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VR 线下体验室内定位系统的现状到底是什么样

来源: 作者: 2016-10-09 09:07:01

现有的 VR 体验馆构建还缺少了最重要的一环,就是廉价而灵活准确的定位方案。从形形色色的头盔和眼镜,到各种奇思妙想的交互设备,再到内容制作和建立体验馆的尝试,越来越多的 VR 相关从业者和创业者都将 The Void,Zero Latency 等前辈作为自己下一步赶超的目标,发出了开发 VR 主题公园,或者 VR 主题体验解决方案的宣言。

VR 头盔和眼镜的水准参差不齐,VR 对系统配置的要求很高,相关设备随身穿戴不易,而移动端设备的渲染则多半力有不逮;而针对体验馆的交互内容如何制作,互动方式如何设计,也有诸多不甚明朗的地方。除此之外,VR 体验馆的构建却还缺少了最重要的一环,就是廉价而灵活准确的定位方案。

这里所说的定位,就是确定体验馆中的参与者在场馆中的绝对空间位置,并反馈到所有参与游戏的玩家和游戏服务器上,进而执行群体游戏所必需的各种游戏逻辑。例如,当一位玩家靠近树林的边缘时,一头蓄谋已久的饿狼会猛然扑出来;又比如多位玩家展开一场虚拟现实的真人 CS 大赛,互相射击与开展战术。

如果玩家在游戏场地内的位置无法得到有效识别,那么相应的乐趣和复杂度自然也就少了很多,也许只是来一场第一人称的定点射击游戏而已。而定位的精度和速度也绝对不容忽视,20cm 的误差也许就决定了射出的子弹是否能穿透虚拟敌人的胸膛,而定位本身带来的延迟,同样也会给虚拟现实玩家的现场感带来巨大的影响,甚至成为 3D 晕动症的帮凶。

去年底,日本新宿的繁华地段进行了为期仅一天的 VR 体验,通过头戴 Gear VR 显示一个虚拟雪山场景,同时搭建了实体吊桥道具,并通过风扇和冷空调来模拟寒冷的山巅环境。体验者在吊桥上战战兢兢地前进,最终在场地的终点位置拿到属于自己的奖品——来自经销商的一杯热饮。


这个体验游戏的复杂度并不高,收效却十分显著。而其中不可或缺的一环就是判断玩家在吊桥上行走的位置,然后对 Gear VR 中渲染的场景做出对应的处理。而在同一个宣传视频中,我们不难发现这样一丝端倪:

由此形成的深度图像不仅可以用来判断物体相对体感设备的位置,还可以进一步得到物体的点云数据,甚至是角色的骨骼信息。最重要的是, Kinect2 本身只是 XBox One 游戏机的可选外设,因此要买到它并且用来做 VR 内容的简单空间定位,绝不会花费太多成本。


不过,物美价廉的对立面就是差强人意的性能参数,30fps 的刷新频率必然让人能够比较明显地感受到定位结果的延迟(虽然这种延迟相比头盔的延迟来说,给人的影响更小),并且 Kinect 的视场角只有 60 度左右,最大识别范围一般来说为 3-4 米。

有一则去年的新闻,在大多数 VR 从业者耳中应该不会陌生:澳大利亚的 Zero Latency 成为了全世界第一家虚拟现实游戏体验中心,它占地 400 平方米左右,由 129 个 PS Eye 摄像头组成,同时支持 6 名玩家同场进行游戏……


没错,这个体验中心相比之前的 VR 应用,其最大的卖点就是可以在虚拟空间中自由行走。而 PS Move 设备(包括 PS Eye 摄像头,以及装备了标记光球的 Move 手柄)则是这一技术的核心所在。


当然,仅有一个 PS Eye 摄像头的话,是无法得到玩家的三维空间信息。此时需要有不止一个摄像头去捕捉玩家的光球在屏幕空间的位置,然后通过空中三角测量算法,取得玩家在世界坐标系当中的真实位置。

为了解决这里所述的第一个问题,已经足够让无数开发者绞尽脑汁、前赴后继了。通过颜色来区分标记点的方案当然是可行的,不过如果摄像头里出现了另一种类似颜色的干扰物呢?或者现场就是一片花花绿绿的环境怎么办?

通过已知位置姿态的一些标记物来推算每台摄像机的位置姿态,并且保存下来。这一过程无疑是繁琐而枯燥的,尤其当你需要动辄配置上百台摄像机的时候。而设置完成之后,如何避免摄像机被再次移动,或者因为场馆结构问题而发生震动和偏移,这又是每一位开发者所不得不面对的设备维护难题。

不过,因为光学定位方法具有相当的准确度和稳定性,通过摄像头参数的调校也可以达到很低的延迟,并且在理论上可以扩展到无限的空间, 因此它也确实成为了目前很多国内 VR 体验馆搭建者的首选。

然而,通过标记点来识别多名玩家还是具有很大的局限性,因为标记点不可能无限组合下去,两组标记点靠得过近的话(例如背靠背作战的两位玩家),也很容易发生误测或者无法识别的情形。

此外,过于复杂的场馆环境也会让标记点更容易被障碍物遮挡,从而发生漏测问题,因此目前我们所见的多家采用光学定位的体验馆,都是在一个空旷的规则房间内进行游戏的。而另一方深挖主动式光学的人们,则利用 LED 光点的频率与群组方式进行物体识别,使得每个 LED 光点都有自己独特的 ID,从而解决颜色区分受干扰的问题。

众所周知,在同时间段内主动式光从 LED 光点发出直接被摄像头接收,而被动式则以摄像头红外,传输到反光球,再由摄像头接收,反馈到终端。这导致主动式的运算效率更快,且没有大量无用信息干扰,这也是被动式获取大量干扰信息后,终端需要猜想导致画面或动作变形的主要原因。

当然世界上不存在绝对的无瑕疵,主动式的缺点为电池的续航,因为光点自发光所以电池续航能力在 6-8 小时,采用这种方式的乐园,其内容体验单局游戏需要做好时间控制,以此来支撑全类体验馆与主题公园的使用。

激光器产生并发射一束光脉冲,打在物体上再反射回来,最终被接收器接收。接收器准确地测量光脉冲从发射到被反射回的传播时间,即 TOF(Time of Flight)。 因为光脉冲以光速传播,所以接收器总会在下一个脉冲发出之前收到前一个被反射回的脉冲。

除了价格因素,激光雷达用作定位还存在一个主要的问题是: 因为从激光器发出的是一个扇形光,所以如果有一大堆运动物体互相拥挤着在一起的时候,互相会有遮蔽,后边的物体处在前边物体的 “阴影区” 当中,导致探测不到。

那片密密麻麻的 LED 就是用来同步的光束。两个圆柱体则是旋转的一字激光器,一个是 X 轴扫掠,另一个是 Y 轴扫掠。两个激光器有固定的 180 度相位差,也就是说,A 亮的时候 B 不亮,B 亮的时候 A 不亮。


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