ARVR设备的空间监测和定位技术研究

即可，无需做空间定位。但据了解他们正在开发的还有一个内置TOF depth camera的眼镜，这个是可以实现6DOF+空间定位的功能的。

　　目前已经上市的AR产品中，空间监测和定位能力最好，虚拟物体跟环境匹配最好的有2个产品，一个是基于谷歌Tango的空间定位技术的联想Phab2 Pro， 还有一个是微软的Hololens，这2个产品虽然形态上差异很大，但本质上来说都是6DOF+SLAM的完整结合，实现空间定位和运动追踪，他们的AR效果，基本来说都可以做到虚拟物体和实际环境的融合，不管用户如何移动、从哪个角度来观看，感受就跟真实的物体放在眼前一样。但从最终实际使用的效果来说，Hololens的6DOF+SLAM精度和稳定性还是要比Tango高，这跟整个硬件设计平台、传感器类型和数量的选择、核心算法都是密切相关的。

　　另外国内其实还有很多公司也在开发相关的AR产品，其中颇具特色的就是Micro Eye的SMAKKEST，不但神似Hololens，而且功能也跟Hololens相似，其6DOF+SLAM的效果据说被Hololens所认可。

　二、空间定位技术类别

　　空间监测和定位技术，其实本质上来说可以初略分成2大类，一类就是Inside-out空间监测和定位，另外一类就是Outside-in空间监测和定位。

　　1. Inside-out空间监测和定位技术

　　Inside-out空间监测和定位技术，技术本质上有些类似人类眼镜对环境感知环境的过程，从设备内部来感知外部空间，因此被称为Inside-out定位方式。Inside-out空间监测和定位技术也分成了2类，一类是基于SLAM技术的空间监测和定位，这个也是目前火热的机器人行业所需要的一个基础功能，SLAM是simultaneous localizaTIon and mapping的英文缩写，是指设备本身在未知环境中从一个位置未知位置开始移动，在移动过程中根据位置估计和地图进行自身定位，同时在自身定位的基础上建造增量式地图，实现设备本身自主检测和定位导航。目前大部分的AR产品都是采用Inside-out空间定位技术。

　　基于SLAM的空间监测和定位技术的代表产品是联想Phab2 Pro Tango手机和Hololens，都是采用了深度监测+Fisheye和IMU融合做运动监测，不同的是深度监测所采用的技术不同（Tango采用的是TOF，而Hololens采用的是结构光）和Fisheye运动和特征点监测的数量不同，Hololens的空间定位效果比Tango要更精确更稳定，而且在弱光、玻璃透光等环节中，Hololens的效果则完胜目前的Tango，但Tango技术也不是一成不变的，下一代的Tango技术也支持多Fisheye camera。

　　联想Phab2 Pro Tango手机，使用了一个TOF深度摄像头，一个155度FOV的Fisheye运动监测camera和一个RGB camera，Fisheye运动监测camera配合IMU数据的融合，进行特征点匹配，给设备提供一个完整的运动轨迹的监测，配合TOF深度摄像头的云图信息，可以实时绘制出设备本身在空间中的位置、运动的轨迹，同时通过Tango自带的区域学习功能，当回到已经走过的空间中，一旦Fisheye camera监测到了已经存储的特征点并且能匹配上，就可以快速地进行空间定位，这对AR设备来说是非常重要的，可以确保用户随时随地地快速使用。Tango的工作原理这里就不解释了，可以参考林时工的另外一篇文章做详细了解。

　　微软的Hololens的设计非常独特也非常有钱任性，新开了一颗了基于Intel的CPU和GPU技术的HPU（Holographic Processing Unit），设备采用CPU+GPU+HPU的配置，跟Tango一样，不需要外置PC就看实现完整的空间监测和定位。而在传感器方面，深度监测使用了2个结构光camera，配合4个结构光光栅发射器来进行深度监测。另外在Hololens的左右各有2个Fisheye camera，从而能够监测到更多的空间环境中的特征点。因此Hololens的空间定位精度和稳定性要比Tango高很多。

　　另一类则是基于marker（标记点）的空间监测和定位技术，简单的说就是在实际空间中放置一些类似二维码、特殊颜色图形的图案或者光点作为标记点，设备来监测这些标记点的位置来判断自身的位置和运动趋势。HTC Vive就是这个类型的代表， 下图是HTC Vive的空间定位工作原理。

　　Vive通过两个固定的激光发射器发射激光，每个基站里有一个红外LED阵列，分布两个转轴互相垂直的旋转的红外激光发射器，一个是X轴扫描，另一个是Y轴扫描，两个激光器有固定的180度相位差，当其中一个激光器发射X轴扫描时，另外一个激光器则发射Y轴扫描。

HTC Vive 头显的外壳，密密麻麻布满了32个光感传感器，分别朝向不同问方向，这些传感器都是用来接受固定的激光发射器发出的红外激光，连接Vive的电脑