ARVR设备的空间监测和定位技术研究

会控制所有设备同步运作，头显上的光感传感器分别监测出X轴和Y轴方向激光到达每个传感器的时间和针对两个不同激光发射器的相位关系，就可以计算出各个光感传感器各自的相位差，从而精确地定位头显的位置和运动轨迹。

　　Vive手柄上共有24个光感传感器，手柄的工作原理和头显相同，这里不再重复。

　　另外必须要提一下的是国内的Ximmerse，他们也推出了针对VR设备的Outside-in空间定位包设计方案，通过这个空间定位包，可以给没有空间定位功能的VR设备提供跟HTC Vive类似精度的空间监测和定位能力。定位包包括一个双camera的模块，2个带光球的控制手柄，使用时将双camera模块外置到头显上，通过双camera捕捉控制手柄的光球，判断手柄在空间中的位置，同时手柄通过BT把自身6DOF的信息传给模块，模块将6DOF和光球位置信息进行算法融合，实现全方位定位，从而提升头手的交互。这个方案的优势就是可以在任何环境光照情况下，定位精度不受外界环境光干扰，而且定位精度很高。但该方案无法对用户所在的整体空间环境进行监测和定位，只能监测到光球手柄的空间位置信息，但其优势就是可以快速让原有没有空间定位的VR设备至少拥有类似HTC Vive这样的空间定位能力。

　　2. Outside-in空间监测和定位技术

　　Outside-in的空间监测和定位技术目前是VR设备是比较成熟的空间定位技术，Sony PSVR和Oculus都是采用类似的方案，不过Oculus更是在外置摄像头加上红外主动马克点的方式，来获得更高的精度和更快的响应时间。而PS VR则直接采用了PS 3的MOVE系统，原理与Kinect类似，通过外置双目深度摄像头来进行动作识别与追踪头显和手柄。头显上有灯光指示，手柄顶端也有不同颜色的光球，外置的双camera随时检查头显和手柄上的光球运动轨迹，同时PS StaTIon接收通过BT传回的头显和手柄的IMU信息，通过计算就可以得到完整的头显和手柄在空间中运动轨迹和定位。

　　从原理和实际使用的效果上来说，空间监测和定位的精度没有HTC Vive高，虽然Sony的游戏效果和PSVR头戴本身的佩戴舒适度比Vive要好，但空间定位精度不高，就影响到了VR游戏的整体体验。因此我们也从Sony的官网上看到了Sony的一个最新空间定位专利，这个专利应该就是为下一代PVSR准备的，从专利的描述来看应该是类似HTC的固定激光发射器的方式，这个方案跟目前PSVR的做法正好相反，不再使用外部摄像头来拍摄（Outside-In定位），而是通过外部的信号来定位VR头盔在空间中的方向。从而可以提供类似HTC Vive的使用精度（可能更高），同时可以360度无死角地捕捉用户的各种姿态和运动轨迹。

　　Oculus的空间监测和定位技术跟Sony PSVR类似，不同的地方是PSVR采用的是外置双camera监测可见光的方案，而Oculus采用的是主动式红外光，头显和手柄上都放置了红外发光LED，通过外置的红外摄像头进行拍摄和捕捉头显和手柄上红外光点的信息，从而获得头显和手柄的运动轨迹和空间位置信息。

　　不管是Sony PSRV还是Oculus的Outside-in方案，都存在一个问题，那就是外置camera是固定的，而在用户背对camera的时候，camera是无法检测到头显和手柄上的光点的，可能会存在漏监的可能性，从而影响用户体验，这点在HTC Vive上就不存在。

　　另外一个基于Marker点的Outside-in空间监测和定位技术，也是Ximmerse公司的光球+双camera方案，这个跟前面提到的他们的Inside-out的方案正好相反，这里把双camera监测器放到了室内固定的位置，然后在VR头显和手柄上布置光球，头显和手柄在运动个过程中，双camera监测器记录下来头显和手柄在空间里的三维位置和它们的移动数据，通过BT或者WiFi传递给VR头显做相关的运算和处理，并实施反馈到画面上，实现在虚拟环境里自由地走动，与虚拟世界里的事物进行交互。

　　以下是几个不同方案的汇总和比较：