虚拟现实中常用的五种定位追踪技术解析
Minor昔年 2023-12-06

  美国CES着实给全球的电子发烧友们带来了一场饕餮盛宴,各大媒体的直播报道,各个巨头厂商的产品解读,无一不让我们感叹科技的魅力。在数以千计的电子产品中,最吸引眼球的还要数各类VR产品及无人机设备。HTC  Vive Pre, Oculus Rift CV1,索尼PSVR这些明星产品都围绕着一个核心——精准的定位技术。

  目前世面上的定位技术主要分为:GPS卫星定位、红外定位、激光定位、低功耗蓝牙定位、WiFi定位、超声波定位还有ZigBee定位等等。

 一、 GPS卫星定位技术


  GPS卫星定位技术是应用最广的室外定位技术。GPS系统的基本原理在于利用由24颗工作卫星所组成的太空部分,采用空间距离后方交会的方法,确定待测点的位置。

  其拥有全球范围的有效覆盖面积,系统比较成熟,定位服务比较完备,而且免费,可谓是非常理想的室外定位系统。但是其缺点也相当明显:信号受建筑物影响较大,衰弱很大,定位精度相对较低。而且在航线控制区域,它甚至会完全没有信号。所以在VR和精准的飞行器控制方面的应用非常有限。

 二、 红外光学定位


  应用这类定位技术最具代表性的产品有Opti  Track的光学定位摄像头(诺亦腾的定位方案)。这类定位方案的基本原理简单的说就是利用多个红外发射摄像头、对室内定位空间进行覆盖,在被追踪物体上放置红外反光点(就是我们看到的),通过捕捉这些反光点反射回摄像机的图像,确定其在空间中的位置信息。

  这类定位系统有着非常高的定位精度,如果使用帧率很高的摄像头的话,延迟也会非常微弱,能达到非常好的效果。它的缺点是造价非常昂贵,且供货量很小。利于一个帧率在120帧的摄像头,也就是刚好能达到VR应用不产生晕眩感的延迟20ms左右,造价就在1000美刀以上了,而要覆盖一个大概5米x5米的定位空间,一般需要6~10个摄像头,成本之高,可想而知。

  所以他的应用场景主要在不差钱的影视制作、动画录制等商用方向,而对于我们一般家用基本就不太可能啦。

  三、 激光定位


  这类定位技术的代表产品为HTC Vive的Lighthouse室内定位技术和G-Wearables的Step  VR产品动作捕捉及室内定位系统。基本原理就是利用定位光塔,对定位空间发射横竖两个方向扫射的激光,在被定位物体上放置多个激光感应接收器,通过计算两束光线到达定位物体的角度差,解算出待测定位节点的坐标。

  这类定位系统相比之前的两种定位系统的优势在于:

  成本低:相对昂贵的红外动作捕捉摄像机,利用激光光塔进行动作捕捉的成本就相对低廉很多了。虽然之前高盛对HTC的产品进行估价高达1000美元左右,但是他集成了HMD及运动手柄,单算到定位系统的价钱可能在400美元左右。而G-Wearables的售价可能更能低至千元人民币以下。

  定位精度高:在VR领域,超高的定位精度意味着卓越的沉浸感。激光定位方案的精度可以达到mm级别,也就成就了HTC我们体验到的非常好的震撼的感觉。

 四、 可见光定位技术


  相比二、三两种解决方案,此类解决方案的价钱可就便宜多了,精度相对来说也低了很多,而且受自然光的影响也比较大。和红外定位相似,可见光定位的方案也是用摄像头拍摄室内场景,但是被追踪点不是用反射红外线的材料,而是主动发光的标记点(类似小灯泡)。不同的定位点用不同颜色进行区分。正是因为这种特性,可追踪点的数量也非常有限。

  然而其算法简单、价格便宜、容易扩展的特性,使它成为了目前VR市场上相对比较普及的定位方案。The Void,澳洲的Zero Latency  和很多国内的线下VR体验店目前都采用的这种方案。

  五、 低功耗蓝牙定位(iBeacons定位)

  iBeacons是苹果公司2013年9月发布的移动设备用的操作系统配备的新功能。它的基本原理简单的说,就是利用有低功耗蓝牙(BLE)通信功能的设备(iPhone手机或其他设备)向周围发送自己特有的ID,接收到该ID的应用软件会根据其携带的信息采取一些动作。比如,在构建有iBeacon的商场,用户带着iPhone,走到某个商户门前,就会自动弹出这个商户相应的促销信息。

  这种定位方案定位精度很低,对设备的要求也比较高,不太适用于VR行业的应用。

  还有其他一些定位技术,比如Wifi定位、射频识别技术、UWB技术、ZigBee技术等等,但目前为止由于定位精度有限,在VR领域很少被应用。

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