灯塔激光定位技术——多人大空间交互体验的最优选择

——映维网——国际影响力VR信息数据平台声明:本文系第三方稿件,非映维网官方稿件,望读者知悉。本文内容涉及任何法律问题均与映维网无关。禁止以“来源映维网(YiVian)”名义转载本文。空间定位是VR 市场中一个非常关键的技术,当今排名前列的VR硬件设备厂商(HTC/Vive和Oculus)分别采用了不同的空间定位方案Oculus 的 Constellation 系统红外摄像头定位HTC/Vive、大朋VR的 灯塔激光定位系统尽管这两种定...

——映维网——
国际影响力VR信息数据平台

声明:本文系第三方稿件,非映维网官方稿件,望读者知悉。本文内容涉及任何法律问题均与映维网无关。禁止以“来源映维网(YiVian)”名义转载本文。

空间定位是VR 市场中一个非常关键的技术,当今排名前列的VR硬件设备厂商(HTC/Vive和Oculus)分别采用了不同的空间定位方案

  • Oculus 的 Constellation 系统红外摄像头定位

  • HTC/Vive、大朋VR的 灯塔激光定位系统

尽管这两种定位方式都采用了PnP解算,但都有各自的局限性和适应的场景,下文将逐一详细分析。

Oculus Constellation定位系统

Oculus采用的是基于Camera的定位方案,被称为Constellation。在Oculus头盔和手柄上都布满了红外sensor,以某个固定的模式在闪烁。

灯塔激光定位技术——多人大空间交互体验的最优选择

通过特制的camera以一个固定的频率(Oculus CV1是60fps)拍摄,得到一组图片。系统通过这些点在图片上的二维位置,以及已知的头盔或者手柄的三维模型,反推出点在三维空间中的位置。这个过程可以进一步的细分成以下的步骤,

首先,为了确保准确的定位到头盔和手柄上的LED,PC端的Oculus Camera软件/驱动程序通过HID接口发送某个命令点亮LED,该亮度足以被Camera捕捉到,同时这些LED以某个特殊的模式闪烁。这样能确保即使有遮挡的情况下,在不同的角度下,只要有足够多的LED被拍摄到,整个的tracking系统就能正常工作,不会被环境中的其他噪声信号所影响。

然后是记录下每一个被捕捉到的LED的位置和方向

灯塔激光定位技术——多人大空间交互体验的最优选择

当然,为了做好定位,Oculus camera本身并不需要LED的颜色,只需记录每个点的明暗,所以 Oculus Camera固件中记录下的的图像为 752×480像素, 像素格式为 Y8灰阶,每一幅图看起来如下

灯塔激光定位技术——多人大空间交互体验的最优选择

拿到头盔上的LED在二维图片上的位置,又有头盔上Sensor的三维模型,有什么办法可以估算出这些点的三维位置?这本质上是一个Pnp解算的问题 (https://en.wikipedia.org/wiki/Perspective-n-Point):有了n个3D点的模型(就像上面提到的LED点在头盔上的3D分布), camera拍摄下来的n个2D点的集合,再加上camera本身的内部的参数,可以推算出这些点的位置坐标(X,Y,Z) 以及姿态(Yaw,Pitch,Roll)。

这个点的集合到底有多大?这是一个寻求最优解的问题,常见的做法是n>=3,也就是图片上只要拍到三个以上的LED,就能够解算出相关的姿态和位置。考虑到遮挡或者拍摄的照片不够清楚等因素,实践中看,至少要拍摄到4-5个点,整个头盔的姿态和位置才能被正确的算出,这也是为什么在Oculus的头盔上布满了很多LED点的一个重要原因。

算出来的数据有误差怎么解决?一个常见的办法是得到6DOF的数据之后,用该数据再做一次投影,产生新的2D图像,把该图像和我们开始用来计算的图像进行比较,得到一个误差函数,应用该函数来进行校准。不过这带来另外一个问题:点进行比较的时候,你怎么知道3d模型上的点,和拍摄到的二维图像上的点之间的匹配关系?如果做一一对应的全匹配计算的话,计算量太大。所以Oculus采用的办法是采用不同的闪烁模式,来快速匹配3d模型上的点和拍摄到的图像上的点。

