几大VR定位技术的介绍(个人向)

  • d
    dumplingpro
    个人了解有限,只是作为VR玩家看多了也多少知道一点,错了的话请不要喷我……



    VR有两个重要衡量标准,一个是屏幕分辨率,这个没啥好说的,大家都知道,而另外一个是定位能力。

    定位能力虽然不像分辨率那么直观,但很影响VR体验。VR的原理,就是跟踪人头部的位置,渲染相应的画面,让人有真的处于虚拟世界的错觉。
    比如那种手机盒子,因为大多数都靠陀螺仪来推测人头部的运动,误差大,所以哪怕也有高清屏幕,体验也很差。


    VR的定位能力,主要有三个指标,定位精度、定位频率、跟踪范围。

    定位精度,这个很好理解,精度不够就感觉飘。
    定位频率,一般来说VR会每隔一段时间定位一次玩家的位置,两次间隔之间则通过之前玩家移动的速度和方向预估,校准频率低,动作延迟高,甚至感到晕(手机盒子这个问题就很严重),用游戏来形容的话,就是帧数够不够。
    跟踪范围,跟踪范围低的VR只能坐着玩,出范围就丢失跟踪(比如PSVR范围很小,容易丢跟踪),而跟踪范围高的VR,可以在整个房间到处跑,被砍了可以像真实一样一个侧步躲到一边,被射击了可以趴在地上当伏地魔。








    ----------------------------

    灯塔系统(VIVE)


    灯塔的定位技术实际上是V社开发授权给其他厂商的(所以steam硬件页面一直有VIVE的链接,一个做游戏卖游戏的,怎么就去搞硬件了呢)

    坑掉的LG VR、吹得震天响但整天跳票的小派8K也获得了授权。

    与其他定位系统不同,顶塔用的是一种很传统的定位方法,原理类似以前那种不停转转转的老式雷达。(具体可以看附件的动图)






    两个对角线位置挂在高处的基站,里面有一横一竖两个旋转的发射器(记得是以3600/分钟的转速恒速旋转),发射不可见激光,而头显和手柄里则有大量对应的接收器(VIVE上那些凹点就是)。

    1、发射器转到0度,基站发出同步信号,所有接收器开始计时。
    2、发射器继续旋转,激光扫过整个房间,扫过一个扇面。
    3、接收器被激光扫到后,停止计时。
    4、由于基站发射器转速是已知的,根据计时(从0度,到激光扫到接收器时的时间),得到X轴的相对角度。
    5、两个基站都依次,横扫一次,竖扫一次,接收器就可以计算出自己(以基站为参照物)的坐标,完成一次定位。

    跟其他依赖模糊图像识别和人工智能的妖艳货完全不同,有点像不停转转转那种老式机扫雷达的技术,简单可靠有情怀。

    现在最好的定位系统,用游戏帧数来形容的话,就是144/240帧电竞/过剩。

    定位精度高(毫米级),甚至有些过剩了。加上只需要简单的公式计算,每个接收器自己就能瞬间计算出自己的坐标,每秒大概可以完成15-30次定位,延迟是所有定位系统最低的。
    两个基站可以照射整个房间,支持房间规模跟踪,人在房间里满地打滚都可以跟踪到,因此人肉闪避,人肉瞬步,人肉伏地魔什么的玩法都可以完成。




    缺点的话,首先就是机械结构要精准可靠寿命长,成本比较高,尤其早期1.0的基站相当贵,VIVE贵的原因之一,(不过更主要的原因是HTC这个坑货,从手机领域开始一贯的作死定价,比如即将推出的2.0基站,V社出货60美刀一个基站,算上税要400多块钱,HTC直接价格翻倍卖,感受下)。而且如果固定不稳(比如用架子),基站偶尔会带着整个架子抖动,另外,如果家里有大块镜子/像镜子一样的地板之类的镜面,会反射激光干扰定位,家里装修地板和墙上有镜面的要注意。。


    ------------------------------------

    星座系统(OC)

