几大VR定位技术的介绍（个人向）

dumplingpro

个人了解有限，只是作为VR玩家看多了也多少知道一点，错了的话请不要喷我……



VR有两个重要衡量标准，一个是屏幕分辨率，这个没啥好说的，大家都知道，而另外一个是定位能力。

定位能力虽然不像分辨率那么直观，但很影响VR体验。VR的原理，就是跟踪人头部的位置，渲染相应的画面，让人有真的处于虚拟世界的错觉。
比如那种手机盒子，因为大多数都靠陀螺仪来推测人头部的运动，误差大，所以哪怕也有高清屏幕，体验也很差。


VR的定位能力，主要有三个指标，定位精度、定位频率、跟踪范围。

定位精度，这个很好理解，精度不够就感觉飘。
定位频率，一般来说VR会每隔一段时间定位一次玩家的位置，两次间隔之间则通过之前玩家移动的速度和方向预估，校准频率低，动作延迟高，甚至感到晕（手机盒子这个问题就很严重），用游戏来形容的话，就是帧数够不够。
跟踪范围，跟踪范围低的VR只能坐着玩，出范围就丢失跟踪（比如PSVR范围很小，容易丢跟踪），而跟踪范围高的VR，可以在整个房间到处跑，被砍了可以像真实一样一个侧步躲到一边，被射击了可以趴在地上当伏地魔。








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灯塔系统(VIVE)


灯塔的定位技术实际上是V社开发授权给其他厂商的（所以steam硬件页面一直有VIVE的链接，一个做游戏卖游戏的，怎么就去搞硬件了呢） 。

坑掉的LG VR、吹得震天响但整天跳票的小派8K也获得了授权。

与其他定位系统不同，顶塔用的是一种很传统的定位方法，原理类似以前那种不停转转转的老式雷达。（具体可以看附件的动图）






两个对角线位置挂在高处的基站，里面有一横一竖两个旋转的发射器（记得是以3600/分钟的转速恒速旋转），发射不可见激光，而头显和手柄里则有大量对应的接收器（VIVE上那些凹点就是）。

1、发射器转到0度，基站发出同步信号，所有接收器开始计时。
2、发射器继续旋转，激光扫过整个房间，扫过一个扇面。
3、接收器被激光扫到后，停止计时。
4、由于基站发射器转速是已知的，根据计时（从0度，到激光扫到接收器时的时间），得到X轴的相对角度。
5、两个基站都依次，横扫一次，竖扫一次，接收器就可以计算出自己（以基站为参照物）的坐标，完成一次定位。

跟其他依赖模糊图像识别和人工智能的妖艳货完全不同，有点像不停转转转那种老式机扫雷达的技术，简单可靠有情怀。

现在最好的定位系统，用游戏帧数来形容的话，就是144/240帧电竞/过剩。

定位精度高（毫米级），甚至有些过剩了。加上只需要简单的公式计算，每个接收器自己就能瞬间计算出自己的坐标，每秒大概可以完成15-30次定位，延迟是所有定位系统最低的。
两个基站可以照射整个房间，支持房间规模跟踪，人在房间里满地打滚都可以跟踪到，因此人肉闪避，人肉瞬步，人肉伏地魔什么的玩法都可以完成。




缺点的话，首先就是机械结构要精准可靠寿命长，成本比较高，尤其早期1.0的基站相当贵，VIVE贵的原因之一，（不过更主要的原因是HTC这个坑货，从手机领域开始一贯的作死定价，比如即将推出的2.0基站，V社出货60美刀一个基站，算上税要400多块钱，HTC直接价格翻倍卖，感受下）。而且如果固定不稳（比如用架子），基站偶尔会带着整个架子抖动，另外，如果家里有大块镜子/像镜子一样的地板之类的镜面，会反射激光干扰定位，家里装修地板和墙上有镜面的要注意。。


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星座系统(OC)

