Posicionamento em realidade virtual e rastreamento de cabeça no HTC Vive, Oculus Rift e PlayStation.

A tecnologia de posicionamento em ambientes internos para realidade virtual (RV) permite localizar headsets e dispositivos de RV, como o VIVE Tracker, no espaço. Com dispositivos de RV baseados no espaço, não só se proporciona uma imersão melhor, como também se reduz significativamente a sensação de tontura, tornando toda a tela real e fazendo com que o mundo se mova de acordo com nossos movimentos. A tecnologia de localização em ambientes internos é fundamental para dispositivos de realidade virtual de mesa.

O HTC Vive utiliza a tecnologia "Lighthouse" para posicionamento a laser, enquanto o Oculus Rift e o Sony PlayStation VR utilizam tecnologia de posicionamento óptico. O Oculus Rift emprega tecnologia óptica ativa por infravermelho, e o Sony PlayStation VR, tecnologia óptica ativa por luz visível.

Tecnologia de posicionamento interno Lighthouse do HTC Vive.

A tecnologia de posicionamento interno Lighthouse da HTC é uma tecnologia de posicionamento por varredura a laser que utiliza laser e sensores fotossensíveis para determinar a localização de objetos em movimento. Dois emissores de laser são posicionados diagonalmente para formar uma área retangular de tamanho ajustável. O feixe de laser é emitido por duas fileiras de LEDs fixos dentro do transmissor, seis vezes por segundo. Cada emissor de laser possui dois módulos de varredura, que transmitem o sinal de varredura a laser e o sinal de posicionamento para o espaço de posicionamento, respectivamente, nas direções horizontal e vertical.

Os dispositivos HTC Vive possuem mais de 70 sensores de luz. O sistema calcula o tempo de recepção do laser para determinar a posição exata do sensor em relação ao emissor, permitindo a detecção da posição e direção da cabeça visível por múltiplos fotossensores. É importante explicar que a tecnologia de posicionamento a laser do HTC Vive utiliza um identificador de sensor fotossensível e envia os dados recebidos simultaneamente para a unidade de processamento. Isso permite que a unidade de processamento distinga diretamente entre os diferentes sensores fotossensíveis, construindo assim um modelo tridimensional da cabeça e do dispositivo, baseado na posição de cada sensor de luz fixado na cabeça e no dispositivo, bem como em outras informações.

A tecnologia de posicionamento a laser, com seu baixo custo, alta precisão, processamento distribuído e outras vantagens, praticamente sem atraso, não apresenta problemas de bloqueio, mesmo com alças nas costas ou na virilha, permitindo a captura do sinal. Pode-se afirmar que a tecnologia de posicionamento a laser permite o posicionamento em ambientes internos com alta precisão e velocidade de resposta, evitando as desvantagens da alta complexidade, alto custo de equipamentos, baixa velocidade de processamento e suscetibilidade à luz natural, características comuns em tecnologias de processamento de imagem. Além disso, em comparação com outros dois produtos, o HTC Vive permite que os usuários realizem atividades em um espaço limitado, adaptando-se às necessidades de movimentação do jogador. No entanto, devido à estação base de lançamento a laser do HTC Vive utilizar controle mecânico para o posicionamento espacial por varredura a laser, o próprio controle mecânico apresenta problemas de estabilidade e baixa durabilidade, resultando em uma estabilidade e durabilidade ligeiramente inferiores para o HTC Vive.

Tecnologia de posicionamento Oculus Rift

O Oculus Rift utiliza tecnologia de posicionamento óptico ativo.

Usuários do Oculus Rift provavelmente sabem que o dispositivo esconde parte da luz infravermelha (ou seja, marcadores) emitida por ele, capturada em tempo real por duas câmeras infravermelhas. A câmera infravermelha, por sua vez, possui um filtro externo que permite capturar apenas a luz infravermelha da cabeça e do controle (Oculus Touch), filtrando os sinais de luz visível ao redor para melhorar a qualidade da imagem e aumentar a robustez do sistema.

Após a obtenção da imagem infravermelha, as imagens captadas pelas duas câmeras de diferentes ângulos são transmitidas para a unidade de computação, e as informações indesejadas são filtradas pelo algoritmo visual para obter a posição da luz infravermelha.

