Posicionamiento y seguimiento de la cabeza en realidad virtual para HTC Vive, Oculus Rift y PlayStation.

La tecnología de posicionamiento en interiores para realidad virtual permite localizar los auriculares y controlar dispositivos como el VIVE Tracker en el espacio. Gracias a estos dispositivos, la inmersión es mayor y la sensación de mareo se reduce significativamente. La pantalla se convierte en una experiencia realista, donde el mundo se mueve al ritmo de nuestros movimientos. Esta tecnología es fundamental para los dispositivos de realidad virtual de escritorio.

HTC Vive “Lighthouse” utiliza tecnología de posicionamiento láser, mientras que Oculus Rift y Sony PlayStation VR emplean tecnología de posicionamiento óptico. Oculus Rift utiliza tecnología óptica activa por infrarrojos y Sony PlayStation VR, tecnología óptica activa por luz visible.

Tecnología de posicionamiento en interiores Lighthouse de HTC Vive.

La tecnología de posicionamiento en interiores Lighthouse de HTC utiliza escaneo láser y sensores fotosensibles para determinar la ubicación de objetos en movimiento. Dos emisores láser se colocan en diagonal para formar un área rectangular de tamaño ajustable. El haz láser se emite seis veces por segundo mediante dos filas de luces LED fijas dentro del transmisor. Cada emisor láser cuenta con dos módulos de escaneo que transmiten la información de escaneo y posicionamiento al espacio de posicionamiento, en direcciones horizontal y vertical, respectivamente.

Las cabezas y los mangos de HTC Vive cuentan con más de 70 sensores de luz. Al calcular el tiempo de recepción del láser para determinar la posición exacta del sensor con respecto al emisor, se puede detectar la posición y la dirección de la cabeza visible mediante múltiples fotosensores. Cabe explicar que la tecnología de posicionamiento láser de HTC Vive utiliza la identificación del sensor fotosensible con los datos recibidos, que se transmiten simultáneamente a la unidad de procesamiento. Esto significa que la unidad de procesamiento puede distinguir directamente entre diferentes fotosensores, construyendo así un modelo tridimensional de la cabeza y el mango, basado en la posición de cada sensor de luz fijado en la cabeza y el mango, así como en otra información.

La tecnología de posicionamiento láser, con su bajo costo, alta precisión, procesamiento distribuido y otras ventajas, y prácticamente sin retraso, no teme bloquearse, incluso si el mango está en la espalda o la entrepierna, puede capturar. Se puede decir que la tecnología de posicionamiento láser puede lograr un posicionamiento en interiores con alta precisión y alta velocidad de respuesta, evitando las desventajas de la alta complejidad, el alto costo del equipo, la baja velocidad de procesamiento y la fácil afectación por la luz natural, basada en la tecnología de procesamiento de imágenes. Además, en comparación con los otros dos productos, HTC Vive puede permitir a los usuarios realizar actividades en un espacio determinado, el usuario está limitado, puede adaptarse a la necesidad de moverse para el juego. Sin embargo, debido a que la estación base de lanzamiento láser de HTC Vive utiliza un control mecánico para controlar el espacio de posicionamiento del escaneo láser, el propio control mecánico tiene problemas de estabilidad y poca durabilidad, como resultado de que la estabilidad y durabilidad de HTC Vive son ligeramente inferiores.

Tecnología de posicionamiento de Oculus Rift

Oculus Rift utiliza tecnología de posicionamiento óptico activo.

Quienes conocen el Oculus Rift saben que los dispositivos Oculus Rift ocultan parte de la luz infrarroja (es decir, marcadores) que emiten luz infrarroja y capturan imágenes con dos cámaras infrarrojas en tiempo real. La llamada cámara infrarroja está instalada en un filtro infrarrojo externo, por lo que la cámara solo puede capturar la cabeza y el mango (Oculus Touch) con luz infrarroja para filtrar la señal de luz visible alrededor de la cabeza y el mango y así mejorar la relación ruido-imagen, aumentando la robustez del sistema.

Tras obtener la imagen infrarroja, las imágenes captadas por las dos cámaras desde diferentes ángulos se transmiten a la unidad de procesamiento, y la información no deseada se filtra mediante un algoritmo visual para obtener la posición de la luz infrarroja.

