空間定位系統有著很悠久的歷史,從最初的星象,到后來的 “牽星術”。你可以根據牽星板測定的垂向高度和牽繩的長度,即可換算出北極星高度角,它近似等于該地的地理緯度。
時至今日,定位技術隨著科技的發展日漸成熟和精確。近日,Valve宣布對一些做手勢硬件廠商開放Lighthouse定位技術套件,空間定位技術又成為大家關注的焦點。
其實,除了大家熟知的Lighthouse,還有非常多的空間定位技術。魔多君盤點了幾種常用的空間定位技術,先來了解下它們:
1.GPS衛星定位技術
GPS應該是大家最熟悉的定位技術,它是利用24顆工作衛星發射信號,通過時間差測出距離,進而確定待測點的位置。因為同時利用了24顆衛星,它能夠排除一些誤差較大的數據,使得定位更精確。
去年,國外一個戴上VR頭盔開賽車的宣傳視頻火爆網絡,它就是采用了GPS定位。視頻如下:
GPS定位系統覆蓋全球,而且是免費的,是非常理想的室外定位系統。但是其缺點也相當明顯:信號受建筑物影響較大,衰弱很大,定位精度相對較低。而且,而定位不準會直接導致眩暈,所以在VR 領域很少采納。
2. 影像識別(Opti Track)
應用這類定位技術最具代表性的就是Opti Track,很多人把Opti Track定義為光學定位,但是魔多君認為,把它定義為影像識別更為直觀。先來看一個Opti Track應用的視頻:
這類定位方案的基本原理簡單的說就是利用多個紅外發射攝像頭、對室內定位空間進行覆蓋,在被追蹤物體上放置紅外反光點(就是我們看到的),通過捕捉這些反光點反射回攝像機的圖像,確定其在空間中的位置信息。
這類定位系統有著非常高的定位精度,延遲也能達到20ms以內。它的缺點是造價非常昂貴,且供貨量很小。一個攝像頭的價位就要1000美元以上,而要覆蓋一個大概5x5米的定位空間,一般需要6~10個攝像頭,成本之高,可想而知。
這類系統主要應用在類似線下體驗店這樣的商用場景,家用還太昂貴。
3. 紅外光定位(Lighthouse)
這類定位技術的代表產品為HTC Vive 的Lighthouse 室內定位技術,它是目前業內精度最高的定位系統;驹砭褪抢枚ㄎ还馑,對定位空間發射橫豎兩個方向掃射的激光,在被定位物體上放置多個激光感應接收器,通過計算兩束光線到達定位物體的角度差,解算出待測定位節點的坐標。
它以兩個垂直的面進行掃描
Lighthouse 其實是由17個獨立的光點二極管,可以無障礙地去定位方位。設計師非常巧妙和低成本的,詳細可瀏覽魔多君之前的文章《我與Valve工程師討論Lighthouse:不只精確,還很優雅!》
但是,這個定位系統也存在它的弊端,由于光路很容易被遮擋,遇到障礙物不能“拐彎”,不適用于較大的空間,Lighthouse的定位空間只有5*5米。
4. 低功耗藍牙定位(iBeacons定位)
iBeacons是蘋果公司2013年9月發布的移動設備用的操作系統配備的新功能。它的基本原理簡單的說,就是利用有低功耗藍牙(BLE)通信功能的設備(iPhone手機或其他設備)向周圍發送自己特有的ID,接收到該ID的應用軟件會根據其攜帶的信息采取一些動作。比如,在構建有iBeacon的商場,用戶帶著iPhone,走到某個商戶門前,就會自動彈出這個商戶相應的促銷信息。
這種定位方案定位精度很低,對設備的要求也比較高,不太適用于VR行業的應用。
5.Wi-fi定位
具體來說,Wi-Fi能夠定位原理是這樣的:
1.每一個無線AP(路由器)都有一個全球唯一的MAC地址,并且一般來說無線AP在一段時間內不會移動;
2.設備在開啟Wi-Fi的情況下,即可掃描并收集周圍的AP信號,并獲取到AP廣播出來的MAC地址;
3、設備將這些能夠標示AP的數據發送到位置服務器,服務器檢索出每一個AP的地理位置,并結合每個信號的強弱程度,計算出設備的地理位置并返回到用戶設備;
但是,需要注意的是,位置服務商要不斷更新、補充自己的數據庫,以保證數據的準確性。
目前wifi定位系統節點耗費差不多20美元,精度為米級,也不適用于VR領域的空間定位。
6.超聲波定位
這種定位技術的靈感來源于蝙蝠。蝙蝠在夜間飛行的時候,喉頭發出一種超過人的耳朵所能聽到的高頻聲波(即超聲波),這種聲波沿著直線傳播,一碰到物體就迅速返回來,它們用耳朵接收了這種返回來的超聲波,使它門能作出準確的判斷,引導它們飛行。
在實際應用中,超聲波定位的技術也有很多方案,這里介紹一個最簡單的:利用三面垂直的墻壁進行定位。在三面有墻壁的場所,你使用的設備可以理解為空間中某一個信號發射點,它向周圍發射超聲波,測距系統會利用發射和反射回來的聲波產生的時差,乘以波速即可以算出距離。
利用三面垂直的墻壁進行定位
超聲波定位的成本較低,但是由于超聲波在空氣中的衰減較大,它試用于較小范圍,一般為幾十米,測量的精度為厘米級。目前應用于無人車間等場所的移動物體。
“光學+無線”最適合VR
眾所周知,VR 眩暈是一個非常大的難題,這也意味著,它對定位精度的要求非常高,所以在小范圍內,光學是最佳的選擇。當然,在室外的大空間情況下,“光學+無線”是非常好的方法,在遇到障礙物時,無線定位可以對光學進行補充。這樣既保證了精度,也解決了光學定位容易被遮擋的難點。