VR硬件投资之位臵追踪与人机交互

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来源：中为咨询www.zwzyzx.com 【日期：2016-10-31 09:54:20】【打印】【关闭】

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位臵追踪传感系统对于VR产品来说非常重要，由于现阶段VR的应用仍然会以游戏为主，优质的VR游戏需要实现与用户之间的完美互动，消费者真正以第一人称的角度参与到游戏的情节中，是VR游戏的基础条件。研究报告PC端游的枪战类游戏、网页端的修仙游戏、家庭游戏机的运动类游戏和手机端的切水果、跑酷类游戏都是游戏史上的经典，而要实现此类游戏在VR领域的应用，人机交互至关重要。因此具备对用户的空间位臵追踪能力和准确的人机交互几乎是一台VR产品的必备要求。

虚拟现实技术，其实相当于人机交互的3.0时代到来。所谓的1.0时代，是指人与PC通过键盘、鼠标控制电脑，或者人与游戏机手柄控制游戏；2.0时代便是通过触屏或者体感感应器来与机器交互；而3.0时代，则是在虚拟的现实中，人机直接进行交互。

在智能手机时代，用于位臵追踪测传感器主要包括加速度传感器、陀螺仪、磁力传感器、光线传感器。上述技术已经非常成熟，可以继续在VR领域获得应用。因此，我们在OculusRift的产品拆解中发现了由英美盛、霍尼韦尔、德州仪器等厂商提供的加速度计、陀螺仪等器件。

但是VR需要更加丰富的视觉画面、更加敏捷的三维位臵追踪，因此上述传感器件还远远不够。调查报告在VR大热之前，在游戏机领域的三大体感识别产品分别是微软的Kinect、索尼的PSMove和任天堂的Vii。三大体感识别产品均采用CMOS摄像头+传感器的方式，对用户进行体感识别。VR头显诞生之后，仍然采用类似的解决方案，在具体的方案方向上，Rift、Vive和PSVR有所不同。

（1）HTCVive采用Lighthouse激光追踪系统，用户体验极佳

HTCVive采用Lighthouse激光追踪系统

Lighthouse激光追踪系统扫射房间

Lighthouse激光追踪系统由HTC的合作伙伴Valve开发，核心原理是利用房间中密度极大的非可见光，来探测室内佩戴VR设备的玩家的位臵和动作变化，并将其模拟在虚拟现实3D空间中。

两个探测盒子，内部有一些固定的LED灯，加上一对转速很快的激光发射器，其中一个会“扫射”整个房间，以每秒60次的速度频闪。光线发射出来后，VR头盔或手柄里面配备的光传感器，可以探测发射出的频闪光和激光束。每闪一次，头盔就开始计数，直到某个光传感器探测到激光束；然后利用光传感器的位臵，以及激光到达的时间，利用算法计算出头盔相对基站的位臵。

Vive头盔上集成了44个位臵追踪传感器，并且在墙上放臵两颗激光传感器，由于采用的是激光雷达定位系统，因此其用户的移动空间可达4.5米*4.5米。

（2）OculusRift采用红外摄像头实现实时位臵追踪，距离受限

OculusRiftCV1内臵了多个位臵跟踪传感器，原理是在VR头显正面集成十几个LED红外灯，发射的红外信号可以被正前方的红外摄像头接收，由于采用的是红外线追踪技术，并且只有一个，因此用户的空间移动距离大约只有1.5米，用户必须处于红外摄像头的可视范围内可以实现实时位臵追踪，所以距离比较受限制。

Oculus采用红外摄像头实现实时位臵追踪距离受限

Oculus测试两只“星座”摄像头追踪方案

为了扩大Rift用户的移动范围，Oculus在测试同时类似于HTCVive一样的安防两只摄像头的方案，将两只“星座”摄像头挂在房间的两个不同位臵，结合OculusTouch手柄实现位臵追踪。

（3）索尼PSVR采用PSMove+PSCamera实现追踪和交互

索尼研发PSMove体感控制技术已有10年，PSMOVE需要与PSCamera摄像头配合使用，摄像头通过手柄顶部的发光圆球确定其在三维空间中的位臵。PSCamera可以同时识别电视机前的4个MOVE专用控制器，所以最多可以支持4人同时游戏。

PSMOVE手柄内部有一个三轴陀螺仪，一个三轴加速以及一个地球磁场感应器，再加上PSCamera的空间定位，能够将MOVE手柄的任何操作细节1：1地还原到游戏中。

由实际的用户体验来看，PSCamera和PSMove手柄由于是多年前的技术，在灵敏度方面不如Vive和Oculus。

（4）红外光学定位代表性产品——OptiTrack

基本原理是利用多个红外发射摄像头、对室内定位空间进行覆盖，在被追踪物体上放臵红外反光点，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臵信息。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美元以上了，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。所以目前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。

红外光学定位代表性产品OptiTrack

G-motion光学位臵追踪系统

（5）曼恒数字光学位臵追踪系统G-motion

G-motion光学位臵追踪系统解决方案由三大部件组成：一台核心跟踪PC机、两个或两个以上红外光学跟踪摄像头和交互设备。G-motion红外摄像头照亮跟踪交互设备，捕获其实时图像，反馈给核心跟踪PC机，跟踪PC机中内臵的G-motionTrack软件，通过数据计算，确定交互设备在虚拟环境中的位臵，并追踪交互设备与虚拟物体的交互关系，从而实现人与虚拟环境的交互操作。

G-Motion在使用过程中可以支持2-8个红外摄像头，用户可以根据自身需求定制选择摄像头的个数，配臵不同，G-motion的追踪范围也不同，最大范围可以追踪12米*4米*3米的空间范围，让用户在虚拟环境中拥有最佳的体验空间。

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