VR/AR 中的空间感知与交互技术创新

一、引言

虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术近年来取得了显著进展，正逐步渗透到多个领域，从娱乐、教育到医疗、工业设计等。这些技术的核心在于创造沉浸式体验，而实现这一目标的关键是精确的空间感知以及自然、高效的交互技术。空间感知让用户能够在虚拟或增强的环境中准确理解自身位置和周围空间布局，交互技术则赋予用户与这些环境进行互动的能力，两者的结合极大地提升了用户体验的真实感和沉浸感。

二、VR/AR 中的空间感知技术

2.1 基于计算机视觉的空间定位与跟踪

计算机视觉在 VR/AR 的空间感知中扮演着重要角色。通过摄像头捕捉环境图像，利用特征提取、匹配等算法来确定设备在空间中的位置和方向。

2.1.1 单目视觉

单目视觉系统使用单个摄像头，其工作原理基于图像特征匹配和几何模型。系统会从摄像头获取的图像中提取角点、边缘等特征点，然后通过与预先存储的地图或模型进行特征匹配，来估计摄像头的姿态变化，进而确定用户在空间中的位置。例如，在一些简单的 AR 应用中，单目摄像头可以识别特定的二维图像标记，通过标记在图像中的位置和姿态信息，实现虚拟内容在现实场景中的精准叠加。然而，单目视觉存在一定局限性，由于缺乏深度信息，仅通过图像特征匹配来计算位置，在复杂环境或遮挡情况下，定位精度会受到影响。

2.1.2 双目视觉

双目视觉模拟人类双眼视觉原理，使用两个摄像头获取不同视角的图像。通过计算左右图像中对应点的视差，可获取场景的深度信息，从而实现更精确的三维空间定位。其工作过程为，首先对左右图像进行特征提取和匹配，找到对应点对，然后根据三角测量原理，利用两个摄像头的相对位置关系和对应点的视差，计算出目标点在三维空间中的坐标。这种方法在深度感知上比单目视觉更准确，能更好地适应复杂环境，为用户提供更真实的空间感知。但双目视觉系统对摄像头的校准精度要求较高，校准误差会直接影响深度计算的准确性。

2.1.3 RGB - D 相机

RGB - D 相机能够同时获取场景的彩色图像和深度图像，结合了颜色信息和深度信息来实现空间感知。常见的 RGB - D 相机如 Kinect，通过红外结构光或飞行时间（ToF）技术获取深度数据。在空间定位和跟踪方面，它利用深度图像中的物体几何形状和位置信息，与彩色图像中的纹理信息相结合，更准确地识别和跟踪物体以及用户的位置。相比单目和双目视觉，RGB - D 相机在获取深度信息上更加直接和准确，能够快速构建场景的三维模型，在室内环境的 VR/AR 应用中得到