OC专属的定位技术，实际上是一种比较高级的图像识别，完整的房间规模跟踪套装包括三个红外线摄像头，分别在人身体的两侧前方各一个，以及身后一个，一共三个。

头显和手柄都有大量红外灯，在红外线摄像头下是显眼的光点（所以才叫星座），这些红外灯会以特定的频率闪烁，让摄像头可以分辨这是几号红外灯。






这些摄像头会每隔一段时间拍摄一次图像，捕捉这些红外灯的光点在图像中的位置，然后通过相当复杂的算法进行建模计算，得出计算出头显和手柄的位置和方向。

各方面中规中矩，用游戏帧数来形容的话，就是60帧普通。

定位精度中等，受限于摄像头的分辨率，以及图像识别的误差，定位精度没有前面灯塔高，不过靠着算法优化也有不错的精度，没有对比过，一般人是感觉不出来的。
因为算法需要一定的运算时间，所以不能像灯塔系统那样频繁刷新位置信息，只能每隔一段时间校准一次，而两次校准之间，则靠之前的运动方向速度进行预测（补帧）。
买齐3个摄像头就可以支持房间规模跟踪（2个摄像头的套装会拍不到身后），同样可以满房间打滚。


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MR和其他图像识别定位技术。

微软MR全家，各种由内向外的一体机（包括vive focus和未来的OC go)。



可见光图像识别，用头显上的摄像头拍摄画面（也就是所谓由内向外），然后图像识别房间内景物的一些特征点，加上陀螺仪之类的加速剂预测，用某种复杂的算法估算出位移，从而实现头显的定位。然后一般手柄上都有许多小白点，通过图像识别跟踪这些小白点的位置，得到手柄相对头显的位置来定位手柄。

用游戏帧数来形容的话，就是30帧够用。

图像识别这种东西，毕竟涉及AI，定位精度没之前2个高，运算时间也比较长，刷新率也不算高，且出了头显摄像头拍摄范围手柄就会跟丢，也没法全房间跟踪，但是总体来说已经够用。


不过，优点也很明显，首先是价格便宜，差不多是买屏幕送VR，不需要基站，可以一会儿客厅用，一会儿房间用，甚至躺床上用，比较方便。

总而言之，微软MR这类技术，主打廉价、方便，玩一些要求比较高的动作类游戏不如上面两家

具体可以参考https://www.leiphone.com/news/201606/UBe8TIThpCsjk7Ir.html

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MOVE定位(PS VR)

一种比较简单的图像识别，头显和手柄上都有大大的灯，摄像头会每隔一段时间拍摄一次，通过捕捉图像上的这些特定颜色灯的位置和亮度，推测出(相对摄像头)的角度和距离完成定位




因为靠可见光来定位，很容易被相同颜色的色块干扰，本来图像识别这东西就不算太稳定，索尼也不是程序员大厂没用太复杂的算法，定位相对差，帧数多少不太清楚，但应该不高。
而且摄像头可以拍摄的范围有限，超出这个范围就会跟丢，大多数只能坐着或者站定了玩，不能像前面2个一样满房间跑来跑去或者满地打滚。

不过，PSVR的游戏是定制的，游戏本身就刻意降低了定位要求，所以体验还不错。而且对有PS的人来说，也就花个2000+搞定了，怎么便宜还要啥自行车。


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warachia

码字辛苦了，学习一下。

话说现在跑VIVE原版大概需要什么等级的电脑配置啊……

若闲

有微软MR，感觉完全没有写的那么不堪。唯一的问题是手柄，出了头显摄像头的位置只靠陀螺仪，会不准。但看一眼手柄马上就能校准，影响不大。

就定位来说，个人觉得还是相当准的。只体验过半小时VIVE，但体感没觉得有什么差别，可能是我体验时间不够？

不过微软这个最大的好处就是方便。
不用架子，不需要接一堆线，不需要调试，软件上也不用操心。总共就一根线两个插头usb跟hdmi，往电脑上一插就自动启用，就完成了。

dumplingpro

warachia 发表于 2018-4-26 21:24
码字辛苦了，学习一下。

话说现在跑VIVE原版大概需要什么等级的电脑配置啊…… ...

