技術(shù)宅破解Vive房間級(jí)VR體驗(yàn)的秘密
Valve公司的Lighthouse追蹤系統(tǒng)使用激光追蹤頭盔和控制器,為HTC Vive帶來房間級(jí)位置追蹤體驗(yàn)。那么這一追蹤技術(shù)究竟能夠達(dá)到怎樣的精度呢?加州大學(xué)戴維斯分校的VR研究者奧利弗對(duì)此進(jìn)行了一些分析。
奧利弗擁有一個(gè)計(jì)算機(jī)科學(xué)方面的博士學(xué)位,他曾在虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)視覺化方面做過不少研究。他還親自編寫了一個(gè)叫做VRUI的軟件,他使用VRUI在虛擬現(xiàn)實(shí)中將數(shù)據(jù)視覺化,操縱和分析數(shù)據(jù)。之前,他依賴于企業(yè)級(jí)VR系統(tǒng),例如CAVEs,最近幾年他一直在評(píng)估最新出現(xiàn)的這些消費(fèi)級(jí)VR設(shè)備,以確定它們是否能夠滿足他的工作要求。
我們可以在他的博客上發(fā)現(xiàn)他對(duì)于Lighthouse追蹤系統(tǒng)的分析評(píng)估文章,其中包括了一個(gè)對(duì)它的追蹤精度的測試。如果你對(duì)他的整個(gè)測試過程感興趣,那么你可以去查看他的博客,如果你只是想知道結(jié)果,那么查看這篇文章就可以了。
Lighthouse追蹤系統(tǒng)的基本組件就是基站(那個(gè)黑色的小盒子)。它使用交替進(jìn)行的激光進(jìn)行橫向和縱向的掃射,而遍布于控制器以及頭盔上的微小的傳感器則能夠檢測它們。追蹤系統(tǒng)使用這些檢測到的數(shù)據(jù)來計(jì)算出設(shè)備的空間狀態(tài)和位置。他們還使用了高速板載IMU(慣性測量元件)輔助追蹤。
奧利弗力圖測量出系統(tǒng)的“擾動(dòng)”,當(dāng)被測物體(例如頭盔)保持完全靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)測量的偏差值。通過追蹤系統(tǒng)隨著時(shí)間的推移在三維空間上所提供的讀數(shù),他可以測出其在每個(gè)軸上的實(shí)際的量。
當(dāng)使用兩個(gè)基站追蹤頭盔時(shí),他發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的擾動(dòng)大約為0.3mm,這也就是說,對(duì)于追蹤系統(tǒng)來說,這個(gè)頭盔在三維空間的所有方向都存在約0.3mm的抖動(dòng)(盡管實(shí)際上它處于完全靜止?fàn)顟B(tài))。
幸運(yùn)的是,這個(gè)擾動(dòng)足夠小,我們實(shí)際上感覺不到這種程度的抖動(dòng)。
有意思的是,奧利弗發(fā)現(xiàn),盡管使用一個(gè)基站不足以追蹤頭盔,但它的擾動(dòng)仍然保持在0.3mm,除了指向另一個(gè)基站的那個(gè)軸向的擾動(dòng)增大到2.1mm。這意味著,使用兩個(gè)基站進(jìn)行追蹤時(shí),系統(tǒng)可以更加精確地進(jìn)行追蹤。
他同時(shí)還解釋了精確度和準(zhǔn)確度在定義上的區(qū)別。所謂精確度指的是“對(duì)于空間上的同一點(diǎn),多次測量值之間的差別”,而準(zhǔn)確度則是“測量值與這個(gè)點(diǎn)在空間中實(shí)際的位置的差距”。
正如其他優(yōu)秀的科學(xué)家一樣,他首先解釋了自己的測量方法:
“我在自己的追蹤空間中心區(qū)域地板上放置了一個(gè)36英寸的尺子,每隔一英寸使用附著在控制器上的探針測量其空間位置(探針的位置使用了控制器的本地坐標(biāo)系,這對(duì)于測量的可重復(fù)性是非常必要的)。然后,我比對(duì)這些空間的點(diǎn)的理想坐標(biāo)和測量坐標(biāo),使用非線性點(diǎn)坐標(biāo)比對(duì)算法生成了任意坐標(biāo)系中點(diǎn)的理論坐標(biāo)?!?br />
如圖所示,綠點(diǎn)代表的是理想值而紫色的點(diǎn)則代表Lighthouse追蹤系統(tǒng)的測量值,根據(jù)這些數(shù)據(jù),奧利弗估計(jì)Lighthouse追蹤系統(tǒng)的精確度大約在RMS(均方根)1.5mm,而準(zhǔn)確度則在RMS(均方根)1.9mm。
盡管上圖中的測量值存在一些偏差,但奧利弗表示:“系統(tǒng)整體的準(zhǔn)確度非常好。”他進(jìn)一步總結(jié):“作為一個(gè)有實(shí)際意義的結(jié)果,我們認(rèn)為附加一個(gè)校準(zhǔn)探針針尖的Lighthouse控制器,可以作為一個(gè)大面積三維數(shù)字化儀來使用,預(yù)期準(zhǔn)確度約為2mm?!?
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