玩 VR 不知道定位追蹤技術？你需要這篇文章補補課

能否在虛擬世界裡行走可以說是檢驗 VR 沉浸感的重要依據——這一功能讓 HTC Vive Lighthouse 房間追蹤（Room-Scale）收到了體驗者的一致好評，同時讓 Oculus Rift 顏面掃地。要知道，Oculus 在 Kickstarter 上眾籌時，掀起了極客們對於 VR 的狂熱，而現在 Oculus Rift 已經淪為了「增強型視頻遊戲機」。那麼定位追蹤技術到底有什麼奇特之處，會成為 VR 設備中不可或缺的部分呢？

| 定位追蹤背後到底什麼原理？

在弄清楚這個問題之前，我們首先要上一堂科普課——定位追蹤從技術上實現由兩種途徑，一種是藉助硬體，常用的設備包括機械式跟蹤器、電磁式跟蹤器、超聲波跟蹤器、慣性跟蹤器以及光學跟蹤等。其中，備受好評的 HTC Vive 結合了光學追蹤和慣性追蹤的方案。這套光學追蹤方案被稱之為 Lighthouse 系統，通過頭盔接受基站發射來的各個方向紅外線所需的時間和位置，判斷頭盔（體驗者）所在的位置。

慣性追蹤更好理解了——誰的手機沒有一個重力感應器？這是最基礎的慣性測量感測器，設備能通過它判斷設備目前的狀態。但這並不是慣性追蹤的全部，高端手機尚且配備了陀螺儀輔助加速計，更何況高端頭顯？要不你把千元機的慣性感應器放入高端頭顯試試？筆者可不保證會發生什麼樣的後果。

說完了基於硬體的解決方案之後，另一個容易被大家忽視的解決方案是視覺追蹤。說到 Project Tango 大家都熟悉，但估計沒有幾人知道 Project Tango 採用的 SALM 追蹤系統採用的是視覺追蹤方法中的一種。

這種方法是通過實時對於場景進行構建，然後進行追蹤。然而這種演算法的最大缺陷在於對設備的計算能力要求比較高，同時對演算法的要求也比較高。另外採用了這種技術的公司還包括 Magic Leap 以及微軟的 HoloLens——名號響徹業界的公司都在用，各位讀者可以感受下這項技術的門檻有多高。

| 最早 Vive 定位追蹤用的是「二維碼」？

補完基本的技術知識之後，我們需要再將目光收回到 HTC Vive 上——畢竟他的反響最不錯嘛。 早在 Vive 原型機出現之前，Valve 就已經做過這方面的嘗試了。不過，並不是現在 Vive 採用的 Lighthouse 定位系統，而是更為原始「二維碼」的方式來輔助設備進行定位。這套輔助圖案被稱之為 AprilTags，不同二維碼所處的空間位置和其圖案的特殊性可以讓設備明白自己在空間中所處的位置，並且精度不差。

然而這一套方案最大的問題並不在於其精準度和延時上，而是準備工作——畢竟設備所需要定位越精確需要準備的二維碼數量就越多，在體驗之前首先要勞累一番，布置好大量的二維碼。普通用戶誰願意在自家布置那麼多意味不明的二維碼？無論如何，繁瑣的配置過程絕對是 Valve 放棄這一方案的原因之一。當然 VR 只是 AprilTags 的運用領域之一，它還被廣泛運用在機器人，相機校準方面。

| 蟻視用的追蹤定位不是「二維碼」，那是什麼？

看到這裡的讀者有些肯定會疑惑了，最近蟻視推出了第二代頭盔。官方宣稱這款頭盔也支持定位追蹤以及手勢識別。那麼這種定位追蹤到底採用的是什麼樣的技術呢？會不會是 AprilTags 的改進版呢？我們知道 Valve 使用 AprilTags 實驗時，是採用二維碼作為標示物，但 AprilTags 所需要的標記物體不局限於二維碼，只要是具有高辨識度的特殊物體/圖像即可達到要求。如果採用特殊的定位標識，那麼依然可以藉助這套系統完成定位追蹤。

實際上，蟻視二代頭盔採用的是與 Lighthouse 相仿的解決方案，只不過 Lighthouse 系統是由光塔發射信號，頭盔接受信號，而蟻視的「HoloDeck」系統則完全是反過來的——由頭盔上的單目紅外攝像頭髮射信號，而地面上的定位點用於反射紅外信號，然後再根據這些數據和時間通過演算法計算出設備在空間中的位置。技術原理看似簡單，但其中比較關鍵的是定位的精準度和計算定位的延時。

筆者就這一定位追蹤技術諮詢了 Ximmerse CEO 賀傑，他表示：「蟻視頭盔的解決方案，實際上也融合了 Valve AprilTags 技術，定位球也是二維碼，頭盔通過紅外線確定的是與定位球的相對位置，而二維碼則能承載定位球絕對位置的信息。這兩者結合在一起，還是個蠻不錯的點子。」

在這之後，相信還會有更多的 VR 設備加入定位追蹤的功能， 這一功能會像手機的重力感應一樣成為設備的標配，人人都能在虛擬世界裡漫步了。那麼問題來了，這一未來還有多久？

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