點,反射回攝影機的圖像,確定其在空間中的位置資訊。

這類定位系統有著非常高的定位精度,延遲也能達到20ms以內。它的缺點是造價非常昂貴,且供貨量很小。一個攝影機的價位就要1000美元以上,而要覆蓋一個大概5x5米的定位空間,一般需要6~10個攝影機,成本之高,可想而知。

這類系統主要應用在類似線下體驗店這樣的商用場景,家用還太昂貴。

3. 紅外光定位(Lighthouse)
這類定位技術的代表產品為HTC Vive 的Lighthouse 室內定位技術,它是目前業內精度最高的定位系統。基本原理就是利用定位光塔,對定位空間發射橫竪兩個方向掃射的雷射,在被定位物體上放置多個雷射感應接收器,透過計算兩束光線到達定位物體的角度差,解算出待測定位節點的坐標。

它以兩個垂直的面進行掃描
哪种空间定位技术最适合VR?

Lighthouse 其實是由17個獨立的光點二極管,可以無障礙地去定位方位

但是,這個定位系統也存在它的弊端,由於光路很容易被遮擋,遇到障礙物不能「拐彎」,不適用於較大的空間,Lighthouse的定位空間只有5*5米。

4. 低功耗藍牙定位(iBeacons定位)
iBeacons是蘋果公司2013年9月,發佈的行動設備用的操作系統,其所配備的新功能。它的基本原理簡單的說,就是利用有低功耗藍牙(BLE)通信功能的設備(iPhone手機或其他設備),向周圍發送自己特有的ID,接收到該ID的應用軟體,會根據其攜帶的資訊採取一些動作。

比如,在構建有iBeacon的商場,用戶帶著iPhone,走到某個商店門前,就會自動彈出這個商戶相應的促銷資訊。

哪种空间定位技术最适合VR?
  
這種定位方案定位精度很低,對設備的要求也比較高,不太適用於VR行業的應用。

5.Wi-fi定位
具體來說,Wi-Fi能夠定位原理是這樣的:
1.每一個無線AP(路由器)都有一個全球唯一的MAC地址,並且一般來說無線AP在一段時間內不會移動;

哪种空间定位技术最适合VR?

2.設備在開啓Wi-Fi的情況下,即可掃描並收集周圍的AP訊號,並獲取到AP廣播出來的MAC地址;

3、設備將這些能夠標示AP的數據,發送到位置伺服器,伺服器檢索出每一個AP的地理位置,並結合每個訊號的強弱程度,計算出設備的地理位置,並返回到用戶設備;

但是,需要注意的是,位置服務商要不斷更新、補充自己的數據庫,以保證數據的準確性。

目前Wi-Fi定位系統節點耗費差不多20美元,精度為米級,也不適用於VR領域的空間定位。

6.超音波定位
這種定位技術的靈感來源於蝙蝠。蝙蝠在夜間飛行的時候,喉頭發出一種,超過人的耳朵所能聽到的高頻音波(即超音波),這種音波沿著直線傳播,一碰到物體就迅速返回來,它們用耳朵接收了這種返回來的超音波,使它門能作出準確的判斷,引導它們飛行。

在實際應用中,超音波定位的技術也有很多方案,這裡介紹一個最簡單的:利用三面垂直的牆壁進行定位。在三面有牆壁的場所,你使用的設備,可以理解為空間中某一個訊號發射點,它向周圍發射超音波,測距系統會利用發射和反射回來的音波產生的時差,乘以波速即可以算出距離。

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利用三面垂直的牆壁進行定位
超音波定位的成本較低,但是由於超音波在空氣中的衰減較大,它試用於較小範圍,一般為幾十米,測量的精度為釐米級。目前應用於無人車間等場所的移動物體。

「光學+無線」最適合VR
眾所皆知,VR 眩暈是一個非常大的難題,這也意味著,它對定位精度的要求非常高,所以在小範圍內,光學是最佳的選擇。當然,在室外的大空間情況下,「光學+無線」是非常好的方法,在遇到障礙物時,無線定位可以對光學進行補充。這樣既保證了精度,也解決了光學定位容易被遮擋的難點。


                                                                                                                                                                                                                 

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