Caliber 移动 VR 位置追踪系统体验:移动 VR 终于不再只是“看片神器”?

2016-09-02 19:30 智能硬件 来源:思达派 查看原文

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虚拟现实在人们的想象中,至少应该像现实那样让用户自由行走。这样的功能在 PC 端 VR(比如 HTC vive)中已经实现,但在虚拟现实另一大主力“移动 VR”中却迟迟不见踪影,也致使这类设备被贴上“看片神器”的标签。而目前,以智能手机为平台的移动 VR 占有 90%的 VR 用户量。如何实现移动 VR 空间的位置追踪,对移动 VR 甚至整个 VR 产业都至关重要。

近日,国内三维空间定位技术研发公司 凌宇智控 在北京发布了旗下硬件品牌 Caliber VR 的第一款样机 Cobb,主打全沉浸式移动 VR 空间定位与交互。可以实现同时对头部、双手的毫米级位置追踪,而最关键的是其价格非常便宜,Caliber VR CEO 张道宁表示“整套设备最终售价将绝不高于 100 美元。”而与之对比的则是 lighthouse 系统,张道宁表示其仅仅一套手柄和基站的单价都预计在一千元以上。

Caliber VR 现场展示的工程机 Cobb 由 1 个定位基站、1 个头盔定位器和 1 个交互手柄组成。而未来的版本交互手柄则将变为两个。

Cobb产品图

Caliber VR 体验如何?

Caliber VR 一直强调便携性,“我们希望它甚至可以直接装进口袋里,拿出来即可使用。”CEO 张道宁如此表示。而在发布会现场,动点科技所看见的工程机产品也的确比较小。除了定位基站只有手机般大小以外,其控制手柄也明显比 Vive 的手柄小巧,该手柄前端有一个小球,上面分别集成了光学传感器与超声波传感器。而在手托部分,最明显的就是正面的前后左右方向键,其具体功能也可以在具体游戏中定制,另外,在手柄背部还有一个扣扳键,相信是为了枪击游戏而专门设计的。

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而头盔定位器的长度也仅仅只有三星 Gear VR 一半左右,上面同样集成了一个与手柄相同的定位球。工程机阶段,该定位器通过双面胶贴在 VR 眼镜上面,佩戴起来略显沉重,据介绍,未来量产阶段,对方将会考虑其它更加友好的佩戴方式,甚至将其佩戴于头顶。

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体验中,我们试玩了一款类似于俄罗斯方块的游戏,将定位基站放在用户前面的柜子上,佩戴好贴有头盔定位器的 VR 眼镜,拿上手柄即可开始玩游戏了。

游戏设定在了一个堆满各种形状的俄罗斯方块的房间内,房间的一个角落设置了一个如下图的网格,用户可以自由走到“房间”的其他位置,并用手柄从拿起该位置的方块,最后回到网格处,在相应位置将方块放下,用户甚至可以通过扭转手腕的方式调整方块的姿态。值得注意的是,图中央位置有个黑色的小点,其代表了现实中定位基站的位置。

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据介绍,理论上,Caliber VR 的定位范围可达 4m*4m;定位精度小于 2mm;刷新率 60HZ;定位延迟小于 20ms,其在性能上能够满足实际 VR 的体验需求。

从体验结果来看,用户可以自由在虚拟世界中行走,并准确拿到方块。不过,除了头盔定位器放在 VR 眼镜上显得较为沉重之外,延迟过高造成的眩晕也让人有点受不了。张道宁这样解释:“工程机采用蓝牙传输,其本身就自带了 50ms 左右的延迟。但未来量产时我们将采用 OTG 接口,其理论延迟几乎为零。Gear VR 3 代就将开放 OTG 接口。”张道宁显然对延迟问题并不担心。

另外,该设备由于只有一个定位基站,并不能 360 度无死角地定位追踪,身后被遮挡的部分便无法定位,显得有些美中不足。

不过,总的来说,这款产品已经能够完成移动 VR 的空间定位与追踪。当然,由于延迟问题以及非 360 度追踪,其体验效果并非完美。

现有方案能够解决移动 VR 的位置定位与追踪问题吗?