进一步,在姿态估计的问题上面,通过光学(camera图片)得到的姿态会有误差,而这种误差主要来自于物体快速移动时捕获到的照片上的点识别的困难。为了减少这种误差,需要通过IMU信息来进行一步校准通过PnP解算得到的姿态,这就是所谓的Sensor数据融合。

从上面的描述可以看出来,基于camera的光学定位技术,安装配置比较简单,成本也比较低,但是图像处理技术较为复杂,物体移动较快时识别物体的位置有比较大的困难,同时容易受到自然光的干扰。

另外,基于Camera的定位精准度受到Camera本身分辨率的限制,比如Oculus Rift的Camera为720p,比较难以提供亚毫米级的精准定位。

最后,Camera自身能够捕捉到的照片的距离比较近,不能应用到很大的房间位置,一般都只能提供桌面级别的VR定位。当然最近Oculus提供了三个Camera的方案,试图在room scale级别和灯塔定位技术一较高下。

灯塔激光定位技术

反之,htc,大朋等企业提供的灯塔激光定位技术,避免了Camera定位技术的高复杂度,具有定位精度高,反应速度快,可分布式处理等优势,能够允许用户在一定的空间内进行活动,对使用者来说限制小,能够适配需要走动起来的游戏,真正实现Room Scale级别的vr定位。

下面从灯塔定位的原理解释为什么在大空间的应用中灯塔激光定位是一个更好的选择。

HTC的灯塔定位系统中有两个基站,每个基站上面有两个马达,其中一个马达往水平方向扫射,另外一个朝垂直方向扫射。

灯塔激光定位技术——多人大空间交互体验的最优选择

基站刷新的频率是60赫兹,基站a上面的马达1首先朝水平方向扫射,8.33毫秒之后,第二个马达朝垂直方向上扫射(第二个8.33毫秒),然后基站a关闭,接着基站b重复和基站a一样的工作……

灯塔激光定位技术——多人大空间交互体验的最优选择

这样只要在16ms中,有足够多的sensor点同时被垂直和水平方向上的光束扫到,这些sensor点相对于基站基准面的角度能够被计算出来,而被照射到的sensor点在投影平面上的坐标也能够获得。同时,静止时这些点在空间中的坐标是已有的,可以作为参考,这样就能够计算出,当前被照的点相对于基准点的旋转和平移,进一步的得出这些点的坐标,这其实也是一个PnP问题。

灯塔激光定位技术——多人大空间交互体验的最优选择

进一步的,再融合IMU上获得的姿态,就能够较准确的给出头盔或者手柄的姿态和位置

灯塔激光定位技术——多人大空间交互体验的最优选择

在上一步中计算出来的头盔/手柄的位置和姿态信息,通过RF传递到和PC相连的一个接收装置,该装置再通过USB接口,把数据上传到PC端的driver或者OpenVR runtime,最后上传到游戏引擎以及游戏应用中。

大朋VR定位方案

相比HTC的定位技术,大朋在激光定位方面做了进一步的创新,在每个基站上面加入了三个马达,从上到下编号,一号马达从垂直方向上扫描,2号马达从水平方向扫描,3号马达从垂直方向扫描。

灯塔激光定位技术——多人大空间交互体验的最优选择

每一个马达扫描的时间间歇是4ms,该马达在工作的时候,其他马达都处于关闭状态,基本时序如下:

基站上面的马达1首先发送同步光信号给头盔/手柄上的sensor点,sensor点清零计数器,马达1接着朝垂直方向扫射;4毫秒之后,第2个马达朝水平方向上扫射(第二个4毫秒),然后是第3个马达朝垂直方向上扫射(第3个4毫秒)。

被照射到的sensor点可以比较容易的得到被照射时的时间,以及每一个号马达开始扫描的时间。马达的转速是固定的,这样就可以得到sensor点相对于扫射平面的角度,而该角度编码后通过RF传送到PC端,再做进一步的姿态融合之后,PC端就能容易的拿到6DOF的数据。

灯塔激光定位技术——多人大空间交互体验的最优选择

在指定时间里增加扫描的次数,大大减少所需要的sensor数量。从实际测试中看,在大朋的最新款的E3P中,最后需要的传感器数量大概是Lighthouse的四分之一左右(Lighthouse用了几十个传感器),头盔和手柄所需要的传感器都是个位数,头盔手柄都变得更轻便。这不仅大大增加了整个定位系统的稳定性,也让sensor在头盔或手柄上的布局也更加的简单。