我用过1060 6G，大多数游戏都能玩，偶尔卡可以接受，但是画质会自动降低，并且画面比较好的游戏不能用超采（超采对显卡压力非常大）。比如老滚VR，不开超采不打MOD 1060就可以了。

所以一般来说VIVE原版之类1080级的头显，最低是1060 6G或同级。

dumplingpro

若闲 发表于 2018-4-26 21:41
有微软MR，感觉完全没有写的那么不堪。唯一的问题是手柄，出了头显摄像头的位置只靠陀螺仪，会不准。但看一 ...

恩如果不是特别要求，微软MR也是合格的，老滚这类游戏都没什么问题，最大的优势就是在3000+的价位，买到三星那个高分辨率的头显。（跟VIVE PRO是同一个屏幕）

总之好不好看个人感觉，以及看游戏，就像有人用30hz不到的屏幕也玩得嗨，有人144HZ甚至240hz都能写轮眼。

所以个人推荐是最好去VR体验店，全部都体验一次，如果是快速运动的游戏差别就来了。

感觉微软在VR上，目标是科幻电影里的眼镜终端，那个微软AR很典型。而VIVE和OC一开始就奔着游戏去的，对游戏特化。
另外可惜小派8K老跳票，要不那个较低价位，同时满足高分辨率+灯塔定位，缺点就是用LCD屏幕会拖影。

zplbc

等到5G开始推广了，用5G定位应该可以完爆上面的选项。
因为5G设计上本来就要定位，所以届时说不定还可以便宜很多，顺带无线头盔。

后藤P

学习一个，只用过OC，没想到几家的定位方式各有千秋

好多大象啊

zplbc 发表于 2018-4-26 22:42
等到5G开始推广了，用5G定位应该可以完爆上面的选项。
因为5G设计上本来就要定位，所以届时说不定还可以便 ...

......5g哪里能做到这种精度的定位，你在开玩笑吧

zplbc

好多大象啊 发表于 2018-4-26 23:22
......5g哪里能做到这种精度的定位，你在开玩笑吧

现在VR也没有那么高的精度啊。5G室内多放几个点，达到上面的这些精度理论上没有问题吧。

好多大象啊

zplbc 发表于 2018-4-26 23:26
现在VR也没有那么高的精度啊。5G室内多放几个点，达到上面的这些精度理论上没有问题吧。 ...

现在的vr都是三轴 mm级精度，5g目前基本完全做不到，华为实验室只能做到2轴 2000mm级 ，说是明年尽量做到亚米级，根本不能用

zplbc

好多大象啊 发表于 2018-4-26 23:34
现在的vr都是三轴 mm级精度，5g目前基本完全做不到，华为实验室只能做到2轴 2000mm级 ，说是明年尽量做到 ...

5G本身不需要那么高精度啊，只要有个2000mm天线对好就行了。但是如果要专门做室内定位，原理上就不一样啊，可以参考之前蓝牙定位那些，有了定向的天线应该可以做到比蓝牙准吧。。

dumplingpro

zplbc 发表于 2018-4-26 23:36
5G本身不需要那么高精度啊，只要有个2000mm天线对好就行了。但是如果要专门做室内定位，原理上就不一样啊 ...

