空間定位能力的提升

• VR技术：欺骗大脑的技术。

• 空间定位系统，若能精确侦测到头盔的位置和移动方向，并迅速传送到电脑，对于VR低延迟有很大帮助，能有效降低眩晕感(更佳的视觉欺骗)。

• 此外，如果也能允许在一个空间内的站姿、坐姿、蹲跳等VR体验(更佳的身体动觉欺骗)，眩晕感更低了(沉浸感提高了)。

• 在身体动觉方面，以前，使用者不能完全自由地行走。

• 现在的HTC Vive让人们可在10*10英尺的空间里行动。

• 这提升了人们身临其境的体验，例如能够在3D空间内绘图，也能从不同角度观察所绘的创作。这也赢得了迪士尼首席动画师Glen Keane的称赞。

• 目前主要的空间定位方案有两种，一种是光学空间定位，例如HTC Vive的Lighthouse技术，它的定位非常准确，但是光学定位有一项缺点就是光路不能“拐弯”，一旦碰到障碍物，就会影响光信号的传输。而且，如果场地太大，光的信号容易发生散射，所以光学定位方案通常会受到场地的限制，如Lighthouse就限制最大空间是10*10英尺。另一种是惯性捕捉方案，它不受光照、遮挡等外界环境干扰，但是它的缺点是精确度比不上光学定位方案。 

 

• 例如，传统的汽车、战车驾驶仿真系统。

       

 

  

 

      

 

 

 

• HTC Vive藉由两个低成本激光盒子(基站)，就可以达到相精确的效果。

• 在对角的两个基站内建了 LED 镜头，加上一对转速很快的激光发射器，快速“扫射”整个房间。

• HTC VR头盔和手柄都搭配着激光传感器来接收基站发射出来的LED闪光和激光束，进行空间位置追踪。

           

• 迪士尼的首席漫画家利用HTC VR在空中挥动手指，实时画出<美人鱼>动画。

  

• Lighthouse利用激光“扫射”来探测室内佩戴VR设备的玩家的位置和动作变化，并将其模拟在VR的虚拟3D空间中。

         

• HTC Vive支持在最大范围为10英尺*10英尺空间内的站姿和坐姿VR体验。

• HTC Vive运用了全球独一无二的空间定位技术，以360度空间侦测系统与手持追踪控制器，使人们能在特定空间的虚拟世界中自由走动，藉由各种自然的肢体动作，与虚拟世界互动。其360度的房间动作追踪，让人们在此空间内来探索虚拟世界。

• 全球成千上万名开发正在利用Vive平台，创造娱乐、教育、医疗等多方面的内容。

• 例如，著名的HTC Vive应用：Tilt Brush。让您可以在虚拟的3D 环境下的自由绘画创作。您可以看到左手边会出现一个菜单(Menu)，可以选取颜色、纹理、以及添加动态特效等。您的右手就拿起笔来，选择坐标、开始作画了。很逼真、身历其境！画好之后，可以选取您要看图的位置，来欣赏画画。这是一个非常神奇的VR App。

     

• 画好之后，可以选取您要看图的位置，来欣赏画画。更可以任意角度很直观的看到作品效果。不像传统2D绘图软件，你只能看到一个面，您只能间接地去想象它的立体模样。也不需要学很多繁琐的软件操作，例如快捷键、鼠标和键盘等。

• 这样的直观效果，非常有助于创意团队的随意记录自己的创意，然后与同事进行沟通和分享，非常

  有益于改善影视作品的制作环节，例如制作故事板、策划分镜头、制作脚本、美术设计、游戏原画等。 

 

*** 关于 Lighthouse技术  ***

• HTC的Lighthouse室内定位技术属于激光扫描的空间定位技术，不需要借助摄像头，而是靠激光和光敏传感器来确定运动物体的位置。两个激光基站(激光发射器)被安置在对角，形成一个10英尺*10英尺空间(玩家自由活动区域，这区域可以调整)。

• 激光基站内建了LED镜头，加上一对转速很快的激光发射器，快速“扫射”整个房间。

• VR头盔或手柄都搭配着激光传感器来接收发射出来的LED闪光和激光束。于是，用户可以在佩戴VR头盔时，VR系统就能利用传感器感知到用户的动作变化，并而利用算法来确定用户在空间里的相对位置。

• 最大范围为10英尺*10英尺空间内的站姿和坐姿VR体验。这样的空间定位技术和设备不仅能更好地提供VR的沉浸感，其产生的眩晕感也会大幅降低，因为VR虚拟世界可以与人们的身体保持一致的移动性。

PS.建议参考下列文章：

1.为什么移动VR空间定位技术那么难？(2016/5/27)

• 其实移动VR还有很多需要解决的问题，空间定位只是其中之一，优先级似乎没那么高。

• 为什么不直接用PC平台(如HTC Vive)的VR空间定位技术呢？因为需要借助外部设备来实现定位（激光发射站），就意味着头盔的移动性被限制了，这样移动VR核心的移动性优势也没了。

• Carmack会选择开发inside out空间定位技术，因为inside out的系统通常是使用头盔内部的摄像头通过追踪外部环境的变化来判断所处的位置，不需要用到外部设备。

• 传感器加的越多，需要处理的信息也就越多，但功耗的要求却还是一样的。智能手机运行的功率大概是3W，大一点的能达到5W，几乎没有能达到10W的。相比PC上的300-600W，完全不在同一水平上。所以你得在处理这些信息的同时将功耗保持在低水平上。

• 简单说要实现移动VR的空间定位并不难，但是想低成本，小功耗，高性能，轻便移动等综合产品指标，就非常难。

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2.细说HTC vive的Lighthouse定位系统(Inside Look at Valve's New Lighthouse Tracking System)  

• The transmitter (highreshere) has a few key components: a bank of infrared LEDs, and two spinning IR lasers -- one that sweeps across the X axis, and one that sweeps across the Y axis. 

