vr內(nèi)向外和外向內(nèi)定位追蹤的原理與發(fā)展趨勢詳解

現(xiàn)在的移動VR已經(jīng)不再像以前那樣令人感到暈眩惡心。當然，現(xiàn)在我們尚不能實現(xiàn)跟Oculus Rift和PSVR相近的質(zhì)量。但技術(shù)正在迅速發(fā)展，這允許我們剪掉煩人的線纜。但移動VR的繁榮更為我們帶來了對虛擬世界6自由度的新思考。

能自由在空間中漫步（存在一定限制）使得HTC Vive成為當前市場上最具吸引力的系統(tǒng)，但所使用的定位追蹤并不一定適合所有人。Oculus提供了類似的功能，但他們正在研究一種內(nèi)向外追蹤（inside-out tracking），無需纜線，可提供更多的移動性。事實上，我們已經(jīng)在去年的OC3大會上體驗過Santa Cruz原型。

你或許已經(jīng)聽說過內(nèi)向外（inside-out）和外向內(nèi)（outside-in）追蹤，你甚至可能還知道它們的具體含義。但兩者具體的優(yōu)缺點又是什么呢？我們在未來10年內(nèi)又將會使用哪種追蹤方式呢？

1. 外向內(nèi)追蹤（Outside-In）

如果你嘗試過"三大"系統(tǒng)（Oculus Rift、HTC Vive和PSVR），那你已經(jīng)體驗過外向內(nèi)追蹤。頭顯和配件都由外部設(shè)備進行追蹤。Vive是通過Steam定位器（Lighthouse）進行追蹤，而Oculus Rift則通過像麥克風(fēng)一樣的傳感器進行追蹤，PSVR跟Oculus系統(tǒng)類似。

在三種設(shè)置中，傳感器都需要放置在房間中的不同位置，然后識別頭顯相對于環(huán)境的位置。雖然這在高端系統(tǒng)中十分常見，但部分移動VR同樣在實驗外向內(nèi)追蹤解決方案。

優(yōu)點

·外向內(nèi)解決方案保持固定，是當前精度最高的系統(tǒng)。你還可以在房間中添加更多的追蹤器以提高準確度。

·當前外向內(nèi)追蹤的時延更低，這會減少你出現(xiàn)暈動癥的幾率。除非其他解決方案能實現(xiàn)相近的追蹤質(zhì)量，否則外向內(nèi)追蹤將會繼續(xù)成為最強大的追蹤解決方案。因此，這種追蹤方案對移動VR同樣存在一定的優(yōu)勢。

缺點

·一個主要的限制在于遮擋。如果你突然走到沙發(fā)或高大植物的背后，遠離傳感器的視距，系統(tǒng)將會難以追蹤你的具體位置。傳感器需要有效地對你進行360度追蹤，否則系統(tǒng)將會丟失對你的追蹤。

·另一個主要問題是傳感器的限制。跟內(nèi)而外追蹤不同，你需要一直維持在傳感器視場范圍之內(nèi)。一旦你超出范圍，沉浸感就會被打破。如果VR設(shè)置的空間有限，這個問題將會更加突出。

2.內(nèi)向外追蹤（Inside-Out）

在這種情景下，設(shè)備本身集成了追蹤器，可以檢測設(shè)備相對于外部環(huán)境位置而變化。當頭顯移動時，傳感器會重新調(diào)整房間中位置的坐標，這樣給人的感覺是你正在虛擬環(huán)境中實時移動。內(nèi)向外追蹤可以使用標記或不使用標記。雖然像小鳥Neo CV這樣的頭顯可以讓你自由地使用，但你也可以回顧一下Valve demo演示室的圖片。為協(xié)助內(nèi)而外追蹤，他們在墻壁上覆蓋了許多空白標記。

