XR科普之——自由度（dof）

目前主流设备均已达到6 dof的标准。

文 | CC

（VRPinea 7月31日讯）在XR行业，我们经常会听到别人说，这个系统/头显具有3 dof或者6 dof的追踪功能，那么这个“dof”这到底是什么意思呢？今天，P君就向大家正式科普一下XR领域的重要概念之一：自由度（dof, degrees of freedom）。

何为dof？

简单来说，自由度(以下统称为dof)指的是物体在空间里面的基本运动方式，总共有6种。任何运动都可以拆分成这6种基本运动方式，而这6种基本运动方式又可以分为两类：位移和旋转。

位移运动：前后、左右、上下，如下图所示

旋转运动：前后翻转（roll）、左右摇摆（pitch）以及水平转动（yaw），如下图所示

在每个dof里，有两个不同的方向。举个简单的例子，升降电梯限制在一个dof里，那就是z轴（上/下）运动，但在这个dof里面它可以选择往上或者往下。同理，车轮转动也只有一个dof，但它可以选择顺时针转还是逆时针转。

P君现在来考考大家，你觉得公园里的碰碰车是几个dof呢？

答案是3dof，因为它无法像电梯那样上下移动，只能在地面上平移，并且它无法像飞机那样纵摇和垂摇，只能以一种方式旋转，所以2dof+1dof=3dof。

事实上，无论多复杂，物体的任何可能性运动都可以通过6dof的组合进行表达。例如在你用球拍击打网球的时候，球拍的复杂运动同样可以表示为平移和旋转的组合。

XR设备中的3 dof和6 dof

了解完自由度的基本概念之后，再来理解XR设备中常说的3 dof和6 dof就容易多了。众所周知，XR的魅力在于其超强的沉浸感，使用者不仅能够看到全方位的虚拟景象，还能够通过XR设备与虚拟景象实时交互。根据可交互程度的不同，我们常常把VR设备分成3 dof和6 dof（目前主流已发展为6 dof）。

3 dof的XR设备是指该设备可以检测到头部向不同方向的自由转动，但是不能检测到头部的前后左右的空间位移；而6 dof的XR设备，则是除了检测头部的转动带来的视野角度变化外，还能够检测到由于身体移动带来的上下前后左右位移的变化。

下图可以帮助大家更好地理解。

6 dof设备的全面普及

3dof的XR设备一般可以用来看VR电影和进行一些轻度VR游戏，但要想实现玩游戏时与场景深度交互，则需要能够支持6dof的XR设备，这样我们才能够在游戏里体验到跨越障碍、躲避子弹和怪兽、以及跳楼、登山、滑雪等真实感受。

Oculus Rift DK1

比如，最初的Oculus Rift开发套件DK1只能提供3 dof（旋转）的头部追踪。尽管玩家可以通过倾斜和转动头部的方式，查看虚拟现实世界，但无法探下头来观察地板上的物体，也无法利用手柄做伸手拣地上物品这样的动作。相比之下，支持6dof的XR设备可以轻松实现上述所有。

随着XR科技的迅速发展，3 dof头显现在基本已被时代淘汰，现有XR市场上，主流设备如Oculus Quest、PS VR、HTC Vive等均已达到6 dof的标准。在内容方面，配适6 dof的游戏和其他方面的应用层出不穷，脑洞越开越大，质量也愈发精良。也许在不久的将来，还会出现优于6 dof的追踪技术！

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