VR體驗:光學空間定位技術或是主流VR
最近,Oculus Rift對其內容平臺Oculus Home和固件進行了升級,這次的固件升級后Rift可以同時連接四個追蹤攝像頭,也間接驗證了Oculus Touch應該不會跳票了。 相比較HTC Vive的激光定位技術,Oculus單個攝像頭不容易捕捉頭顯或者手柄的信號,所以每增加一個攝像頭就意味著更大的信號可捕捉范圍,并且能夠增加定位的準確性。現在其支持連接四個攝像頭后,類似HTC Vive,便可以通過空間定位的方式得到用戶位置,從而實現之前Rift無法支持的房型體驗(Room-scale)。 基于光學的空間定位技術 Oculus Rift的位置追蹤技術采用的是主動式紅外光學定位技術,其頭顯和手柄上放置的并非紅外反光點,而是可以發出紅外光的“紅外燈”。再利用加裝了紅外光濾波片的攝像機進行拍攝,因為是主動式的,所以攝像機只能捕捉到頭顯或者手柄發出的紅外光,隨后再利用程序計算得到頭顯它們的空間坐標。 這里提一則去年的新聞,在大多數VR從業者耳中應該不會陌生:來自澳大利亞的Zero Latency成為了全世界第一家虛擬現實游戲體驗中心,它占地400平方米左右,由129個PS Eye攝像頭組成,同時支持6名玩家同場進行游戲。 沒錯,這個體驗中心相比之前的VR應用,其最大的賣點就是可以允許玩家在虛擬空間中自由行走。其中類似于Oculus Rift的位置追蹤技術,PS Move設備(包括PS Eye攝像頭,以及裝備了標記光球的Move手柄)是這一技術的核心所在。 但與Oculus的紅外方案不同的是,PS Move設備采用的是可見光方案。如之前Zero Latency體驗中心的游戲效果圖所示,不同顏色的光球在PS Eye攝像頭中可以呈現出顯著不同于背景畫面的圖像,從而方便通過計算機視覺(CV)算法將它提取出來。當然,不管是哪種方案,僅有一個攝像頭的話,是無法得到玩家的三維空間信息的。此時需要有不止一個攝像頭去捕捉玩家的光球在屏幕空間的位置,然后通過空中三角測量的算法,取得玩家在世界坐標系當中的真實位置。 基于光學的VR空間定位的前景 除了HTC和Oculus這樣的vr硬件公司,還有一些基于光學VR空間定位方案的技術提供商,首推的當然是老牌的OptiTrack。他們在攝像頭的周圍采用紅外LED進行補光,并且采用高反射率的材質來制作玩家佩戴的標記點。根據目前已知的一些信息,包括The Void主題公園,以及諾亦騰的project Alice,都是采用了OptiTrack的空間定位方案,這也無疑證明了這種方案的可靠性。只是與之相對的,往往是高昂的成本(如下圖,一臺攝像頭的價格都是以數萬人民幣計算的,而構建一個規則空間起碼需要4臺這樣的攝像頭,以及軟件系統)。
不過,因為光學定位的方法具有相當的準確度和穩定性,通過攝像頭參數的調校也可以達到很低的延遲,并且在理論上可以擴展到無限的空間,因此它也確實成為了目前很多vr體驗館搭建者的首選。 然而,通過標記點來識別多名玩家還是具有很大的局限性,因為標記點不可能無限組合下去,兩組標記點靠得過近的話(例如背靠背作戰的兩位玩家),也很容易發生誤測或者無法識別的情形。此外,過于復雜的場館環境也會讓標記點更容易被障礙物遮擋,從而發生漏測問題,因此目前我們所見的多家采用光學定位的體驗館,都是在一個空曠的規則房間內進行游戲的。 最后聊聊空間定位是VR體驗的充要條件嗎? 無論是Oculus光學空間定位技術,還是HTC Vive的激光定位技術,對于高端VR設備來說,空間定位是他們最核心的競爭點之一,因為空間定位技術將會解決VR體驗中的兩大難題——VR眩暈癥和沉浸感。 其中VR眩暈癥有很大的原因在于大腦感知和身體的不一致。在虛擬現實里,你的眼和大腦接收到訊號,認為自己在移動,但是你的身體卻沒有任何的移動,這種矛盾的狀態就會讓你感到暈眩。而有了準確的大范圍的位置追蹤,用戶就可以在真實世界做同比例幅度的動作,從而在生理上減緩這種癥狀。 一旦做到在現實世界的大范圍移動,也就相應的增強了用戶在虛擬現實中的沉浸感。換句話說,擁有了精度高,穩定性強和可活動范圍大的空間定位技術,可以讓VR體驗上升到一個更高的層次。
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