現(xiàn)在已經(jīng)有企業(yè)提供極具吸引力的內(nèi)向外追蹤解決方案，包括高通的835參考頭顯。Eonite同樣展示了他們的內(nèi)向外解決方案，他們把一個傳感器附在HTC Vive頭顯上，雖然頭顯仍需要纜線連接至電腦，但我們可以自由地在虛擬世界中漫步，無需任何外部傳感器。最知名的應(yīng)該是微軟，HoloLens和即將上市的s混合現(xiàn)實頭顯都將集成內(nèi)向外追蹤，包括宏碁"混合現(xiàn)實"頭顯。

優(yōu)點

·自由！有了內(nèi)向外追蹤，你將不局限于一個游玩空間。移動性會增加，而虛擬現(xiàn)實會感覺更加真實。

·對增強現(xiàn)實和混合現(xiàn)實來說，內(nèi)向外追蹤將變得至關(guān)重要，因為我們需要系統(tǒng)提供更多的移動性。

缺點

·精度和時延。內(nèi)向外追蹤需要優(yōu)秀的計算機視覺，但這種技術(shù)目前落后于外向內(nèi)追蹤，但現(xiàn)在正在靠近目標。

·頭顯必須完成所有的計算任務(wù)，所以對設(shè)備的性能要求十分高。

3.未來走向

完全準確的內(nèi)向外追蹤是所有"現(xiàn)實"的圣杯。畢竟，當你在虛擬現(xiàn)實中探索一個浩瀚無垠的宇宙時，誰希望會突然撞到一臺電腦桌呢？

Moore Insights&Strategy的VR分析師安歇爾·沙格（Anshel Sag）表示："我認為我們只會在高端桌面PC中看到外向內(nèi)追蹤的存在，而在轉(zhuǎn)至內(nèi)向外追蹤之前很有可能是最后一種解決方案。"

"我相信我們將會看到可以加速內(nèi)向外追蹤發(fā)展的新追蹤方案，但現(xiàn)在尚未出現(xiàn)。最終，諸如VR和AR這樣的技術(shù)將會整合在一起，而內(nèi)置追蹤方案存在優(yōu)勢的理由有很多，尤其是對AR來說。大部分原因跟移動性和功耗有關(guān)，這兩者都是當前大部分缺乏內(nèi)向外追蹤的VR解決方案的痛點。"

或許未來的解決方案不需要在技術(shù)上實現(xiàn)飛躍，而是利用人類本身的弱點。一種有趣的運動技術(shù)被稱為"重定向行走"，這主要是利用了人類無法走在一條直線上的原理。沒錯，如果你不相信，你可以讓你的小伙伴蒙住眼睛向前走，那時你就會明白。

這意味著有可能操縱某人的軌跡，讓他們相信自己仍然走在一條直線上。雖然在現(xiàn)實世界中是一個弱點，但在虛擬世界中能成為定位追蹤的一個優(yōu)勢。

下面是此前報道的關(guān)于重定向行走的例子。一個半徑至少為22米的圓弧被用來欺騙人們，用戶會以為自己一直走在直線上。但問題是，我們需要足夠大的游玩空間才能發(fā)揮作用，但對定位追蹤來說，"無限走廊"是一種值得探索的技術(shù)。

雖然內(nèi)向外追蹤已經(jīng)開始浮現(xiàn)，但諸如Daydream VR和三星Gear VR尚未使用這種技術(shù)。但相信假以時日，未來的移動頭顯將會集成內(nèi)向外追蹤。這是空間追蹤的邏輯發(fā)展方向，尤其是考慮到AR的潛能和要求。約翰·卡馬克在2014年發(fā)布推文稱，他正在研發(fā)內(nèi)向外追蹤，但由于"所有人都在懷疑這是否有效，所以不要期望太大。"現(xiàn)在，內(nèi)向外追蹤感覺更像是一種必然的趨勢。

