VR pozicionálás és fejkövetés HTC Vive, Oculus Rift és PlayStation eszközökön.

A beltéri VR helymeghatározó technológia képes megtalálni a VR headseteket és kezelni a VR eszközöket, például a VIVE Trackert az űrben. Az űrbe telepített VR eszköz nemcsak jobb elmerülést biztosít, hanem a szédülésérzet is jelentősen csökken, a teljes képernyő valósággá válhat, a világ valóban a mozgásunknak megfelelően mozog. A beltéri helymeghatározó technológia nagyon fontos a VR asztali virtuális valóság eszközök számára.

A HTC Vive „Lighthouse” lézeres pozicionáló technológiát, az Oculus Rift és a Sony PlayStation VR optikai pozicionáló technológiát, az Oculus Rift infravörös aktív optikai technológiát, a Sony PlayStation VR pedig látható fényen alapuló aktív optikai technológiát használ.

A HTC Vive Lighthouse beltéri helymeghatározó technológiája.

A HTC Lighthouse beltéri helymeghatározó technológiája egy lézerszkenneléses helymeghatározási technológia , amely lézer és fényérzékeny érzékelők segítségével határozza meg a mozgó tárgyak helyzetét. Két lézersugárzó átlósan helyezkedik el, így egy állítható méretű téglalap alakú területet alkotnak. A lézersugarat az adó belsejében elhelyezett két sor fix LED-lámpa bocsátja ki másodpercenként hatszor. Minden lézersugárzó két szkennelő modullal rendelkezik, amelyek lézerszkennelési és pozicionálási jelet küldenek a pozicionálási térbe vízszintes, illetve függőleges irányban.

A HTC Vive fejek és markolatok több mint 70 fényérzékelővel rendelkeznek. A lézer vételi idejének kiszámításával, az érzékelő pontos helyzetének meghatározásával a lézersugárzóhoz képest, több fotoszenzor is képes érzékelni a látható fej helyzetét és irányát. Itt kell kifejteni, hogy a HTC Vive lézeres pozicionáló technológiája a fényérzékeny érzékelő pozicionálási folyamatában azonosítja a fogadott adatokat, és egyidejűleg továbbítja azokat a számítógépes egységnek. Ez azt jelenti, hogy a számítógépes egység közvetlenül meg tudja különböztetni a különböző fényérzékeny érzékelőket. Így a fej és a markolat háromdimenziós modellje végül a fejen és a markolaton rögzített egyes fényérzékelők helyzete, valamint egyéb információk alapján készül el.

A lézeres pozicionáló technológia alacsony költséggel, nagy pozicionálási pontossággal, elosztott feldolgozással és egyéb előnyökkel, valamint szinte késedelem nélkül nem fél a blokkolástól, még akkor sem, ha a hátulján vagy a lábközépen lévő fogantyú még mindig képes rögzíteni. Elmondható, hogy a lézeres pozicionáló technológia nagy pontossággal és gyors reakciósebességgel képes beltéri pozicionálást elérni, miközben elkerüli a nagy komplexitás, a magas berendezésköltség, a lassú számítási sebesség és a természetes fény által könnyen befolyásolható képfeldolgozó technológia hátrányait. Ezenkívül a másik két termékhez képest a HTC Vive lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy egy adott térben végezzenek tevékenységeket, a felhasználó korlátozottan tud alkalmazkodni a játék mozgásának szükségességéhez. Azonban a HTC Vive lézeres indító bázisállomás mechanikus vezérlést használ a lézeres szkennelési pozicionálási tér vezérléséhez, és maga a mechanikus vezérlés stabilitási és tartóssági problémákat okoz, aminek következtében a HTC Vive stabilitása és tartóssága valamivel rosszabb.

Oculus Rift pozicionáló technológia

Az Oculus Rift aktív optikai pozicionáló technológiát használ.

Az Oculus Rift felhasználójának ismerete talán azt is mutatja, hogy az Oculus Rift eszközök elrejtik az infravörös fény egy részét (azaz a markereket), amelyek infravörös fényt bocsátanak ki, és valós időben két infravörös kamerával fényképeznek. Az úgynevezett infravörös kamera a kamerán kívül, az infravörös szűrőbe van telepítve, így a kamera csak a fejet és a fogantyút (Oculus touch) tudja rögzíteni az infravörös fényen, kiszűrve a fej és a fogantyú körüli látható fényjelet, javítva a betű képét. A zajarány növeli a rendszer robusztusságát.

Az infravörös kép megszerzése után a két kamera által különböző szögekből gyűjtött képek a számítógépes egységbe kerülnek, és a vizuális algoritmus kiszűri a nem kívánt információkat, hogy megkapja az infravörös fény pozícióját.

