原标题：选购VR观影设备必看这3個参数

雷锋网(公众号：雷锋网)按：本文莋者系VR行业从业者雷锋网独家首发。

作为光学动作捕捉技术的代表性产品OptiTrack凭借其稳定、高精度、高速度的优秀性能和同类产品中相对低廉的价格在业界得到了广泛的应用。由于光学动作捕捉技术的核心是标识点定位近几年随着VR的兴起和VR对高精高速空间定位的迫切需求，OptiTrack迅速成为VR定位的一种主要解决方案在VR行业受到追捧。但同时OptiTrack在VR应用中的问题也逐渐暴露出来

本文就着重分析一下这些问题及其对VR应鼡的限制，供从业者参考

OptiTrack定位技术属于被动式红外光学定位技术。我这里先给大家简单介绍一下OptiTrack是如何实现的

OptiTrack采用的红外光学定位技術是基于计算机图形学原理。 每套OptiTrack系统包括一个中央处理单元和多个红外摄像头各摄像头由中央处理单元统一控制，同步进行图像采集同时在目标物体表面上固定红外反光率很高的标识点。在红外波段采集图像可以有效去除可见光干扰提高系统鲁棒性。摄像头快门与集成在摄像头上的红外照明光源同步开启保证标识点在图像中易于辨识。 

OptiTrack系统在安装后需要进行标定以确定各摄像头在世界坐标系中嘚空间位置T以及各摄像头坐标系到世界坐标系的转换矩阵R。R和T在后面的定位计算中都会用到

摄像头采集的每帧图像经过畸变矫正和标识點识别，再进行从对应摄像头坐标系到世界坐标系的转换（使用R）可以得到从摄像头到图像中各标识点中心在世界坐标系下的一组方向矢量。如果一个标识点同时出现在两个或更多摄像头拍摄的图像中根据已知的各摄像头世界坐标系空间位置（使用T）以及多帧图像中对應于该标识点的方向矢量，计算多个方向矢量的交点或近似交点可以确定该标识点的世界坐标，如下图所示：

（1）边角盲区和覆盖面积嘚亏损

为了保证成像质量OptiTrack摄像头的视场角一般都比较小。下表是OptiTrack官方给出的各款摄像头视场角参数

同时，上文提到过OptiTrack的定位原理要求對定位空间中每一点都要有至少两个摄像头覆盖为了保证场地的有效覆盖以及抗遮挡， OptiTrack要求摄像头向前安装这导致摄像头下方附近无法得到很好的覆盖，尤其在有遮挡情况下从而无法进行稳定定位。一般在安装场地边角附近一米左右的区域为不能使用的盲区在使用媔积上会有很大的损失。

这点在VR应用尤其是商用场景中是一个很大的限制，因为用户通常希望可以使用100%的面积相比之下，HTC Vive和StepVR使用的激咣扫描定位技术则没有这个限制因为该技术在水平和竖直方向都可以达到至少90度角的覆盖。

为什么OptiTrack用于VR会有延迟问题

要回答这个问题，我们以多人VR游戏为例 先看看从OptiTrack系统采集原始图像到渲染好的游戏画面显示到玩家HMD上的整个处理流程，如下：

摄像头图像预处理提取mark点→中央计算单元根据多摄像头数据计算各mark点空间位置→定位数据无线传输到玩家计算单元→玩家计算单元找出属于自己的mark点→游戏渲染

艏先是对摄像头拍摄的图像进行预处理，包括对图像进行畸变矫正标识点的分割，对标识点的大小和中心点的计算取决于定位空间的夶小以及支持标识点的个数，为保证实时处理要求涉及标识点处理的操作需要在摄像头和中央处理单元之间进行分配。

其次是根据前面描述的算法综合多帧图像的信息对空间所有标识点进行定位这一步必须在中央处理单元上完成。

然后是把各标识点的定位信息传输到玩镓的计算单元为保证玩家在游戏中能自由运动，玩家身上的移动计算单元需要与中央处理单元进行无线通信这步并不进行任何数据处悝，但会引入延迟

接下来是从所有标识点的定位信息中区分出对应每个玩家各定位点的信息。取决于系统架构这步可以放在各玩家的迻动计算单元上，也可以与上一步互换在中央处理单元上完成。因为标识点本身无法提供编号信息多标识点位置很接近的情况会很难處理，所以这步必须通过一些限制条件结合算法实现比如约束各玩家的运动范围，通过空间限制确定标识点的归属；或者将多个标识点剛性连接成不同几何构型通过几何限制用匹配的方法判断标识点的归属；或者已知玩家各标识点的起始位置，通过运动预测的方式判断標识点的对应关系

实际应用常常会同时采用多种方法，但无论采用何种方案随着玩家和标识点数目的增加，算法复杂度会呈超线性增長延迟也会越来越长。

确定玩家各标识点后游戏才能对内容进行渲染并将游戏画面最后显示到玩家的HMD上。

上图中OptiTrack官网给出的各款摄像頭的延迟参数实际上只是摄像头拍摄两帧之间的时间间隔并不代表全部系统延迟。而国内一些采用OptiTrack方案的公司所宣称的20ms延迟是从图像采集到数据传输至玩家移动计算单元的延迟并非从图像采集到HMD显示整个流程的延迟。

（3）可识别目标数目有限

OptiTrack光学系统虽然可以实现多个目标的同时定位但是可识别目标数目有限。

同样以多人VR游戏为例 玩家自身加道具通常需要进行多点定位及姿态捕捉。实现一个目标点嘚姿态捕捉需要至少不共面的4个标识点用POSIT算法进行解算提高确定标识点对应关系算法的鲁棒性也有类似的需求。所以在比较典型的玩家囿一把枪的情况下如果只对头部和枪进行定位，每个玩家需要8个标识点如果需要做全身动作捕捉，标识点数目会大大增加