    OC专属的定位技术,实际上是一种比较高级的图像识别,完整的房间规模跟踪套装包括三个红外线摄像头,分别在人身体的两侧前方各一个,以及身后一个,一共三个。

    头显和手柄都有大量红外灯,在红外线摄像头下是显眼的光点(所以才叫星座),这些红外灯会以特定的频率闪烁,让摄像头可以分辨这是几号红外灯。






    这些摄像头会每隔一段时间拍摄一次图像,捕捉这些红外灯的光点在图像中的位置,然后通过相当复杂的算法进行建模计算,得出计算出头显和手柄的位置和方向。

    各方面中规中矩,用游戏帧数来形容的话,就是60帧普通。

    定位精度中等,受限于摄像头的分辨率,以及图像识别的误差,定位精度没有前面灯塔高,不过靠着算法优化也有不错的精度,没有对比过,一般人是感觉不出来的。
    因为算法需要一定的运算时间,所以不能像灯塔系统那样频繁刷新位置信息,只能每隔一段时间校准一次,而两次校准之间,则靠之前的运动方向速度进行预测(补帧)。
    买齐3个摄像头就可以支持房间规模跟踪(2个摄像头的套装会拍不到身后),同样可以满房间打滚。


    ------------------------------------

    MR和其他图像识别定位技术。

    微软MR全家,各种由内向外的一体机(包括vive focus和未来的OC go)。



    可见光图像识别,用头显上的摄像头拍摄画面(也就是所谓由内向外),然后图像识别房间内景物的一些特征点,加上陀螺仪之类的加速剂预测,用某种复杂的算法估算出位移,从而实现头显的定位。然后一般手柄上都有许多小白点,通过图像识别跟踪这些小白点的位置,得到手柄相对头显的位置来定位手柄。

    用游戏帧数来形容的话,就是30帧够用。

    图像识别这种东西,毕竟涉及AI,定位精度没之前2个高,运算时间也比较长,刷新率也不算高,且出了头显摄像头拍摄范围手柄就会跟丢,也没法全房间跟踪,但是总体来说已经够用。


    不过,优点也很明显,首先是价格便宜,差不多是买屏幕送VR,不需要基站,可以一会儿客厅用,一会儿房间用,甚至躺床上用,比较方便。

    总而言之,微软MR这类技术,主打廉价、方便,玩一些要求比较高的动作类游戏不如上面两家

    具体可以参考https://www.leiphone.com/news/201606/UBe8TIThpCsjk7Ir.html

    ------------------------------------

    MOVE定位(PS VR)

    一种比较简单的图像识别,头显和手柄上都有大大的灯,摄像头会每隔一段时间拍摄一次,通过捕捉图像上的这些特定颜色灯的位置和亮度,推测出(相对摄像头)的角度和距离完成定位




    因为靠可见光来定位,很容易被相同颜色的色块干扰,本来图像识别这东西就不算太稳定,索尼也不是程序员大厂没用太复杂的算法,定位相对差,帧数多少不太清楚,但应该不高。
    而且摄像头可以拍摄的范围有限,超出这个范围就会跟丢,大多数只能坐着或者站定了玩,不能像前面2个一样满房间跑来跑去或者满地打滚。

    不过,PSVR的游戏是定制的,游戏本身就刻意降低了定位要求,所以体验还不错。而且对有PS的人来说,也就花个2000+搞定了,怎么便宜还要啥自行车。


    ------------------------------------------
  • w
    warachia
    码字辛苦了,学习一下。

    话说现在跑VIVE原版大概需要什么等级的电脑配置啊……
  • 若闲
    有微软MR,感觉完全没有写的那么不堪。唯一的问题是手柄,出了头显摄像头的位置只靠陀螺仪,会不准。但看一眼手柄马上就能校准,影响不大。

    就定位来说,个人觉得还是相当准的。只体验过半小时VIVE,但体感没觉得有什么差别,可能是我体验时间不够?

