内向外VS外向内:VR定位追踪的原理与趋势


本文相关引用及参考:映维网

定位追踪是VR最有趣的挑战之一。

映维网 2017年5月5日)现在的移动VR已经不再像以前那样令人感到晕眩恶心。当然,现在我们尚不能实现跟Oculus RiftPSVR相近的质量。但技术正在迅速发展,这允许我们剪掉烦人的线缆。但移动VR的繁荣更为我们带来了对虚拟世界6自由度的新思考。

能自由在空间中漫步(存在一定限制)使得HTC Vive成为当前市场上最具吸引力的系统,但所使用的定位追踪并不一定适合所有人。Oculus提供了类似的功能,但他们正在研究一种内向外追踪(inside-out tracking),无需缆线,可提供更多的移动性。事实上,我们已经在去年的OC3大会上体验过Santa Cruz原型。

你或许已经听说过内向外(inside-out)和外向内(outside-in)追踪,你甚至可能还知道它们的具体含义。但两者具体的优缺点又是什么呢?我们在未来10年内又将会使用哪种追踪方式呢?

1. 外向内追踪(Outside-In)

如果你尝试过“三大”系统(Oculus Rift、HTC Vive和PSVR),那你已经体验过外向内追踪。头显和配件都由外部设备进行追踪。Vive是通过Steam定位器(Lighthouse)进行追踪,而Oculus Rift则通过像麦克风一样的传感器进行追踪,PSVR跟Oculus系统类似。

在三种设置中,传感器都需要放置在房间中的不同位置,然后识别头显相对于环境的位置。虽然这在高端系统中十分常见,但部分移动VR同样在实验外向内追踪解决方案。

优点

  • 外向内解决方案保持固定,是当前精度最高的系统。你还可以在房间中添加更多的追踪器以提高准确度。
  • 当前外向内追踪的时延更低,这会减少你出现晕动症的几率。除非其他解决方案能实现相近的追踪质量,否则外向内追踪将会继续成为最强大的追踪解决方案。因此,这种追踪方案对移动VR同样存在一定的优势。

缺点

  • 一个主要的限制在于遮挡。如果你突然走到沙发或高大植物的背后,远离传感器的视距,系统将会难以追踪你的具体位置。传感器需要有效地对你进行360度追踪,否则系统将会丢失对你的追踪。
  • 另一个主要问题是传感器的限制。跟内而外追踪不同,你需要一直维持在传感器视场范围之内。一旦你超出范围,沉浸感就会被打破。如果VR设置的空间有限,这个问题将会更加突出。

2. 内向外追踪(Inside-Out)

在这种情景下,设备本身集成了追踪器,可以检测设备相对于外部环境位置而变化。当头显移动时,传感器会重新调整房间中位置的坐标,这样给人的感觉是你正在虚拟环境中实时移动。内向外追踪可以使用标记或不使用标记。虽然像小鸟Neo CV这样的头显可以让你自由地使用,但你也可以回顾一下Valve demo演示室的图片。为协助内而外追踪,他们在墙壁上覆盖了许多空白标记。

现在已经有企业提供极具吸引力的内向外追踪解决方案,包括高通的835参考头显。Eonite同样展示了他们的内向外解决方案,他们把一个传感器附在HTC Vive头显上,虽然头显仍需要缆线连接至电脑,但我们可以自由地在虚拟世界中漫步,无需任何外部传感器。最知名的应该是微软HoloLens和即将上市的Windows混合现实头显都将集成内向外追踪,包括宏碁“混合现实”头显。

优点

  • 自由!有了内向外追踪,你将不局限于一个游玩空间。移动性会增加,而虚拟现实会感觉更加真实。
  • 对增强现实和混合现实来说,内向外追踪将变得至关重要,因为我们需要系统提供更多的移动性。

缺点

  • 精度和时延。内向外追踪需要优秀的计算机视觉,但这种技术目前落后于外向内追踪,但现在正在靠近目标。
  • 头显必须完成所有的计算任务,所以对设备的性能要求十分高。

3. 未来走向

完全准确的内向外追踪是所有“现实”的圣杯。毕竟,当你在虚拟现实中探索一个浩瀚无垠的宇宙时,谁希望会突然撞到一台电脑桌呢?

Moore Insights & Strategy的VR分析师安歇尔·沙格(Anshel Sag)表示:“我认为我们只会在高端桌面PC中看到外向内追踪的存在,而在转至内向外追踪之前很有可能是最后一种解决方案。”

“我相信我们将会看到可以加速内向外追踪发展的新追踪方案,但现在尚未出现。最终,诸如VR和AR这样的技术将会整合在一起,而内置追踪方案存在优势的理由有很多,尤其是对AR来说。大部分原因跟移动性和功耗有关,这两者都是当前大部分缺乏内向外追踪的VR解决方案的痛点。”

或许未来的解决方案不需要在技术上实现飞跃,而是利用人类本身的弱点。一种有趣的运动技术被称为“重定向行走”,这主要是利用了人类无法走在一条直线上的原理。没错,如果你不相信,你可以让你的小伙伴蒙住眼睛向前走,那时你就会明白。

这意味着有可能操纵某人的轨迹,让他们相信自己仍然走在一条直线上。虽然在现实世界中是一个弱点,但在虚拟世界中能成为定位追踪的一个优势。

下面是一个映维网曾经报道的关于重定向行走的例子。一个半径至少为22米的圆弧被用来欺骗人们,用户会以为自己一直走在直线上。但问题是,我们需要足够大的游玩空间才能发挥作用,但对定位追踪来说,“无限走廊”是一种值得探索的技术。

 

虽然内向外追踪已经开始浮现,但诸如Daydream VR和三星Gear VR尚未使用这种技术。但相信假以时日,未来的移动头显将会集成内向外追踪。这是空间追踪的逻辑发展方向,尤其是考虑到AR的潜能和要求。约翰·卡马克在2014年发布推文称,他正在研发内向外追踪,但由于“所有人都在怀疑这是否有效,所以不要期望太大。”现在,内向外追踪感觉更像是一种必然的趋势。

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