• These lasers are different from normal laser rangefinders' "point" lasers, in that each of the Lighthouse lasers is a line laser.

• The two lasers are mechanically timed so that they're swept roughly 180-degrees out of phase.

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3.HTC Vive的Lighthouse如何做到六自由度跟踪?

• HTC Vive使用了一套十分巧妙的技术，称之为Lighthouse，这套技术由Valve开发，可以说是目前体验最好的VR光学跟踪方案。

• Lighthouse由两个基站构成：每个基站里有一个红外LED阵列，两个转轴互相垂直的旋转的红外激光发射器。转速为10ms一圈。基站的工作状态是这样的：20ms为一个循环，在循环开始的时候红外LED闪光，10ms内X轴的旋转激光扫过整个空间(玩家自由活动区域)，此刻Y轴发射器不发光；下10ms内Y轴的旋转激光扫过整个空间，X轴发射器不发光。

• Valve在头显和控制器上安装了很多光敏传感器。在基站的LED闪光之后就会同步信号，然后光敏传感器可以测量出X轴激光和Y轴激光分别到达传感器的时间。

• 这个时间就正好是X轴和Y轴激光转到这个特定的，点亮传感器的角度的时间，于是传感器相对于基站的X轴和Y轴角度也就已知了；分布在头显和控制器上的光敏传感器的位置也是已知的，于是通过各个传感器的位置差，就可以计算出头显的位置和运动轨迹。

• 在头盔和手柄上有超过70个光敏传感器。LED每闪一次，头盔开始计时，光敏传感器接收到激光时，可以测量出X轴激光和Y轴激光分别到达传感器的时间。利用传感器位置和接收激光时间的关系，以算法计算出头盔相对基站的准确位置。如果同时有多个光传感器探测到一束激光，不仅能标注头盔位置，而且模拟它运动方向的3D图像。就能探测出头盔的位置和方向了。

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4.深度解析HTC Vive的Lighthouse室内定位技术

   激光定位技术的优势： 

• 成本低：相对昂贵的红外动作捕捉摄像机，利用激光光塔进行动作捕捉的成本就相对低廉很多了。虽然之前高盛对HTC的产品进行估价高达1000美元左右，但是他集成了HMD及运动手柄，单算到定位系统的价钱可能在400美元左右。

• 定位精度高：在VR领域，超高的定位精度意味着卓越的沉浸感。激光定位方案的精度可以达到mm级别，也就成就了HTC我们体验到的震撼效果。

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5.揭秘HTC Vive Lighthouse光学位置追踪技术

• HTC Vive系统包括以下组件：Vive头显、2个Lighthouse激光基站、2个无线手柄。 

• 头部追踪是VR头显非常重要的技术指标，最传统的方法是使用惯性传感器，就像智能手机那样。但是惯性传感器只能测出转动（绕XYZ三轴转动，称之为三个自由度），无法测量出移动（沿XYZ三轴移动，另外三个自由度，合起来称之为六自由度）。

• Lighthouse系统相比光学镜头和马克点的定位系统有很多优势。第一、Lighthouse使用的是时间参数，不涉及到图像处理，对于位置的计算在设备本地就可以完成。第二、直接将位置数据传输到电脑上，省略了从摄像头到电脑的高数据传输的步骤。

• HTC Vive的头部追踪和手柄跟踪非常精确，延迟极低，用户甚至可以做出将手柄抛来抛去的动作。Owlchemy Labs开发的HTC Vive游戏《Job Simulator》，在虚拟现实空间使用双手进行互动。玩家可以扮演厨师、零售店店员、办公室白领和汽车修理工，VR空间内的卡通物体巧妙使用手柄拿起来并能随意扔出去。玩家可以使用手柄给自己冲杯咖啡，看到棕色的咖啡慢慢充满咖啡杯，拿起来放到嘴边，做出“喝咖啡”的动作，咖啡一点点从你眼前消失。

• Lighthouse光学位置追踪系统还可以应用到机器人领域，尤其是机器人远距离精准追踪。比如：

• 1、可以在室内跟踪四旋翼无人机，不必再花5万美金买一套Vicon光学运动追踪系统。2、追踪充气式机器人的运动轨迹。3、可替代目前机器人追踪巡航系统，诸如亚马逊并购的机器人公司Kiva Systems、还有First Robotics Competition和机器人足球世界杯RoboCup使用的教育或比赛机器人产品。4、基站集成测距功能，简单使用线激光加一个深度摄像头就能测距(低成本机器人扫描系统)。

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