VR 定位至少也要跟踪头部转动，要不头转画面不转就会晕，一般手机陀螺仪都达不到。。。。

现在走便携设备+图像识别路线的，就是直接在街上找特征明显的东西当参照物，每隔一段拍摄一次，根据这几个参照物的大小和位移时间校准，而校准间隔的时间，用陀螺仪之类检测移动速度距离来估算，实际上就有方案直接用手机，用手机的镜头拍摄校准。

要无线电定位，并且精度达到要求，对基站要求很高，原理类似GPS，已知3个基站位置，基站发射电波（带有发射时间信息的），根据接受到的时间和发射时间的差，乘以恒定的光速，得到与基站的距离，3个基站的距离可以得到三维空间的坐标。然后人身上3个位置固定的接收器，各自定位自己的三维坐标，就能得到位置、姿态之类的信息了。

想想难度多高。现在军用的雷达都达不到这个水平吧。。。。。。

zplbc

dumplingpro 发表于 2018-4-27 00:28
VR 定位至少也要跟踪头部转动，要不头转画面不转就会晕，一般手机陀螺仪都达不到。。。。

现在走便携设备 ...

军用雷达远啊。
我的意思是，基于5G的正经VR，不是手机VR。因为5G本身有一定的定位需求，天线设计上就可以做到比时间差更多的功能。而且不像4G，基站趋于让用户搬到室内，所以基于这个做定位，精度不会太差，但是兼容能比现在专门搞的定位好太多。

若闲

zplbc 发表于 2018-4-26 23:26
现在VR也没有那么高的精度啊。5G室内多放几个点，达到上面的这些精度理论上没有问题吧。 ...

vr精度要求还是挺高的，如果不高的话你戴上运动两分钟就想吐了……

这是硬指标，也是那些杂牌vr几乎没法用的根本原因。

zplbc

若闲 发表于 2018-4-27 00:48
vr精度要求还是挺高的，如果不高的话你戴上运动两分钟就想吐了……

这是硬指标，也是那些杂牌vr几乎没法 ...

当然只是个人推测，5G现在还没出来呢。
个人预计基于5G做到move水平至少是问题不大的。精度理论或者工程学上能做到多少的确不清楚。个人只清楚5G是毫米波级别，在设计之初就有定位需求并且适配了更适合定位的天线。如果毫米波级别的无线电波足够定位，那么5G应该就足够实现定位了。
我又查了下，我看的那篇论文里的5G推荐的波长可能还是有点长了。当然如果配合上陀螺仪什么的也许就够了。

mcq_2

zplbc 发表于 2018-4-27 00:56
当然只是个人推测，5G现在还没出来呢。
个人预计基于5G做到move水平至少是问题不大的。精度理论或者工程学 ...

说了半天也是推测么，有个实验实物也行咯

sorayang

啊多谢科普，之前完全没去了解定位原理的细节。

dumplingpro

Diabolosis 发表于 2018-4-27 09:09
微软那玩意是AR吧……

—— 来自 samsung SM-G1650, Android 6.0.1上的 S1Next-鹅版 v1.3.2.1-fix-play ...

微软有自家的AR，在眼镜上投影的原理。

然后还搞了个所谓微软MR（实际上就是VR，眼睛被屏幕彻底遮住的），拉了一大堆厂商搞了微软MR全家桶。

大多一般般，主要亮点是三星玄龙，一般VR大多只有1200*1080这样子，而三星作为屏幕生产商，在较便宜的价位用了单眼1600*1440的屏幕（跟贵出翔的VIVE PRO同一块屏幕）。

arikado

微软用的应该是SLAM技术，通过摄影测量原理把周围环境实时生成三维模型，通过实时对比计算自身位置。

zplbc

mcq_2 发表于 2018-4-27 08:12
说了半天也是推测么，有个实验实物也行咯

5g本身都没出来哪儿来的vr方面的实验。

dumplingpro

arikado 发表于 2018-4-27 09:51
微软用的应该是SLAM技术，通过摄影测量原理把周围环境实时生成三维模型，通过实时对比计算自身位置。 ...

恩，反正挺复杂的，又是图像识别又是人工智能还有各种新奇技术，巨硬程序员解决问题

jinyang411

dumplingpro 发表于 2018-4-27 09:45
微软有自家的AR，在眼镜上投影的原理。

然后还搞了个所谓微软MR（实际上就是VR，眼睛被屏幕彻底遮住的） ...