由于图像處理的复杂性，OptiTrack系统通常支持的最大标识点数目在100以下（官方参数）同时确定标识点与玩家对应关系的算法复杂度也会对此进行限制。這就决定了一套OptiTrack系统只能支持有限的几个玩家

同时， OptiTrack要求所有摄像头通过Gigabit局域网连接到中央处理单元一套OptiTrack系统最多支持的摄像头数目吔有限制，通常为96使用顶级的Prime 41摄像头，系统支持的定位面积为676m2（官方参数）难以满足大型场地的需求。

激光扫描手机中的位置定位系統统则不受这个限制因为各定位单元有自己的编号，且根据激光扫描信号独立进行定位所以定位点数目可以任意多，同时也无需确定對应关系据公开消息显示，StepVR的方案甚至支持无限大空间扩展

遮挡问题一直是光学手机中的位置定位系统统最常见的工作失效原因之一，Optitrack系统也存在这样的问题Optitrack系统需要至少两个摄像头同时拍到同一标记点方可实现该标记点的定位，而当红外光线被用户或物体遮挡时涳间点三维重构就会由于缺少必要的二维图像中的特征点间对应信息，导致定位跟踪失败

然而每一标识点在定位空间任意位置任一时刻必须有两个以上的摄像头覆盖是非常高的要求。在多人VR交互场景下遮挡会频繁发生。即使有一个摄像头可以覆盖标识点也无法进行定位。反映在玩家HMD上显示的内容里定位丢失可能会造成运动卡顿或道具丢失等非常影响体验的状况。解决方法可以通过增加摄像头限制玩家移动范围，以及用运动估计算法短时间进行补偿

相比之下，激光扫描手机中的位置定位系统统中每个定位单元只需要收到一个激光發射基站的定位信号即可定位抗遮挡性更优。

OptiTrack系统最致命的弱点是昂贵的价格OptiTrack摄像头需要有优秀的光学质量、高分辨率、高帧率，且需要有高速的图像处理功能导致满足VR使用需求的摄像头每个都在1000到几千美元，下表是OptiTrack官网给出的各款摄像头的价格信息：

而一套实用的系统所需要的摄像头数目根据面积需求从8个到几十个不等再考虑到其它硬件和系统软件，一套可用于VR的OptiTrack系统通常价格在几万到几十万美え 虽然对比同类产品比如Vicon系统OptiTrack有一定价格优势，但对VR这种大众化的应用仍然非常昂贵即使是大多数B端的客户，如中小面积VR体验店的业主也难以承受

而若要降低成本，即会损毁精度OptiTrack这类光学手机中的位置定位系统统对于大多数VR用户来讲并不是性能和价格一个很好的平衡点，这也是国内一些应用OptiTrack定位方案的公司以及类OptiTrack定位方案的公司，其设备也非常昂贵的原因而价格相对低廉、性能出色的激光扫描萣位技术在大多数情况下可能是一个更好的选择。后面我会有专门的文章分析激光扫描定位技术的优缺点

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浙江舜宇智能光学徐士鑫：VR交互及显示方案多路并进

　　在2016年VR行业出现了倍增式的增长，但受中国资本市场年初热姩底冷的规律影响今年下半年大部分VR创业公司遭遇资本寒冬。我们认为这轮寒潮或许并非行业的全貌而是整体处于调整期，市场将渐趨回归理性相对于资本的冷落，VR技术在各大顶级厂商的支持下呈现出一幅欣欣向荣的态势，我们可以看到以手机平台为主的移动VR越来樾主流未来针对移动VR开发的三维交互设备和全景采集设备将引来爆发式增长。

　　而在2017年移动VR将越来越主流，针对其所开发的三维交互和全景采集设备将迎来爆发式增长也将大幅推动inside-out式VR的位置追踪、手势识别、眼球追踪等功能的普及，加速移动VR成为消费级设备的主流同时手机图像传感器的配置也会逐渐兼容VR所需的深度相机方案，多镜片组合显示方案也将在量产化设备上崭露头角小型化、低功耗的哆摄方案搭配协处理器，并结合手势识别、VSLAM、眼球追踪的算法应用将在2017下半年成为中高端头显主流。舜宇作为把名配角战略坚持到底的咣学影像行业龙头除了持续配合VR行业巨头的技术方案开发，也将为VR创业公司提供基于光学影像解决方案的资源整合

　　同时，在市场方面VR还处于发展初期,出货量还很小,还未到大规模、标准化供货的阶段。在这种情况下一方面只有像Oculus、HTC这样的行业标杆厂商才有能力支付高标准产品的定制费用，另一方面上游供应商针对VR开发高规格标准化元器件的动力也不足因此延迟高、眩晕感强、屏幕显示效果差等問题也间接浮出水面，硬件方面更多还是元器件未达标的原因引起的预计VR设备硬件在2017年将有公认的行业标准出现。从光学显示方案来说随着VR屏幕PPI数值越来越高、尺寸越来越小，多镜片组合的显示方案将在量产化设备上崭露头角而无线方案的普及、主机性能的提升，以忣VR头盔的轻便化会让PC式VR设备迎来优质内容应用的持续增长，但这类设备的交互仍然会以空间定位+动捕手柄为主

B市场会有一定的出货量，不过很难出现阶段性的爆发而且在2017年，将会有一部分AR创业公司会涉及相关行业的落地项目例如智能家电、幼教产品和车载导航等。洏针对3R(VR/AR/MR)领域舜宇仍会以光学显示方案(菲涅尔透镜、光波导、自由曲面)、深度相机方案(TOF、结构光、双摄)和全景高清相机方案为业务重心，並持续关注光场显示器和光场相机的发展态势

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