移动 VR 相对于 PC 端 VR 最大的优势就是在于其小巧便携,价格也很便宜。因此,移动 VR 位置定位与追踪系统同样必须符合便携与低价这两个条件。可惜的是,目前市面上已有的解决方案并不完全符合这两个条件。

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首先是 HTC Vive 的 Lighthouse,Lighthouse 定位基站其实是一个激光发射器,其里面有 2 个高成本的电机以达到对转速和相位精确的控制。另外它还需要多个比较昂贵的 FPGA 芯片,同时对这几十路光电信号进行高实时性的信号处理,处理完的结果还不是定位数据,它还要传到 PC 上进行更复杂的运算得到头盔和两个手柄位置信息。因此,HTC Vive 的基站售价都在一千元以上。

最后,它的头盔和手柄上都需要大量的光电传感器, 对设备体积有一定的要求,不可能做到更小,这直接就影响到了便携性。

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第二个是 Oculus Rift 采用的“星座”系统 ,这项技术在数学原理上和 Lighthouse 是一样的,其在头盔上和手柄上大面积分布被严格同步编码的主动发光 LED,再采用一个连接到 PC 的红外高速摄像头去捕捉这些发光点,然后用 PC 进行计算机视觉的解算,从而计算出头盔和手柄的空间位置。因此,和 Lighthouse 一样,“星座”方案也同时面临成本和体积的问题。

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第三是 PSVR 采用的双目摄像头追光球的技术 ,该技术的定位原理是基于双目摄像机的三角定位,索尼采用 PS4,把双摄像头的双目图像进行一个计算机视觉解算,算出几个不同颜色的手柄和头盔的空间位置。

但由于在数学原理上其依赖于三角定位,当双目摄像头的间距缩小的时候,其定位精度会以一个指数型的衰减。如果我们把这两个摄像头放远一点,那这个定位器势必是一个体积很大的东西,从而丧失了便携性。那么如果将其强行放小一点、放近一点、那就必须大幅度地提高两个摄像头的像素,与之配套的,还需要对处理这两个高清摄像头的高性能计算芯片做进一步升级,成本也将大幅度增加。

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第四是 Intel 最近发布的 Alloy,它采用的是 SLAM 定位技术,这也是 Intel 又一次把自家的 Realsense 传感器试图应用在 VR 领域的一次尝试。但 SLAM 只能够定位自己头盔的位置,而且它在定位的精度、定位的刷新率、最重要的是定位的延迟和抗干扰能力是完全没有办法和上面 3 个产品站在一个水平上的。

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第五个是光学动作捕捉设备, 一套设备几十万,目前主要运用于 VR 线下体验馆,成本上肯定不适合移动 VR。

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最后一个是 UWB——超宽带定位技术 ,其定位的原理其实也很简单,就是利用信标发出的脉冲到达基站的飞行时间来解算位置。这项技术被广泛应用于大型的厂房对叉车进行定位,以及大型的监狱对犯人进行定位。这是一种大场景的、精度在几十厘米量级的这样一种定位方式。同时,这种定位基站也要几万块钱,不管是在体验上还是在成本控制上都是完全不合移动 VR 的要求。

刚面世,便遭受质疑

不得不说,Caliber VR 虽然已低成本解决了移动 VR 的空间定位问题,但其定位基站长得还真像是 Lighthouse 定位基站,两者皆为方形设计,只不过 Caliber VR 的基站明显比 Lighthouse 要小,仅仅比一部 iPhone6s 只大一点点。另外,在使用方法上,而者也有一定的相似性:Lighthouse 放置在房间的对角线两端靠上,需要向下倾斜放置;Caliber VR 仅仅只需要一个基站,端正地放置在用户前面的与人身高差不多的地方即可。而有消息称,Lighthouse 也是可以仅使用一个基站实现定位,只不过 HTC 为了消除遮挡才用了两个基站。

可能也正因为如此,有媒体很快便爆料 Caliber VR 涉嫌抄袭 Lighthouse 的技术 。不过,Caliber VR 很快也对此进行了解释,并做出下图详尽描述了二者的区别。image001

Caliber VR 官方表示,不同于 Lighthouse 激光是其技术核心,Caliber VR 综合利用声、光、电三种方式定位,而其最核心的地方则是在于声波上,“我们通过向空间发射经特殊处理后的声波信号来实现精准定位。主要基于三维极坐标定位,而 Lighthouse 则是通过头盔以及手柄上的大量光电传感器获得(至少 5 路)方向向量,并对其解算从而得到刚体的位置,Lighthouse 并不能得到某一个光电传感器的距离。”Caliber VR 合伙人徐晨如此表示。

由于目前 Caliber VR 以技术保密为由并不愿透露太多技术细节,不过读者或许可以从已有信息中寻得蛛丝马迹,并得到自己的答案。

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