进一步的,由于每次扫描的时间间隔更短,所以手柄的姿态等信息能够以更快的频率(每4ms一次)传送到PC端,更及时的更新到VR游戏中。

在玩vr游戏或者应用的时候,难免会出现各种各样的遮挡,为了让用户能够在房间级别的空间中畅玩,必须要让灯塔在360度各角度方位都能够照射到头盔和手柄,大朋vr的解决方案和htc一样,也是双基站。双基站的工作时序和单基站一样,唯一的区别是,主基站工作的时候,从基站是关闭的,反之亦然

灯塔激光定位技术——多人大空间交互体验的最优选择

大朋VR激光定位固有的定位稳定,需要的sensor点少这些特点,使得该定位方案能够非常好的应用到教育行业和多人联机对战中。

联机多人对战也是大朋VR定位版擅长的领域

比如以下的场景中,只需要一到两个基站可以覆盖多台网吧电脑,大大降低成本。

灯塔激光定位技术——多人大空间交互体验的最优选择

综上来看,相较于红外方案,激光定位在大空间多人联机的应用上具有较明显的优势。

灯塔激光定位技术——多人大空间交互体验的最优选择

官方微信:yivian001 
官方公号:YiVianVR 
官方鹅群:251118691 
微信社群:yivian.com/community 
投资合作:yivian.com/about 
行业招聘:yivian.com/jobs 
行业报告:yivian.com/vrstats 
中英译标:yivian.com/en_cn_ref 
映维讲师:yivian.com/speaker 
阅读原文:进入官网查看更多资讯

原创文章,作者:交互精选,如若转载,请注明出处:https://www.iamue.com/34887/

(0)
交互精选交互精选
上一篇 2018-01-30
下一篇 2018-01-30

相关推荐

  • 便宜的指纹锁也会有“便宜”的用户体验

    欢迎关注:CDTV-1周一至周五晚7:30—7:40全国首创电视融商节目《天天橙掌柜》。很多指纹锁在你跟老板杀完价的那一刻是开心的用的时候并不是那么开心的例如说:外观掉漆脱落了把手松动了指纹录不进或不好打开了说好的密码备用关键时刻掉链子了配的机械钥匙太low了电池没过多久就没电了指纹锁没用多久就得找师傅上门维修了等等等等,烦心吗?趁着特价,换吧智能门锁吧超B级锁芯多种开门方式让你的生活更省心省力橙掌柜家庭安全节德施曼小嘀S8云智能门锁只...

    2018-03-09
  • 知识分享直播——用户体验招募

    如果你曾经沉迷直播,为喜欢的主播刷飞机火箭;如果你曾经将直播当作你学习的途径,获取信息;如果你对当下的直播平台设计有想法和建议;如果你希望在看直播的同时,不用送礼物,还能赚些小钱;如果。。。其实,没有这么多如果,只要你想参与到影响直播平台的用户体验设计的活动中,只要你不是直播的小白,那么请毫不犹豫地来参与我们的用户体验实验。我们会提供不低于50元人民币的报酬。01—研究课题在现行的直播用户界面的基础上,我们设计了一个辅助知识分享型主播及...

    2018-04-08
  • 【竞赛结果】2017 年度UA创作奖 · 概念设计国际竞赛最终结果

    来源:城市建筑竞赛题目:UA城的滨水居住建筑2017年度UA创作奖•概念设计国际竞赛由《城市建筑》杂志社主办,哈尔滨工业大学建筑设计研究院承办。组委会于2017年11月发布竞赛题目,共收到672个团队的注册参赛信息,至2018年1月15日止,共收取375份作品。本届竞赛评审分初审、通讯评审、现场评审、网络公示、评审委员会复议等阶段进行。初审遴选出362份有效参赛作品,其中前8所通过全国高等学校建筑学专业教育评估的学校学生报送作品63份,...

    2018-03-27
  • 现在交互设计是时候走出迷茫

    交互设计的定义:交互这个词,英文是interaction,其中inter是互相的意思,action就是行动,所以inter-action直面上看就是“互相的行动”,也就是你行动一下,对方再行动一下,你来我往。交互设计,就是在设计这一些列的“互相行动”,使用户能更好得使用物品,物品能更好得服务用户。献给深夜中孤注一掷的设计师们来自无可设计00:0002:30下面小编想向大家介绍一位交互设计大师————————Lucian Bernhard...