    不过微软这个最大的好处就是方便。
    不用架子,不需要接一堆线,不需要调试,软件上也不用操心。总共就一根线两个插头usb跟hdmi,往电脑上一插就自动启用,就完成了。
  • d
    dumplingpro
    我用过1060 6G,大多数游戏都能玩,偶尔卡可以接受,但是画质会自动降低,并且画面比较好的游戏不能用超采(超采对显卡压力非常大)。比如老滚VR,不开超采不打MOD 1060就可以了。

    所以一般来说VIVE原版之类1080级的头显,最低是1060 6G或同级。
  • d
    dumplingpro
    恩如果不是特别要求,微软MR也是合格的,老滚这类游戏都没什么问题,最大的优势就是在3000+的价位,买到三星那个高分辨率的头显。(跟VIVE PRO是同一个屏幕)

    总之好不好看个人感觉,以及看游戏,就像有人用30hz不到的屏幕也玩得嗨,有人144HZ甚至240hz都能写轮眼。

    所以个人推荐是最好去VR体验店,全部都体验一次,如果是快速运动的游戏差别就来了。

    感觉微软在VR上,目标是科幻电影里的眼镜终端,那个微软AR很典型。而VIVE和OC一开始就奔着游戏去的,对游戏特化。
    另外可惜小派8K老跳票,要不那个较低价位,同时满足高分辨率+灯塔定位,缺点就是用LCD屏幕会拖影。
  • z
    zplbc
    等到5G开始推广了,用5G定位应该可以完爆上面的选项。
    因为5G设计上本来就要定位,所以届时说不定还可以便宜很多,顺带无线头盔。
  • 后藤P
    学习一个,只用过OC,没想到几家的定位方式各有千秋
  • 好多大象啊
    ......5g哪里能做到这种精度的定位,你在开玩笑吧
  • z
    zplbc
    现在VR也没有那么高的精度啊。5G室内多放几个点,达到上面的这些精度理论上没有问题吧。
  • z
    zplbc
    5G本身不需要那么高精度啊,只要有个2000mm天线对好就行了。但是如果要专门做室内定位,原理上就不一样啊,可以参考之前蓝牙定位那些,有了定向的天线应该可以做到比蓝牙准吧。。
  • d
    dumplingpro
    VR 定位至少也要跟踪头部转动,要不头转画面不转就会晕,一般手机陀螺仪都达不到。。。。

    现在走便携设备+图像识别路线的,就是直接在街上找特征明显的东西当参照物,每隔一段拍摄一次,根据这几个参照物的大小和位移时间校准,而校准间隔的时间,用陀螺仪之类检测移动速度距离来估算,实际上就有方案直接用手机,用手机的镜头拍摄校准。

    要无线电定位,并且精度达到要求,对基站要求很高,原理类似GPS,已知3个基站位置,基站发射电波(带有发射时间信息的),根据接受到的时间和发射时间的差,乘以恒定的光速,得到与基站的距离,3个基站的距离可以得到三维空间的坐标。然后人身上3个位置固定的接收器,各自定位自己的三维坐标,就能得到位置、姿态之类的信息了。

    想想难度多高。现在军用的雷达都达不到这个水平吧。。。。。。
  • z
    zplbc
    军用雷达远啊。
    我的意思是,基于5G的正经VR,不是手机VR。因为5G本身有一定的定位需求,天线设计上就可以做到比时间差更多的功能。而且不像4G,基站趋于让用户搬到室内,所以基于这个做定位,精度不会太差,但是兼容能比现在专门搞的定位好太多。
  • 若闲
    vr精度要求还是挺高的,如果不高的话你戴上运动两分钟就想吐了……

    这是硬指标,也是那些杂牌vr几乎没法用的根本原因。
  • z
    zplbc
    当然只是个人推测,5G现在还没出来呢。
    个人预计基于5G做到move水平至少是问题不大的。精度理论或者工程学上能做到多少的确不清楚。个人只清楚5G是毫米波级别,在设计之初就有定位需求并且适配了更适合定位的天线。如果毫米波级别的无线电波足够定位,那么5G应该就足够实现定位了。
    我又查了下,我看的那篇论文里的5G推荐的波长可能还是有点长了。当然如果配合上陀螺仪什么的也许就够了。
  • m
    mcq_2
    说了半天也是推测么,有个实验实物也行咯
  • s
    sorayang
    啊多谢科普,之前完全没去了解定位原理的细节。
  • C
    Channel
    别的我不知道,不过如果把定位摄像头放超过头部的高度,会有上大车的感觉
  • D
    Diabolosis
    微软那玩意是AR吧……

    —— 来自 samsung SM-G1650, Android 6.0.1上的S1Next-鹅版v1.3.2.1-fix-play
  • d
    dumplingpro
    微软有自家的AR,在眼镜上投影的原理。