A PnP algoritmus újrafelhasználása, azaz négy, nem koplanáris infravörös fényforrás eszközön belüli helymeghatározási információjának felhasználása, a kép négy pontjának információi alapján a végső eszköz beilleszthető a kamera koordinátarendszerébe, illeszthető az eszköz háromdimenziós modelljébe, és így valós időben figyelhető a játékos fejének és kézmozgásainak mozgása. Amit itt el kell magyarázni, az az, hogy ha meg akarjuk ismerni az eszközön lévő különböző infravörös lámpák helymeghatározási információit, akkor képesnek kell lennünk megkülönböztetni a különböző infravörös lámpákat, a konkrét megoldások a következők:

Az infravörös lámpa villogtatásával megmondja a kamera saját azonosítóját. A kamera zárfrekvenciájának és az egyes LED-ek villogási frekvenciájának szabályozásával szabályozhatja az egyes infravörös lámpák képének méretét a képen, majd a 10 képkockás képméret-változások minden pontjának 10 képkockás képét felhasználva meghatározhatja a LED-hez tartozó izzó azonosítószámát, majd az azonosítószám alapján megismerheti az infravörös fény helyét az eszközinformációkban.

Ezenkívül az Oculus Rift egy kilenctengelyes érzékelővel van felszerelve, amely a kilenctengelyes érzékelő segítségével kiszámítja az eszköz térbeli helyzetét, amikor az infravörös optikai pozicionálás el van takarva vagy elmosódott. A kilenc tengely nyilvánvaló nulla torzítása és eltolódása miatt az infravörös optikai pozicionáló rendszer a kapott pozicionálási információkat a kilenc tengely által kapott információk kalibrálására is felhasználhatja, amikor az infravörös optikai pozicionáló rendszer normálisan működik, így az infravörös optikai pozicionálás és a kilenc tengely kompenzálja egymást.

Oculus Rift aktív infravörös optika + kilenctengelyes pozicionáló rendszer nagy pontossággal, erős blokkolásgátlóval. A használt kamerák nagy felvételi sebessége, és mivel az ilyen rendszerek mindig képesek a marker abszolút pozíciókoordinátáit az aktuális térben megkapni, nincs kumulatív hiba.

A korlátozott kameralátás miatt azonban a rendelkezésre álló termékek korlátozott választéka nagymértékben korlátozza a felhasználó hatókörét, ami lehetetlenné teszi az Oculus Rift használatát olyan virtuális valóság játékokhoz, amelyek sokféle tevékenységet igényelnek, például sétát. Ezért, bár az Oculus Rift képes támogatni több célpont egyidejű pozicionálását, a célpontok száma nem lehet túl sok, általában nem több kettőnél.

Playstation VR pozicionálási technológia

A PlayStation VR látható aktív optikai pozicionáló technológiát használ.

A PlayStation VR eszköz egy testérzékelő kamerát és egy, a korábbi PS Move-hoz hasonló, színes megvilágítású tárgyat használ az emberi fej és a vezérlők helyzetének követésére. A fejen és a fogantyún LED-es fénygömbök találhatók, mindegyik fogantyúra és fejre szerelve. Ezek a LED-es fénygömbök saját fényt bocsáthatnak ki, és különböző színű fénygömböket bocsátanak ki, így a kamerafelvétel, a fénygömb és a háttér, valamint az egyes gömbök között jól megkülönböztethető a kép.

A PS3 eredetileg egyetlen kamerát használt, amely a képen látható labda sugarának kiszámításával határozta meg a labda kamerához viszonyított helyzetét, és végső soron meghatározta a fogantyú és a fej helyzetét. Azonban egyetlen kamera pozicionálásának pontossága nem magas, a robusztussága nem erős, és néha a környezetet színes tárgyfogantyúként azonosítja a rendszer, néha az erős napfény sem működik. Ezért a PS4 egy szomatoszenzoros kamerát, azaz binokuláris kamerát használ, amely a kamera által készített két kép alapján kiszámítja a labda tér háromdimenziós koordinátáit. Specifikus elv: Elméletileg egy ponthoz a háromdimenziós térben, amíg ezt a pontot két kamera egyszerre látja, a két kamera egyszerre a kép és a megfelelő paraméterek alapján meghatározhatja az időpontot a háromdimenziós térben, az alábbiak szerint:

A szomatoszenzoros kamera használata után a PS4 pozicionálási pontossága és robusztussága jelentősen javult.

Határozzon meg egy jó háromdimenziós koordinátát, azaz x, y, z három szabadságfokot, a PS sorozat kilencet használ a másik három szabadságfok és az elforgatási szabadság kiszámításához. Így hat szabadságfokot kapunk, és meghatározzuk a fogantyú térbeli helyzetét és hozzáállását.

A fenti leírás alapján megállapíthatjuk, hogy a PS képes több célpont egyidejű lokalizálására és különböző színekben történő megkülönböztetésére. A gyenge védelmi rendszer miatt azonban a PS többszörös takarása azonnal befolyásolja a pozicionálást. A binokuláris kamera korlátozott hatótávolsága miatt a PS mobil csak a kamera aktivitási tartományán belül érhető el, gyakorlatilag csak a PC előtt ülve. Bár a PS4 jelenleg binokuláris kamerát használ, de továbbra is látható fény alapú pozicionálást használ, könnyen befolyásolja a háttérszín. Ezenkívül a felhasználói élmény eredményei szerint a gyorsabb mozgásrögzítésű kamera nem tudja tartani a lépést a problémával.

Végül a következő táblázat összehasonlításával láthatjuk a három termékpozicionálási technológia előnyeit és hátrányait.