文 | VR陀螺 云吞

你心目中理想的VR體驗(yàn)是什么樣的？ 每當(dāng)VR陀螺采訪別人這個(gè)問(wèn)題時(shí)，總會(huì)收獲許多天馬行空的答案：有人想戴上頭盔一秒靈魂出竅，慢慢漂浮進(jìn)無(wú)垠的宇宙中；有人想上天下地?zé)o所不能，這一刻有翅膀下一刻能入海；許多男生都希望能成為漫畫中的大英雄，在酷炫的打斗中消滅敵人、保衛(wèi)地球…… 但現(xiàn)實(shí)是，盡管畫面已經(jīng)能做到十分精良，目前最優(yōu)秀的VR頭盔產(chǎn)品也只能允許用戶在房間大小內(nèi)的范圍移動(dòng)，之前還要拖著一根長(zhǎng)長(zhǎng)的“辮子”——和電腦連接的數(shù)據(jù)線，不過(guò)現(xiàn)在已經(jīng)推出無(wú)線套件，預(yù)計(jì)將在2017年第二季度上市。而給予了移動(dòng)自由的一體機(jī)和手機(jī)盒子類產(chǎn)品卻因?yàn)樘幚砥餍阅軉?wèn)題，大多只能給用戶提供3自由度的體驗(yàn)，換言之，虛擬世界不會(huì)與你的移動(dòng)具有同步性，大大削弱了沉浸感。 這其中牽扯到的一項(xiàng)至關(guān)重要的技術(shù)便是定位追蹤技術(shù)。稍微對(duì)VR有所了解的小伙伴都應(yīng)該知道，目前VR頭顯的定位追蹤解決方案大致分為“Outside-in”和“Inside-out”兩大類型。那么，這兩種方案的具體原理究竟是怎樣的？對(duì)于VR的意義在于？哪一種技術(shù)類型更加優(yōu)越？ 接下來(lái)，就讓VR陀螺用五分鐘時(shí)間徹底開八“Outside-in vs. Inside-out”，讓大家對(duì)VR的認(rèn)知更上層樓。 Outside-in:：精度、準(zhǔn)度我最強(qiáng) 首先必須明確一個(gè)概念：無(wú)論是outside-in還是inside-out都是解決方案的統(tǒng)稱，而非具體的某一種技術(shù)。 Outside-in，顧名思義就是依靠外部的攝像頭和發(fā)射器來(lái)捕捉和追蹤用戶的動(dòng)作。用打獵來(lái)比喻的話，外部的這些追蹤儀器都是虎視眈眈的“獵人”，戴著頭盔拿著手柄的用戶則成了“兔子”，時(shí)刻處于獵人的監(jiān)控之下。目前的高端VR頭盔大多采用的是這種定位追蹤技術(shù)，因?yàn)樾Ч^好、實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，包括HTC Vive、Oculus Rift和PS VR在內(nèi)都是如此。那么不同品牌的頭盔采用的outside-in技術(shù)又有什么不同呢？ HTC Vive：Vive所使用的定位技術(shù)被稱為“燈塔（Lighthouse）”，屬于outside-in技術(shù)的一種，由Valve公司研發(fā)，是目前公認(rèn)的效果最好的定位技術(shù)之一。 HTC的Lighthouse室內(nèi)定位技術(shù)屬于激光掃描定位技術(shù)，通過(guò)墻上的兩顆激光傳感器識(shí)別佩戴者佩戴的機(jī)身上的位置追蹤傳感器，從而獲得位置和方向信息。 激光定位的優(yōu)勢(shì)在于，價(jià)格相對(duì)較低，且沒(méi)有延遲、不怕遮擋、準(zhǔn)確度高。實(shí)際上Lighthouse的硬件部分技術(shù)并不復(fù)雜，Valve開發(fā)的算法才是技術(shù)核心。Valve日前表示今年內(nèi)會(huì)有更多的配備該技術(shù)的VR設(shè)備上市，相信Lighthouse在一段時(shí)間內(nèi)仍然會(huì)是效果最好的技術(shù)。 Oculus Rift：Rift采用的是紅外光學(xué)定位技術(shù)，其定位系統(tǒng)被稱為“星座（constellation）”。 Oculus Rift采用的是主動(dòng)式紅外光學(xué)定位技術(shù)，頭顯和手柄上有可以發(fā)出紅外光的“紅外燈”，然后利用兩臺(tái)攝像機(jī)進(jìn)行拍攝。 