El algoritmo PnP reutilizado, es decir, el uso de cuatro luces infrarrojas no coplanares en la información de ubicación del dispositivo, los cuatro puntos de la información de la imagen pueden convertirse en el dispositivo final en el sistema de coordenadas de la cámara, ajustando el modelo tridimensional del dispositivo y, por lo tanto, monitoreando en tiempo real los movimientos de la cabeza y las manos del jugador. Lo que se debe explicar aquí es que si se desea conocer la información de ubicación de diferentes lámparas infrarrojas en el dispositivo, se debe poder distinguir entre ellas. Las soluciones específicas son las siguientes:

Indica la identificación de la cámara mediante el parpadeo de la lámpara infrarroja. Al controlar la frecuencia de obturación de la cámara y la frecuencia de parpadeo de cada LED, se puede controlar el tamaño de la imagen de cada lámpara infrarroja en la imagen. Luego, utilizando la imagen de 10 fotogramas de cada punto en los cambios de tamaño de la imagen de 10 fotogramas, se determina el número de identificación correspondiente del LED de la bombilla. Posteriormente, según el número de identificación, se puede conocer la ubicación de la luz infrarroja en la información del dispositivo.

Además, el Oculus Rift está equipado con un sensor de nueve ejes que utiliza dicho sensor para calcular la posición espacial del dispositivo cuando el posicionamiento óptico infrarrojo se ve obstruido o borroso. Debido a la evidente ausencia de sesgo y deriva en los nueve ejes, el sistema de posicionamiento óptico infrarrojo también puede utilizar la información de posicionamiento obtenida para calibrar la información obtenida por los nueve ejes cuando el sistema de posicionamiento óptico infrarrojo funciona normalmente, de modo que el posicionamiento óptico infrarrojo y los nueve ejes se compensan mutuamente.

Óptica infrarroja activa de Oculus Rift + sistema de posicionamiento de nueve ejes de alta precisión y gran resistencia a las interferencias. Gracias a la alta velocidad de captura de las cámaras utilizadas y a que estos sistemas siempre obtienen las coordenadas de posición absolutas del marcador en el espacio actual, no se produce ningún error acumulativo.

Sin embargo, debido a las limitaciones en el campo de visión de la cámara, la escasa variedad de productos disponibles restringe considerablemente el alcance del usuario, lo que imposibilita el uso de Oculus Rift para jugar a videojuegos de realidad virtual que requieren una amplia gama de actividades, como caminar. Por lo tanto, aunque Oculus Rift permite el posicionamiento simultáneo de múltiples objetivos, el número de objetivos no puede ser excesivo, generalmente no más de dos.

Tecnología de posicionamiento de Playstation VR

PlayStation VR utiliza tecnología de posicionamiento óptico activo visible.

El dispositivo PlayStation VR utiliza una cámara con sensor corporal y un objeto iluminado de color similar al anterior PS Move para rastrear la posición de la cabeza y los controles. La cabeza y el mango incorporan esferas de luz LED, una en cada mango y otra en la cabeza. Estas esferas emiten luz propia, y cada una emite un color diferente, lo que permite una excelente distinción entre la cámara, la esfera y el entorno.

La PS3 original utilizaba una sola cámara, calculando el radio de la pelota en la imagen para determinar su posición relativa a la cámara y, finalmente, la posición del mando y la cabeza. Sin embargo, la precisión del posicionamiento con una sola cámara no era alta, su robustez era limitada y, en ocasiones, el entorno podía identificar el mando como un objeto de color, o incluso con luz solar intensa, el sistema no funcionaba. Por lo tanto, la PS4 utiliza una cámara somatosensorial, es decir, una cámara binocular, que emplea dos imágenes capturadas por la cámara para calcular las coordenadas tridimensionales de la pelota en el espacio. Principio específico: Teóricamente, para un punto en el espacio tridimensional, siempre que este punto sea visible simultáneamente para ambas cámaras, estas, a partir de la imagen y los parámetros correspondientes, pueden determinar la ubicación del punto en el espacio tridimensional en ese momento, como se muestra a continuación:

Tras utilizar la cámara somatosensorial, la precisión y la robustez del posicionamiento de la PS4 han mejorado notablemente.

Determinar unas buenas coordenadas tridimensionales, es decir, x, y, z, tres grados de libertad. La serie PS utiliza nueve para calcular los otros tres grados de libertad y la libertad de rotación. De esta forma, se obtienen seis grados de libertad y se determina la posición espacial y la orientación del mango.

A través de la descripción anterior podemos ver que PS puede admitir la localización simultánea de múltiples objetivos y distinguirlos por diferentes colores. Sin embargo, debido a la deficiente protección contra la oclusión de PS, una vez que se utilizan múltiples oclusiones, el posicionamiento se ve afectado inmediatamente. Además, debido al alcance limitado de la cámara binocular, PS Mobile se limita a estar dentro del campo de visión de la cámara, básicamente solo frente a la PC. Aunque PS4 actualmente usa una cámara binocular, todavía utiliza posicionamiento por luz visible, por lo que se ve fácilmente afectado por el color del fondo. Además, según los resultados de la experiencia del usuario reflejados en el caso de captura de movimiento rápida, la cámara no puede seguir el ritmo del problema.

Finalmente, podemos comparar la siguiente tabla para ver las ventajas y desventajas de las tres tecnologías de posicionamiento de productos.