Reutilizar o algoritmo PnP, ou seja, usar quatro luzes infravermelhas não coplanares para obter informações de localização do dispositivo, permite inserir os quatro pontos de informação da imagem no sistema de coordenadas da câmera, ajustando o modelo tridimensional do dispositivo e, assim, monitorar em tempo real os movimentos da cabeça e das mãos do jogador. É importante esclarecer que, para obter informações de localização de diferentes lâmpadas infravermelhas no dispositivo, é necessário distinguir entre elas. As soluções específicas são as seguintes:

O dispositivo identifica a própria câmera piscando a lâmpada infravermelha. Controlando a frequência do obturador da câmera e a frequência de intermitência de cada LED, é possível controlar o tamanho da imagem de cada lâmpada infravermelha na imagem. Em seguida, usando a variação do tamanho de cada ponto em uma sequência de 10 quadros para determinar o número de identificação correspondente ao LED, é possível obter a localização da luz infravermelha no dispositivo.

Além disso, o Oculus Rift está equipado com um sensor de nove eixos que utiliza esse sensor para calcular a posição espacial do dispositivo quando o posicionamento óptico infravermelho está obstruído ou desfocado. Devido ao viés e à deriva zero evidentes dos nove eixos, o sistema de posicionamento óptico infravermelho também pode usar as informações de posicionamento obtidas para calibrar as informações obtidas pelos nove eixos quando o sistema de posicionamento óptico infravermelho funciona normalmente, de modo que o posicionamento óptico infravermelho e os nove eixos se compensem mutuamente.

Oculus Rift utiliza óptica infravermelha ativa e um sistema de posicionamento de nove eixos com alta precisão e forte resistência a bloqueios. Graças à alta velocidade de captura das câmeras utilizadas e à capacidade do sistema de obter sempre as coordenadas de posição absoluta do marcador no espaço atual, não há erro cumulativo.

No entanto, devido ao campo de visão limitado da câmera, a gama restrita de produtos disponíveis limita consideravelmente o alcance do usuário, impossibilitando o uso do Oculus Rift para jogos de realidade virtual que exigem uma ampla gama de atividades, como caminhar. Portanto, embora o Oculus Rift suporte o posicionamento simultâneo de múltiplos alvos, o número de alvos não pode ser muito grande, geralmente não ultrapassando dois.

Tecnologia de posicionamento do Playstation VR

O PlayStation VR utiliza tecnologia de posicionamento óptico ativo visível.

O dispositivo PlayStation VR utiliza uma câmera com sensores corporais e um objeto iluminado por cores, semelhante ao PS Move, para rastrear a posição da cabeça e controlar o usuário. A cabeça e o controle possuem esferas de LED, cada uma montada em uma das extremidades. Essas esferas de LED emitem luz própria, e diferentes esferas emitem luzes de cores distintas, permitindo uma excelente distinção entre a imagem capturada pela câmera e o ambiente ao redor.

Originalmente, o PS3 utilizava uma única câmera, calculando o raio da bola na imagem para determinar sua posição em relação à câmera e, consequentemente, a posição do controle e da cabeça. No entanto, a precisão do posicionamento com uma única câmera não era alta, a robustez era limitada e, às vezes, o ambiente identificava o controle como um objeto colorido, enquanto em outras situações, a luz solar intensa impedia o funcionamento correto. Portanto, o PS4 utiliza uma câmera somatossensorial, ou seja, uma câmera binocular, que usa as imagens capturadas por duas câmeras para calcular as coordenadas tridimensionais da bola no espaço. Princípio específico: Teoricamente, para um ponto no espaço tridimensional, desde que esse ponto possa ser visto simultaneamente por duas câmeras, e com base nas imagens e parâmetros correspondentes, é possível determinar a localização tridimensional desse ponto naquele instante, conforme ilustrado abaixo:

Após a utilização da câmera somatossensorial, a precisão e a robustez do posicionamento no PS4 foram significativamente aprimoradas.

Para determinar um bom sistema de coordenadas tridimensionais, ou seja, x, y, z (três graus de liberdade), a série PS utiliza nove coordenadas para calcular os outros três graus de liberdade, além do grau de rotação. Dessa forma, obtêm-se seis graus de liberdade e determinam-se a posição espacial e a orientação da alça.

Através da descrição acima, podemos saber que o PS consegue localizar múltiplos alvos simultaneamente e distingui-los por cores diferentes. No entanto, devido à baixa capacidade anti-obstrução do PS, o posicionamento é imediatamente afetado quando há múltiplas oclusões simultâneas. Além disso, devido ao alcance limitado da câmera binocular, a mobilidade do PS é limitada, estando disponível apenas dentro do campo de visão da câmera e, basicamente, restrito a ficar em frente ao PC. Embora o PS4 utilize uma câmera binocular, o posicionamento ainda depende da luz visível, sendo facilmente afetado pela cor do fundo. Ademais, de acordo com os resultados da experiência do usuário, a câmera de captura de movimento mais rápida apresenta dificuldades para acompanhar o ritmo.

Por fim, podemos comparar a tabela a seguir para observar as vantagens e desvantagens das três tecnologias de posicionamento de produto.