在Touch手柄上市之前，Rift的房間級(jí)追蹤技術(shù)一直被吐槽雞肋，但從目前的效果來(lái)看二者的搭配使用還是很不錯(cuò)的。紅外光學(xué)定位技術(shù)的精度也非常高，但劣勢(shì)在于成本非常高，且攝像頭視角有限，因此“星座”的可活動(dòng)范圍比“燈塔”要小。 PS VR：索尼PS VR采用的是可見(jiàn)光定位技術(shù)。這種技術(shù)直接利用可見(jiàn)光，在不同的被追蹤物體上安裝能發(fā)出不同顏色的發(fā)光燈，攝像頭捕捉到這些顏色光點(diǎn)從而區(qū)分不同的被追蹤物體以及位置信息。因此PS VR的兩個(gè)手柄上的兩盞燈并不是裝飾，而是定位技術(shù)所需要的可見(jiàn)光。 可見(jiàn)光定位的成本最低，且無(wú)須后續(xù)的算法，靈敏性、穩(wěn)定性都很好。不足在于定位精度相對(duì)較差，如果燈光被遮擋就無(wú)法確認(rèn)位置。而且對(duì)環(huán)境要求也比較高，假如周圍光線太強(qiáng)，燈光被削弱，可能無(wú)法定位，如果周圍有和手柄相同色的光源可能導(dǎo)致定位錯(cuò)亂；同時(shí)也由于攝像頭視角原因，可移動(dòng)范圍小，燈光數(shù)量有限，可追蹤目標(biāo)不多。 Inside-out：想說(shuō)愛(ài)你不容易 不知你有沒(méi)有看過(guò)去年上映的動(dòng)畫電影《頭腦特工隊(duì)》？真是巧了，這部電影的英文名也叫《Inside-out》！在影片中，人類的五種情緒：歡樂(lè)、厭惡、害怕、憂慮和憤怒以擬人的形式生活在人類的大腦中，從人類的視角來(lái)看世界。 Inside-out的原理也可以從差不多的角度理解：本來(lái)在外部的攝像頭和傳感器現(xiàn)在被直接安裝到了頭顯上面，從用戶自身為基點(diǎn)，開始掃描周圍的環(huán)境，從而計(jì)算出用戶在空間中的相對(duì)位置和運(yùn)動(dòng)軌跡。 說(shuō)到inside-out技術(shù)的好處，當(dāng)然就是給予了用戶充分的移動(dòng)性和便捷性。搭配了inside-out技術(shù)的頭盔不再需要在外部放置攝像頭一類的追蹤器，省去了額外的安裝環(huán)節(jié)， 在不同的場(chǎng)地使用也不用重復(fù)搭建追蹤系統(tǒng)。 Inside-out方案中使用到的最重要的技術(shù)之一就是SLAM（simultaneous localization and mapping，同步定位與地圖構(gòu)建）。這一技術(shù)可以依靠自身傳感器在未知環(huán)境中獲得感知信息，遞增地創(chuàng)建周圍環(huán)境的地圖，同時(shí)利用創(chuàng)建的地圖實(shí)現(xiàn)自主定位。實(shí)際上，SLAM在諸多領(lǐng)域都已經(jīng)得到了實(shí)際的應(yīng)用，如自動(dòng)駕駛、人工智能等，最常見(jiàn)的例子之一就是掃地機(jī)器人。 當(dāng)然，聽(tīng)上去很美好的inside-out面臨的技術(shù)門檻卻高于outside-in很多。首先這種技術(shù)對(duì)于計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法精確度的要求更高；其次還需要在頭盔上集成更多的處理器、配備性能更高的芯片等，對(duì)于頭盔的設(shè)計(jì)、散熱等都是不小的考驗(yàn)。 在inside-out方案中，由于傳感器處于一個(gè)未知的空間中，因此需要根據(jù)特定的角度和外部特征點(diǎn)的觀測(cè)結(jié)果來(lái)實(shí)時(shí)建模。這種情況下，角度差一度，物體的位置就會(huì)相差幾厘米。微軟在HoloLens上的SLAM技術(shù)采取了近處物體不顯示的方法，以此減小誤差。 