在谷歌召開的一場新聞發(fā)布會上，筆者有幸跟谷歌Tango的工程部經(jīng)理JohnnyLee(強尼·李)進行了一次談話。Tango是谷歌旗下專門研究3D位置追蹤的一個現(xiàn)實增強項目，而他們的研發(fā)成果inside-out位置追蹤系統(tǒng)目前已經(jīng)能夠應(yīng)用在最新推出的應(yīng)用程序上。交談中通過強尼的描述，筆者還了解到，這項技術(shù)的出現(xiàn)，將能成功解決時下最新的無線VR設(shè)備上關(guān)于實時位置追蹤的問題。

Tango宣傳視頻

"目前我們已經(jīng)大體上解決了這個問題。"強尼說道，"目前Tango開發(fā)的程序已經(jīng)在聯(lián)想Lenovo Phab 2 Pro智能手機上成功運行。這款實時位置的應(yīng)用能夠完美的適配這款手機。此外，我們在平板設(shè)備上也進行了測試，結(jié)果證明位置追蹤技術(shù)同樣適用。目前唯一困擾我們的主要是機身發(fā)熱的問題，我們發(fā)現(xiàn)當用戶在手機上運行這款位置追蹤應(yīng)用程序的時候，機身的溫度會迅速升高，此外，手機屏幕上的圖像顯示會變得非常不穩(wěn)定。不過我們相信，隨著谷歌白日夢設(shè)備以及Tango位置追蹤技術(shù)的不斷成熟，這一問題將會在未來的2到3年內(nèi)得到解決。"

不過，當我們問到究竟什么時候才能完全解決這一問題，從而讓這項新技術(shù)商業(yè)化，并投入對于VR設(shè)備的應(yīng)用中時，強尼對此沒有發(fā)表評論。

Tango的產(chǎn)品經(jīng)理也對強尼的發(fā)言表示同意。他認為這一問題最終一定會得到攻克，不過目前還有很多的技術(shù)困難需要一段時間去思考和解決。

目前市面上流行的高端VR產(chǎn)品,包括Oculus Rift,Playstation VR,HTC Vive,他們使用的位置感應(yīng)追蹤系統(tǒng)都是從外向內(nèi)的，也就是說，要達到位置追蹤的效果，它們需要接收某種外界的感應(yīng)器發(fā)來的信息，比如相機，激光，傳感器等，而不能自發(fā)的單憑VR頭顯進行追蹤。一旦失去了外界的支持，它們也就是去了高級追蹤的功能，只能像移動端匹配的谷歌Cardboard、三星Gear VR那樣進行簡單的限于前后左右的操作。

因此，只有inside-out位置追蹤系統(tǒng)才能真正實現(xiàn)VR設(shè)備"無線"化，并且支持更多更為強大的功能，而這也是目前VR技術(shù)開發(fā)所追求的目標。幾乎所有的VR公司都想做第一家在這個領(lǐng)域做出真正突破的公司，在今年的Oculus Connect大會上，臉書就已經(jīng)公布了代號為"Santa Cruz"的原型，而微軟也利用旗下的HoloLens追蹤系統(tǒng)把這個技術(shù)帶到有線的VR設(shè)備上。除此之外，像高通、因特爾等公司也都在致力于解決VR設(shè)備無線化的問題。

在行業(yè)內(nèi)較早的提出創(chuàng)新"主題公園及博物館"，"高新科技游客中心"，"物業(yè)銷售展示廳" ，"智慧展館" 和 "第一太平洋創(chuàng)新平臺"的概念，并率先完成了多項創(chuàng)新解決方案，并在新建項目及舊館改造中開始實施。

"第一太平洋創(chuàng)新平臺" 經(jīng)過近十年、百余個遍于國外內(nèi)各省市各型展館多媒體總包項目的實踐，完善了從策劃、設(shè)計到研發(fā)、安裝實施的團隊建設(shè)、專利技術(shù)和上下游資源整合。順應(yīng)行業(yè)發(fā)展新趨勢，努力做到創(chuàng)新技術(shù)的突破者，創(chuàng)新展示多媒體技術(shù)的領(lǐng)跑者。