其他家mr官网不是标的1440*1440吗？

dumplingpro

jinyang411 发表于 2018-4-27 12:21
其他家mr官网不是标的1440*1440吗？

三星是AMOLED屏（VIVE和OC都是这个），AMOLED屏其实也是比较玄学的，说是降低快速运动时的余晖/拖影，但有人写轮眼能看出来，有人看不出来。甚至有为了降低成本用LCD（典型就是小派，靠着较成熟的技术，跳票的小派8K用2个LCD拼成一个都单眼3840*2160了）


所以才说最好去体验店感受一下比较好……

dumplingpro

东亚重工 发表于 2018-4-27 12:57
VR使用者的空间定位和动作识别是两个概念，lz将之混淆了。

动作识别也是需要空间定位准才行吧？
先要跟踪手柄的姿态和位置，确定手的位置和动作，然后才是识别手指做出什么手势。
人头部的动作也是根据头显的姿态和位置变化捕捉的。

Elevation

这么说吧，微软MR的那套定位，玩那些标明了可以坐着玩的VR游戏一般问题不大，再怎么说这东西的分辨率也比Oculus Rift和HTC Vive这些第一代产品要高，至于LCD还是OLED，如果不是连轴转猛玩的话其实两者差别没有想象中那么大；

另外值得一提的是微软那堆MR的结构设计还有手柄键位的设计，比Vive那套确实强太多了；前者只要试着戴上Vive喝口水就能明白，后者试试那些支持平滑移动的VR游戏一下子就能看出差距了，摇杆比触摸板真是要舒服太多。

至于追踪定位，其实如果是那种张弓射箭的动作微软MR还是拿得下的，但对于某些需要长时间在视野外做复杂动作的游戏——典型就是前阵子刚出的《初音未来VR》，这玩意的音符判定点一多半都在视野之外——能不能扛住就另说了，我个人是不太乐观。

Vive这玩意的问题在于一定程度上机能是有点浪费了，大空间定位很准固然是优势没错，但一来大多数玩家的家里都没那个地方放这套玩意，二来真正体现出体感操作优势乐趣的作品寥寥无几，简直惨

dumplingpro

Elevation 发表于 2018-4-27 13:43
这么说吧，微软MR的那套定位，玩那些标明了可以坐着玩的VR游戏一般问题不大，再怎么说这东西的分辨率也比Oc ...

所以说多少有点玄学，这个看个人，最好去体验店感受一下。
还有个人玩游戏的习惯，同一个游戏不同玩法需求也不同。比如我玩ZOMDAY，有时候喜欢双手-枪加点，近距离凭意识抬手直接连续爆头流，有时候喜欢一边风筝一边突突突。玩射击游戏有人喜欢人肉闪躲或者人肉伏地魔，有些人就喜欢站着撸。



总之分辨率和定位能力都是硬指标，不能光看分辨率（要不小派4K相当于单眼2000*2000价格和分辨率完爆其他了），这个帖子的目的就是如此。


另外，摇杆类手柄还是OC的Touch手柄好，更适合习惯了普通游戏手柄的玩家。

松霖

有vr来玩赛车和飞行的 三星mr优势太大了 毕竟不用追踪手柄 而且这手柄的耗电也太夸张了 玩久一点电池支持不了一个星期

dumplingpro

松霖 发表于 2018-4-27 15:36
有vr来玩赛车和飞行的 三星mr优势太大了 毕竟不用追踪手柄 而且这手柄的耗电也太夸张了 玩久一点电池支持不 ...

只是开车基本上对定位没什么要求，不过很多人会晕3D晕出翔（包括我）。

手柄用电肯定猛，灯塔和星座里面元件多更耗电，连续玩几个小时就要充电了。

cnwind042

LZ辛苦，最近VR有点凉凉啊。我vive落灰很久了，买了老滚和辐射4都没提起兴趣玩，一开始明明很期待的