目前已知有這些公司都在研發(fā)自己的inside-out技術(shù)： 微軟：目前業(yè)界最成熟的inside-out方案當(dāng)屬微軟在HoloLens上使用的追蹤技術(shù)，無(wú)論是在減低眩暈、散熱還是精確度方面都十分優(yōu)秀。微軟已經(jīng)宣布，在自己即將上市的VR頭顯、和同陣營(yíng)聯(lián)想、戴爾、Acer和惠普的頭顯上都將應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)。盡管這些頭顯都是PC端頭顯，需要連接電腦使用，但如此大規(guī)模應(yīng)用Inside-out技術(shù)還屬首次。 Oculus：除微軟之外，Oculus也一直在研發(fā)自己的inside-out技術(shù)，將會(huì)應(yīng)用于旗下還未推出的一體機(jī)產(chǎn)品“Santa Cruz”，在頭盔前部增添多顆攝像頭。Oculus一直看好移動(dòng)端VR的發(fā)展，inside-out技術(shù)自然會(huì)為未來(lái)的移動(dòng)端產(chǎn)品錦上添花。 谷歌：谷歌的Tango項(xiàng)目也是SLAM技術(shù)的應(yīng)用典范，且具有與Daydream結(jié)合的潛力，能夠有力推動(dòng)inside-out方案在Daydream設(shè)備上的普及。但谷歌方面表示，現(xiàn)階段散熱問(wèn)題十分難解決，還需要更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)研發(fā)。 除了以上的三巨頭之外，在今年的CES上我們還看到了這些配備inside-out技術(shù)的產(chǎn)品： 高通：高通在其一體機(jī)原型上配備了基于高性能驍龍835處理器的inside-out技術(shù)，同時(shí)參展的Pico、酷開等也在自己的產(chǎn)品上使用的是高通的這一方案。外媒評(píng)測(cè)認(rèn)為這款一體機(jī)的“漂移”問(wèn)題比較大，還不是很成熟。 英特爾：英特爾推出了無(wú)線MR頭顯Project Alloy，內(nèi)置RealSense實(shí)感攝像頭和inside-out追蹤方案，只用預(yù)先掃描全屋即可。 Eonite：美國(guó)計(jì)算機(jī)視覺(jué)公司Eonite在CES上展示了自己的inside-out追蹤技術(shù)解決方案，據(jù)稱可以在任何VR頭盔上使用，且售價(jià)十分便宜。公司的這套解決方案可以讓頭顯有6自由度的移動(dòng)范圍、亞毫米級(jí)的精確度和15毫秒以下的延時(shí)。這個(gè)系統(tǒng)還支持實(shí)時(shí)障礙物探測(cè)甚至多空間地圖測(cè)繪。 蟻視：據(jù)悉蟻視是業(yè)內(nèi)最早研發(fā)應(yīng)用inside-out追蹤方案的公司之一，早在2015年就推出過(guò)“全息甲板（HoloDeck）”追蹤方案——在VR頭顯內(nèi)置一顆攝像頭，與外部標(biāo)記點(diǎn)中的任何兩點(diǎn)形成三角圖形，再計(jì)算出目標(biāo)物的空間位置。該方案的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)算量較小、成本低。缺點(diǎn)是需要在外部空間中設(shè)置大量標(biāo)記點(diǎn)，占用空間面積。 結(jié)語(yǔ) 目前來(lái)看無(wú)論是outisde-in還是inside-out技術(shù)都有著自己的局限和優(yōu)勢(shì)。從今年CES上大規(guī)模涌現(xiàn)inside-out解決方案和一體機(jī)產(chǎn)品來(lái)看，2017年將會(huì)是空間定位技術(shù)和解決方案有所突破的一年，請(qǐng)大家盡情期待吧！ 關(guān)注微信公眾號(hào)：VR陀螺（vrtuoluo）,定時(shí)推送，VR/AR行業(yè)干貨分享、爆料揭秘、互動(dòng)精彩多。