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 - 全文

? ? ? ?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Windows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?！?/p>

? ? ? ?“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?！爆F(xiàn)在，內(nèi)向外追蹤感覺更像是一種必然的趨勢。