文 | VR陀螺 云吞
你心目中理想的VR體驗是什么樣的? 每當(dāng)VR陀螺采訪別人這個問題時,總會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,之前還要拖著一根長長的“辮子”——和電腦連接的數(shù)據(jù)線,不過現(xiàn)在已經(jīng)推出無線套件,預(yù)計將在2017年第二季度上市。而給予了移動自由的一體機(jī)和手機(jī)盒子類產(chǎn)品卻因為處理器性能問題,大多只能給用戶提供3自由度的體驗,換言之,虛擬世界不會與你的移動具有同步性,大大削弱了沉浸感。 這其中牽扯到的一項至關(guān)重要的技術(shù)便是定位追蹤技術(shù)。稍微對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?對于VR的意義在于?哪一種技術(shù)類型更加優(yōu)越? 接下來,就讓VR陀螺用五分鐘時間徹底開八“Outside-in vs. Inside-out”,讓大家對VR的認(rèn)知更上層樓。 Outside-in::精度、準(zhǔn)度我最強(qiáng) 首先必須明確一個概念:無論是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)射器來捕捉和追蹤用戶的動作。用打獵來比喻的話,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),因為效果較好、實現(xiàn)起來比較簡單,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),通過墻上的兩顆激光傳感器識別佩戴者佩戴的機(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)勢在于,價格相對較低,且沒有延遲、不怕遮擋、準(zhǔn)確度高。實際上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)會有更多的配備該技術(shù)的VR設(shè)備上市,相信Lighthouse在一段時間內(nèi)仍然會是效果最好的技術(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”,然后利用兩臺攝像機(jī)進(jìn)行拍攝。 在Touch手柄上市之前,Rift的房間級追蹤技術(shù)一直被吐槽雞肋,但從目前的效果來看二者的搭配使用還是很不錯的。紅外光學(xué)定位技術(shù)的精度也非常高,但劣勢在于成本非常高,且攝像頭視角有限,因此“星座”的可活動范圍比“燈塔”要小。 PS VR:索尼PS VR采用的是可見光定位技術(shù)。這種技術(shù)直接利用可見光,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)所需要的可見光。 可見光定位的成本最低,且無須后續(xù)的算法,靈敏性、穩(wěn)定性都很好。不足在于定位精度相對較差,如果燈光被遮擋就無法確認(rèn)位置。而且對環(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)致定位錯亂;同時也由于攝像頭視角原因,可移動范圍小,燈光數(shù)量有限,可追蹤目標(biāo)不多。 Inside-out:想說愛你不容易 不知你有沒有看過去年上映的動畫電影《頭腦特工隊》?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、厭惡、害怕、憂慮和憤怒以擬人的形式生活在人類的大腦中,從人類的視角來看世界。 Inside-out的原理也可以從差不多的角度理解:本來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,開始掃描周圍的環(huán)境,從而計算出用戶在空間中的相對位置和運動軌跡。 說到inside-out技術(shù)的好處,當(dāng)然就是給予了用戶充分的移動性和便捷性。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,同時利用創(chuàng)建的地圖實現(xiàn)自主定位。實際上,SLAM在諸多領(lǐng)域都已經(jīng)得到了實際的應(yīng)用,如自動駕駛、人工智能等,最常見的例子之一就是掃地機(jī)器人。 當(dāng)然,聽上去很美好的inside-out面臨的技術(shù)門檻卻高于outside-in很多。首先這種技術(shù)對于計算機(jī)視覺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,對于頭盔的設(shè)計、散熱等都是不小的考驗。 在inside-out方案中,由于傳感器處于一個未知的空間中,因此需要根據(jù)特定的角度和外部特征點的觀測結(jié)果來實時建模。這種情況下,角度差一度,物體的位置就會相差幾厘米。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、和同陣營聯(lián)想、戴爾、Acer和惠普的頭顯上都將應(yīng)用這項技術(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一直看好移動端VR的發(fā)展,inside-out技術(shù)自然會為未來的移動端產(chǎn)品錦上添花。 谷歌:谷歌的Tango項目也是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)階段散熱問題十分難解決,還需要更長的時間來研發(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。外媒評測認(rèn)為這款一體機(jī)的“漂移”問題比較大,還不是很成熟。 英特爾:英特爾推出了無線MR頭顯Project Alloy,內(nèi)置RealSense實感攝像頭和inside-out追蹤方案,只用預(yù)先掃描全屋即可。 Eonite:美國計算機(jī)視覺公司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自由度的移動范圍、亞毫米級的精確度和15毫秒以下的延時。這個系統(tǒng)還支持實時障礙物探測甚至多空間地圖測繪。 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“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)記點中的任何兩點形成三角圖形,再計算出目標(biāo)物的空間位置。該方案的優(yōu)點是運算量較小、成本低。缺點是需要在外部空間中設(shè)置大量標(biāo)記點,占用空間面積。 結(jié)語 目前來看無論是outisde-in還是inside-out技術(shù)都有著自己的局限和優(yōu)勢。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)品來看,2017年將會是空間定位技術(shù)和解決方案有所突破的一年,請大家盡情期待吧! 關(guān)注微信公眾號:VR陀螺(vrtuoluo),定時推送,VR/AR行業(yè)干貨分享、爆料揭秘、互動精彩多。
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