    2018-03-27
  • 百度用户体验总监刘超下课,HR内部贴称其“给百度同学造成严重伤害”

    百度用户体验总监刘超因演讲太low被嘘事件又有了进展,就在刚刚,又有网友晒出一张百度内网的帖子,告知员工“公司决定将刘超从百度管理团队除名”等信息,发帖者为“BaiduHR”:截图很快在微信朋友圈流传,但百度公关在相关朋友圈下面没有辟谣。以上帖子,可能是今天(7月3日)早间流传的、刘超在百度内网道歉原帖的最新回复,刘超在百度内网的道歉信如下:刘超在信中称,由于个人重视程度不足、演讲语言和穿衣不恰当的问题,导致在IXDC会议上演讲被嘘,后...

    2018-02-03
  • 設計者說 | 交互设计总监+创始人+设计师导师 潘翔的多维思考

    设计者说  |  设计发声平台| 第 53位设计师 |▲ 专访:设计总监+企业管理者+资深导师 三位一体经验分享今天的嘉宾经历过很多次转型——工业设计出身;毕业做交互设计;创业做用户体验设计;当然他也是一只梨的导师之一:潘翔尚器设计联合创始人资深交互设计师同济大学硕士曾任职于designeaffairs一只梨交互设计资深导师几次转型都成功是潘翔最厉害的地方。每换一次角色就会让他的思考和经历叠加一层全新维度。在他身上,同时有资深设计师的专...

    2018-03-26
  • 百度UED:运营设计那些事儿

    数十万互联网从业者的共同关注!作者:百度搜索用户体验中心 授权早读课发表,转载请注明出处。在现如今的社会中,每天都在进行着一场场没有硝烟的商战。运营设计则是至关重要的一部分。那么怎么才能做出一个好的运营设计或者一个相对比较成功的运营设计呢?我们要知道设计的目的。设计的目的是什么?设计核心在于能够让用户在有限的时间内Get最有价值的信息,找到所得,从而实现转化。知道设计的目的了,在项目中自然形成了一些思路流程。1、需求分析需求分析分为:产...

    2018-01-31
  • Sketch book 各种材质产品手绘表现-别人家的手绘本,拿走、收藏... [更新]

    ▲点击关注最不可思议干货今天给大家共享一波Sketch book 各种材质产品手绘表现...拿走、收藏...手绘飙车活动进行时,点击按钮加入...手绘零基础▼点击看>此方法,让零基础小伙伴们透视准确率达到98%...津美优设2017暑期1期课程|格物造型.第5天: 线稿基础-借体推敲Ⅱ点击看>此方法,让零基础小伙伴们形态推演能力爆棚!造型推敲、设计发散!津美优设2017暑期1期课程|格物造型课程.第6天:借体推敲Ⅲ点击看>此方法让零基础...

    2018-03-23
  • 2017新零售用户体验观察

    互动新零售专为互联网人打造的新零售智库。关注过去的2017年被誉为“新零售元年”,从早前颜艳春的《第三次零售革命》到阿里的“五新”战略,再到京东的“新零售革命”等等,一系列关于“新零售”的概念被正式提出。而行动上,无论是互联网电商巨头,还是传统线下零售企业均在紧锣密鼓地展开此次零售变革的布局。此次“新零售”变革概念从中国提出之时,从全球范围来看,和传统零售形态不太一样的商业形态和消费者体验已经在世界各地慢慢的生长起来。这一年中各式各样关...

    2018-02-08
  • 《用户体验要素》读书笔记:要理解为何这样做产品

    《用户体验要素》是一本实用类书,试图回答如何以用户体验为中心进行产品设计。作者通过构建自下而上的五层模型:战略层,范围层,结构层,框架层,表现层;来将以用户体验用户需求为中心的设计方式层次清晰的表达出来。并指出;一开始对战略层的深思熟虑,会帮助我们在整个产品设计中节约大量的时间。作者这本书写于pc时代,大多案例都是网站的建设。但是整个思考产品的思路,直到今天;都没有过时。一、 以用户体验为中心设计产品用户体验是指产品如何与外界发生接触,...

    2018-04-08