在多人VR体验中,空间定位技术应该如何解决

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一方123456 发表于 2016-10-18 09:58:03 | 显示全部楼层 |阅读模式
由于一直从事射频和惯性方面的研究,福建VR经常和人讨论这个问题,在这里总结下。
      首先,空间定位肯定是VR里面的一个重要技术,前面有人说得很对,VR空间定位的痛点是精度和时延问题,目前比较成熟的方案应该是HTC Vive,这个是答主亲身体验过的,精度和时延都在可接受范围内,单人小场景福州VR应用应该是非常成熟的方案了,视觉SLAM、超宽带、惯性技术这些在小场景应用范围内是无法超越它的。
              下面进入主题,那么在大场景VR应用下,尤其是多人应用场景福建全景(多人动作、解迷、探险类场景)应该采用何种技术方案解决大空间范围内定位问题呢?
      首先,分解一下多人VR场景中定位的技术需求。
       1)VR定位的关键部位是是“头”+”手“的,这个部位定位好了就能获得VR游戏体验最关键的信息,如果能补充“双脚”位置,基本就能解决所有VR应用的需求了。
       2)时延不能超过20ms,不然的话会造成晕眩感和体验急剧下降;
       3)精度越高越好,精度如果在毫米级可以获得最为良好的体验,如果多人之间的协同位置在10cm以内,也应该是可以满足需求的。
       4)场地覆盖50×50米范围,人数满足10人,基本就覆盖所有大场景VR应用了。
        那么对现有技术方案的分析如下,欢迎喷:
       1)采用视觉+动作捕捉方案,其问题主要是视觉受遮挡、设备成本、计算量问题;
       2)采用激光,依然是遮挡和成本问题,道具布设受影响;
       3)采用超宽带,超宽带基站需同步,可以解决部分遮挡问题,但是任何一个位置八方环视的确定需要同时收到至少四个基站的信号,对于信号覆盖率要求很高,在实际应用中可能需要非常多的基站,并且人体对信号遮挡也不能忽略,我们试过人体的转身都会对信号产生极大的遮挡,尤其多人在一起的时候,信号可能断断续续,从而造成定位结果不连续,这对于系统是不可接受的。
       4)最近试验了一种通过测角的蓝牙的定位方案,对于人佩戴终端的成本和轻小型是极其优秀的,而且一个基站(二维测角信息)就可以实现定位。但是问题有两个,精度只有30cm(实际可能还会低一些),同时蓝牙的作用距离还是太短,稳定作用范围只有10~20米,有些受限制。但是可能用在训练系统里面是较好的,对定位要求不那么高。

       针对这些问题,我们设想如果采用惯性+超宽带是否能锁定人体位置,解决超宽带空间位置不准确的问题呢?
       首先尝试的是PDR+超宽带的方案,这种方案的好处在于惯性和超宽带的硬件设计可以集成到一个小香烟盒大小的设备里面,并且惯性和超宽带数据可以严格同步,用惯性高速位置解算弥补超宽带的定位间隔。但是实际体验来看效果比较差,因为PDR是惯性在人体身上,在正常步态下还好,但是当人小碎步、侧移时就会出现精度下降的问题,而这些动作在VR应用中是十分常见的。
       然后我们尝试了另一种方案,脚上惯导(精度极高)+超宽带(腰部),这个技术方案基本可以适应VR里面的所有动作和多人空间位置关系,布设道具也基本没有影响,我们调试过的超宽带作用视距可以到600米+,精度在10cm左右,基本用三个基站(我们不是采用TDOA,采用的是TOF方式)足够覆盖一个多人VR体验馆了,即使有些地方有遮挡也不会造成位置偏移。整个系统在开始会先进入绝对位置确定阶段,使用者要小范围先走几步自动确定空间绝对位置,后面在行走过程中通过系统级自校准纠正,从而越走越准。


但是这个方案现在也存在几个问题,也是我们不断改进和研究的方向,大家有好的建议可以在下面跟帖交流:
1)目前精度保持在20cm,但是实际上需要更高,我们也正在朝这个方面努力(但是如果用在AGV上,精度可以保持在10cm以内,基本满足AGV的空间定位),这个精度误差有很多方面造成,超宽带测距的不稳定性,惯性和超宽带位置在空间上不一致性,数据传输的不一致性都有。
2)脚部是VR体验中相对较弱的位置需求,最强的是头和手,因此,需要根据骨骼模型进行反推,同时需要获取腿、头、腰、手的姿态,这将给使用者穿戴带来麻烦,但是在弱化定位精度要求的前提下,可以仅通过手姿态推演手部位置。
3)脚部和腰部数据传输不同步,空间位置上不同步造成精度只能保持在20cm左右,如果定位出左脚在(x0,y0),那么腰部在空间上可以是(x0±Δx,y0±Δy)范围内的位置,这个在后台处理上带来麻烦,现在想到的进阶方案是双脚定位,取双脚位置之间作为身体位置,再通过手臂动捕反推手部空间位置。
          总之,多人VR的空间定位技术仍然没有非常成熟,在遮挡、成本、适用性上有各种缺陷,未来是哪种技术路线也不好说,所以新兴的技术创客团队们在这个领域里面还有机会,大家一起尽情折腾吧,哈哈~~


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