什么是 VR 中的内向外追踪?



要让虚拟现实发挥作用,耳机在 3D 空间中的位置是至关重要的信息。由内而外的 VR 跟踪使用板载摄像头和机器学习来执行此测量,它正在迅速成为 VR 头部跟踪的黄金标准。

传统位置跟踪

对于 VR 的位置跟踪有许多不同的方法,但当我们提到“传统”位置跟踪时,它指的是现代 VR 革命,从中期开始。 2010 年代,而不是 80 年代末或 90 年代初的早期虚拟现实时代。

最初的 Oculus Rift 是新一代 VR 头戴设备的先锋。 Rift 建立在为智能手机开发的技术之上,包含传感器,可以对旋转和横向运动进行精细检测。换句话说,使用内部传感器,头显可以报告旋转以及何时向前、向后或左右移动。它不能做的是报告深度。也就是说,在 3D 空间内,它是相对于其他点的。

最初的 Rift 解决方案是使用外部跟踪摄像头。摄像头在红外光谱中看到,并且在耳机的表面上是一组红外光。摄像头跟踪这些灯光,因为它知道它们的确切比例和图案,所以可以准确地确定头显相对于摄像头本身的位置。

结合起来,所有这些传感器数据都可以在 3D 中的任何位置提供准确的定位空间,至少在外部跟踪器可以看到耳机的范围内。后来,HTC Vive 等产品将推出基于激光的房间规模跟踪器。它们安装在房间的墙壁上,可以在其范围内的任何位置跟踪耳机位置。

Inside-Out 跟踪

Inside-out 跟踪使用我们刚刚描述的传统方法翻转脚本。头显仍然使用摄像头技术来确定它在 3D 空间中的位置,但摄像头都在头显本身上。

没有外部跟踪标记,而是复杂的机器视觉软件在你周围的房间中寻找参考点。该软件会观察这些参考点的运动,然后推断耳机的运动。

板载摄像头可以做的还不止这些。由于这种空间意识,可以创建一个基于软件的虚拟屏障,这样你就不会不小心撞到墙上。房间规模的跟踪系统也可以做到这一点,但不能使用传统的单摄像头外部跟踪。

板载摄像头还可以精确跟踪你的 VR 控制器相对于头戴设备的位置。在一个出色的进一步发展中,现在还可以使用这些板载摄像头直接跟踪你的裸手在 VR 中进行交互。无需控制器!

Inside-out 跟踪还可以提供一种“混合现实”形式。也就是说,现实世界和虚拟对象作为一种体验融合在一起。板载耳机摄像头可以让你在使用虚拟桌面等应用时看到真实世界的键盘,或者将真实世界的椅子带入虚拟空间以方便坐下或起身。

由内而外跟踪的优势

Inside-out 跟踪正迅速成为 VR 头戴设备的常态,不难看出原因。这种方法有很多好处,但最突出的是优雅和简单。

在像 Oculus Quest 2 这样的头戴设备上,只有头戴设备和两个控制器。将 Quest 2 用作有线耳机时,你只需要一根 USB 数据线。进入 VR 既快速又简单。不用准备设备,戴上耳机就可以玩了。从一个位置移动到另一个位置同样简单。有 no 杂乱无章,无需安装必须安装的电缆、摄像头或跟踪器。 (即使你想将 Oculus Quest 2 用作 PC VR 耳机,也可以使用单根 USB 电缆或无线方式完成。)

正如我们上面提到的,inside-out 跟踪还提供了新的超越位置跟踪的增强 VR 的机会。最初作为实现真正独立 VR 的解决方案已成为所有 VR 耳机的可能未来。

Inside-out 跟踪还解决了遮挡问题,即外部跟踪摄像头无法看到你的头戴设备或控制器,因为它们被遮挡了。至少有两个具有房间规模设置的壁挂式跟踪器的原因之一是避免传感器遮挡任何东西。

Inside-Out 跟踪的缺点

Inside-out 追踪是一项令人印象深刻的技术,但一些最优质的 VR 产品,例如 Valve Index,仍然使用外部安装的追踪器。如果由内而外的跟踪如此出色,为什么它不是通用的?主要原因归结为精度和准确性。驱动由内而外跟踪的软件必须做很多“猜测”,因为没有算法是 100% 准确的。这受到头显板载计算能力的限制,因为更准确和更复杂的机器视觉技术需要更多的处理能力。随着时间的推移,这个问题可以通过计算机性能的提升来解决。

因此,虚拟现实头显上的由内向外跟踪不如从外向内跟踪准确或快速,但它正在引起人们的注意快速上升并且已经足够好,你在挥动光剑或试图赢得虚拟拳击比赛时可能不会注意到任何问题。

 



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