Lighthouse:自然精准的 VR 追踪系统


Valve 公司出品


Valve 软件公司(Valve Corporation,原名:Valve Software)是一家位于华盛顿州专门开发电子游戏的公司,也是超强的内容生产商和平台服务提供商(Steam)。Valve 拥有现在世界上最大的综合性数字发行平台 Steam,其注册用户达 1.25 亿,最高同时在线用户数超过 1000 万。同时,Valve 也是《半条命》系列,《军团要塞》系列,《传送门》系列,《求生之路》系列和《Dota 2》的开发商。


随着游戏行业竞争越来越激烈,Valve 一直在寻求突破,希望带给游戏玩家不同的游戏体验。于是 Valve 进军虚拟现实领域并开发了 SteamVR 系统,这套系统的最有特色的功能就是房间追踪系统(Room-Scale),该系统可以让用户佩戴虚拟现实头盔在 15X15 的空间范围内自由移动。这是通过“Lighthouse”激光追踪系统实现的。


工作原理


Lighthouse 的核心原理其实很简单,就是利用房间中密度极大的非可见光,来探测室内佩戴VR 设备的玩家的位置和动作变化,并将其模拟在虚拟现实 3D 空间中。通过两个相对成本较低的探测盒子,就可以达到相对精准的效果。


打开探测盒子内部,会发现没有任何摄像头,只有一些固定的 LED 灯,加上一对转速很快的激光发射器,其中一个会“扫射”整个房间,以每秒 60 次的速度频闪。



光线发射出来后,还需要接收器,也就是 VR 头盔或手柄,里面配备的光传感器可以探测发射出的频闪光和激光束。最妙的设计也在这里,每闪一次,头盔就开始计数,像秒表一样,直到某个光传感器探测到激光束;然后利用光传感器的位置,以及激光到达的时间,利用算法计算出头盔相对基站的位置。


更神奇的是,如果同时有多个光传感器探测到一束激光,就会形成一个“姿势”,不仅能标注头盔位置,而且可以模拟它运动方向的 3D 图像。最重要的是,做这一套探测设备的成本其实很低,却很及时地解决了 VR 中一个重要的棘手问题。



巧妙的方案


Valve 的高管 Gabe Newell 曾经打过一个形象的比方:Lighthouse 就是 VR 设备里的 USB。把 Lighthouse 看做一个划时代的产品是因为:

• 计算量小,特别是在图像处理上。

• 超低延时, 不像图象跟踪技术,该系统不需要等待图像数据被发送,处理和分析。 微控制器   可快速计数,准确地映射到下一个指令周期。

• 它依赖于高精度的时间接收机来确定角度,拥有较高的空间分辨率。

• 该接收机硬件十分便宜:例如一个光电二极管只要 0.01 美元。 

• 可以避免其他红外干扰如太阳所需的光信号,也允许多个发射机具有不同的调制频率。



首先应用于 HTC Vive 


HTC 和 Valve 在 2015 年 3 月 2 日巴塞罗拉世界移动通信大会上,合作推出了一款  VR  游戏头盔,取名为  HTC Vive,这是目前唯一可以使用 Valve 新系统的设备, Valve 本身已经证实这款设备将首先应用 Valve 公司的 SteamVR 系统。



将会应用广泛


Lighthouse 这两个黑盒子除了能追踪 VR 设备之外,可能也会运用在电视、智能手机等等装置上。HTC与 Valve 在之前说过,它们会向想运用 Lighthouse 的硬件商或是软件商去免费授权这技术。这样一来,Lighthouse 不仅适用于 VR 头显设备,以这套技术为基础,开发商们还可以在一系列硬件里部署这种追踪方案,运用在更多设备上。


当然想要运用 Lighthouse 技术的公司也不在少数,例如另一家虚拟现实设备生产商 VE 公司就极其渴望能够运用 Lighthouse 技术。根据 FOVE 的 CTO(首席技术官)Lochlainn Wilson 所述,该公司目前对这样的方案有‘想法’,甚至可能将支持 Lighthouse。


“我们真的很想兼容 Lighthouse。”当 Wilson 在 Reddit的 AMA 大会上被问及该头盔时他这样说。



当另一些人说到把身体和眼球追踪结合在一起将是一个令人激动的组合时,他说:“我们也是这么认为!我们有这个想法,但是还没有具体的计划。”



“我真的很喜欢 Lighthouse,我认为它会有一个强大的未来。”当最后被问及该系统时,Wilson 回答道:“虽然这是一个相当核心的解决方案,但遗憾的是他们还没有 Lighthouse。”




独立工作室Wildcard旗下的游戏《方舟:生存进化》也希望能应用 Lighthouse,它们的创意总监和联合创始人 Jesse Rapczak 谈到了它们的团队对 VR 控制器,特别是 HTC Vive 输入系统的浓厚兴趣。


“我在 Valve 公司为 Vive 做过演示动画,印象深刻。”Jesse Rapczak 说,“我已经做了两年半的HoloLens,我知道这套输入技术有多难得多关键,不止对VR,对修正现实来说也是这样。


HoloLens 的魔力在于你的视线没有被遮挡,你可以用你自己的手,可以决定你要做的事。但是当我使用 Vive 的时候,我还是惊讶于它准确的追踪和自然的感受。”





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