Valve的Lighthouse基于一組傳感器，能監(jiān)測配套基站激光束的跟蹤系統(tǒng)，為HTC Vive提供Room Scale房型虛擬現(xiàn)實體驗，通過VR頭顯和控制器追蹤定位空間。

Lighthouse追蹤技術(shù)

Lighthouse由兩個基站構(gòu)成，每個基站里有一個紅外LED陣列，兩個轉(zhuǎn)軸互相垂直的旋轉(zhuǎn)的紅外激光發(fā)射器。激光基站的工作原理是基于Lighthouse 的長期無漂移（drift-free ）位置追蹤技術(shù)。每個Lighthouse基站包含兩束激光。一個是水平的激光（基站的坐標(biāo)系統(tǒng)）從下到上（位于基站前方）橫掃追蹤的數(shù)量；另一束激光是垂直的從左到右橫掃追蹤數(shù)量。兩束激光在各種的軸以3600 rpm速度旋轉(zhuǎn)。兩束激光在同一基站只能有一個激光扇面可以對整個定位空間進(jìn)行掃描。

但是該定位追蹤準(zhǔn)確嗎？Oliver Kreylos，計算機科學(xué)博士同時是加州大學(xué)戴維斯分校的一位VR研究員，有多年虛擬現(xiàn)實數(shù)據(jù)可視化研究經(jīng)驗，對Lighthouse追蹤系統(tǒng)進(jìn)行了深度解析。

更多的基站意味著更加準(zhǔn)確的追蹤

基站是Lighthouse追蹤系統(tǒng)的基礎(chǔ)。它使用水平和垂直激光交替掃描檢測HTC Vive頭顯和SteamVR控制器，同時頭顯和控制器里面的小型傳感器會檢測經(jīng)過的激光。然后系統(tǒng)巧妙地整合了所有的數(shù)據(jù)用來確定設(shè)備的轉(zhuǎn)動和3D空間的位置。每個設(shè)備中裝載的高速IMUs被用來協(xié)助定位追蹤。

Kreylos試圖測量系統(tǒng)的“抖動”，即完全靜止站立的測量物體（指頭顯）在測量時所產(chǎn)生的誤差。隨著時間的推移，通過3D空間的追蹤系統(tǒng)在每個位置的讀數(shù)，他能夠測量每個軸上讀數(shù)的數(shù)量。

Kreylos通過兩個基站追蹤Vive頭顯發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的抖動誤差約為0.3mm，這意味著對于追蹤系統(tǒng)而言，頭顯似乎在空間領(lǐng)域中都會有0.3mm的誤差（盡管在現(xiàn)實中頭顯是完全靜止的）。

幸運的是，這個亞毫米級抖動誤差很小，以至于當(dāng)我們戴著頭顯的時候是感受不到的。

有趣的是，Kreylos發(fā)現(xiàn)當(dāng)只一個基站覆蓋的時候，抖動仍然為0.3mm，而當(dāng)軸指向另一個基站的時，誤差會達(dá)到2.1mm。

這意味著兩個基站同時被檢測到的時候，Lighthouse可以更加精確地追蹤物體。未來Vive頭顯可能會添加傳感器為了在任何時候看到基站。

精確度和準(zhǔn)確度

Kreylos試圖同時測量Lighthouse的精確度和準(zhǔn)確度。他解釋精確度測量是“在空間中對同一個點多次測量的結(jié)果相似度”，準(zhǔn)確度是指：“在空間中對一個點的測量和真實的點位置的相似度”。

正如所有好的科學(xué)家，Kreylos首先解釋了測量的方法：

我把一個36英寸的尺子放在地板上，位于追蹤空間的中心，然后用我附在其中一個追蹤控制器的小型探針針尖來標(biāo)識出每1英寸的3D位置（位于控制器的本地坐標(biāo)系的探針針尖位置，是對點進(jìn)行重復(fù)測量的關(guān)鍵，這是源于一個簡單的校準(zhǔn)程序）。接下來，我把每個三維點的測量結(jié)果與“理想”的三維點進(jìn)行比較。這個理想的三維點是通過非線性點集的對準(zhǔn)算法在一些任意坐標(biāo)系中生成每一個點的理論位置。

綠色代表著理想的測量點，而紫色顯示了Lighthouse追蹤測量點?！狾liver Kreylos

基于這些測量，Kreylos預(yù)計，Lighthouse的精確度為RMS 1.5mm；準(zhǔn)確度為RMS 1.9 mm。

盡管上圖測量中有一些失真，但Kreylos表示“（Lighthouse）整體的準(zhǔn)確度非常好”，并進(jìn)一步推斷，作為一個有實際意義的結(jié)果，因此，附加一個校準(zhǔn)探針針尖的Lighthouse控制器，有可能作為一個大面積三維數(shù)字化儀來使用，預(yù)期精度約為2mm。

漂移校正

Kreylos同時檢查并解釋：當(dāng)激光掃描每個軸的時候，Lighthouse系統(tǒng)校正的控制器的IMU的方式。

通過讓控制器圍繞著頭部進(jìn)行高速轉(zhuǎn)動，并繪制測量數(shù)據(jù)，Kreylos可以可視化漂移校正。