    然后还搞了个所谓微软MR(实际上就是VR,眼睛被屏幕彻底遮住的),拉了一大堆厂商搞了微软MR全家桶。

    大多一般般,主要亮点是三星玄龙,一般VR大多只有1200*1080这样子,而三星作为屏幕生产商,在较便宜的价位用了单眼1600*1440的屏幕(跟贵出翔的VIVE PRO同一块屏幕)。
  • a
    arikado
    微软用的应该是SLAM技术,通过摄影测量原理把周围环境实时生成三维模型,通过实时对比计算自身位置。
  • z
    zplbc
    5g本身都没出来哪儿来的vr方面的实验。
  • d
    dumplingpro
    恩,反正挺复杂的,又是图像识别又是人工智能还有各种新奇技术,巨硬程序员解决问题
  • j
    jinyang411
    其他家mr官网不是标的1440*1440吗?
  • d
    dumplingpro
    三星是AMOLED屏(VIVE和OC都是这个),AMOLED屏其实也是比较玄学的,说是降低快速运动时的余晖/拖影,但有人写轮眼能看出来,有人看不出来。甚至有为了降低成本用LCD(典型就是小派,靠着较成熟的技术,跳票的小派8K用2个LCD拼成一个都单眼3840*2160了)


    所以才说最好去体验店感受一下比较好……
  • d
    dumplingpro
    动作识别也是需要空间定位准才行吧?
    先要跟踪手柄的姿态和位置,确定手的位置和动作,然后才是识别手指做出什么手势。
    人头部的动作也是根据头显的姿态和位置变化捕捉的。
  • E
    Elevation
    这么说吧,微软MR的那套定位,玩那些标明了可以坐着玩的VR游戏一般问题不大,再怎么说这东西的分辨率也比Oculus Rift和HTC Vive这些第一代产品要高,至于LCD还是OLED,如果不是连轴转猛玩的话其实两者差别没有想象中那么大;

    另外值得一提的是微软那堆MR的结构设计还有手柄键位的设计,比Vive那套确实强太多了;前者只要试着戴上Vive喝口水就能明白,后者试试那些支持平滑移动的VR游戏一下子就能看出差距了,摇杆比触摸板真是要舒服太多。

    至于追踪定位,其实如果是那种张弓射箭的动作微软MR还是拿得下的,但对于某些需要长时间在视野外做复杂动作的游戏——典型就是前阵子刚出的《初音未来VR》,这玩意的音符判定点一多半都在视野之外——能不能扛住就另说了,我个人是不太乐观。

    Vive这玩意的问题在于一定程度上机能是有点浪费了,大空间定位很准固然是优势没错,但一来大多数玩家的家里都没那个地方放这套玩意,二来真正体现出体感操作优势乐趣的作品寥寥无几,简直惨
  • d
    dumplingpro
    所以说多少有点玄学,这个看个人,最好去体验店感受一下。
    还有个人玩游戏的习惯,同一个游戏不同玩法需求也不同。比如我玩ZOMDAY,有时候喜欢双手-枪加点,近距离凭意识抬手直接连续爆头流,有时候喜欢一边风筝一边突突突。玩射击游戏有人喜欢人肉闪躲或者人肉伏地魔,有些人就喜欢站着撸。



    总之分辨率和定位能力都是硬指标,不能光看分辨率(要不小派4K相当于单眼2000*2000价格和分辨率完爆其他了),这个帖子的目的就是如此。


    另外,摇杆类手柄还是OC的Touch手柄好,更适合习惯了普通游戏手柄的玩家。
  • 松霖
    有vr来玩赛车和飞行的 三星mr优势太大了 毕竟不用追踪手柄 而且这手柄的耗电也太夸张了 玩久一点电池支持不了一个星期
  • d
    dumplingpro
    只是开车基本上对定位没什么要求,不过很多人会晕3D晕出翔(包括我)。

    手柄用电肯定猛,灯塔和星座里面元件多更耗电,连续玩几个小时就要充电了。
  • c
    cnwind042
    LZ辛苦,最近VR有点凉凉啊。我vive落灰很久了,买了老滚和辐射4都没提起兴趣玩,一开始明明很期待的