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说得出三大VR头显的名称,也得知道VR输入设备该是什么样

SuperWhere · 2016-02-29
趁着PSVR新专利,理了一下现有的VR输入设备~

近日,USPTO(美国专利商标局)的文件泄露了Sony的一项手套式控制器专利,根据该项专利,使用PSVR的用户可以不用手握一对控制器,而是带上手套,通过自然的手势操作,就能完成虚拟现实的交互。

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而这三项专利分别是1)手指弯曲传感器,用以识别手指的弯曲部分,并生成弯曲传感数据;2)独立的接触传感器,在使用者接触物件时生成数据;3)通讯模块,用以传输手指弯曲传感器和接触传感器的数据,经算法计算出手势,同步呈现在头显设备的虚拟环境中。

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据文件,目前在这个系统中能够识别的手势暂时有枪、花、剑;

gloveinterfaceobject-drrjj_meitu_1.jpg以及打电话、拍照和暂停。

gloveinterfaceobject-zcqvt.png事实上,这项专利早在2014年10月17日就被Sony提交申请了,这个时间也是在发布Project Morpheus项目之后的几个月。很明显,Sony在PSVR的发展上早有谋划,而这套系统或将成为其在VR输入设备上的潜在方案。

不过目前,PSVR的输入设备仍是PS Move,这款手柄内置惯性传感器,不仅会辨识的动作,还会感应手腕的角度变化,其使用RGB LED发光源的灯泡作为主动马克点,通过与头显的PS Eye(摄像头)进行信息收发,从而确定其在三维空间中的位置。

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Oculus Touch、HTC Vive (Controller)、Gear VR Rink

在此也比较一下Oculus、HTC Vive和Gear VR的手柄设备,它们的技术框架也与VR设备的技术原理相匹配。

Oculus Touch

Oculus Touch采用了类似手环的设计,允许摄像机对用户的手部进行追踪,传感器也可以追踪手指运动,同时还为用户带来便利的抓握方式,用户展开手掌时,借助手环的支撑,手柄仍然可以保持原位。

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关于Touch的技术,据雷锋网,自Christoph Bregler离开Oculus后,意味着Oculus对姿态跟踪的技术思路可能是Marker-based Mocap,并可能大量用“不依赖光学传感”传感器及信息融合。而在擅长Sensor fusion、magnetic drift correction和kinematic modeling 的 Steve laValle 主导下,Touch的基本技术框架是“多模式传感融合+手势识别”。

经算法优化,Touch也主要应用了 “星座” 位置追踪系统,同样是用于Oculus头显设备的技术,其机制是LED间歇地发射红外线,而安置在房间角落的相机站可以感觉到头显IR灯光细节的改变,通过红外定位来计算位置和转动,另外,Touch还应用有EKF多传感器融合、 IMU 解算。

HTC Vive 的手柄

看起来HTC Vive 的手柄外观还是最常见的样式。

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HTC Vive的手柄布满了传感器,基于自身的追踪系统Lighthouse实现动作捕捉,其原理是利用激光在固定空间进行高频扫描,然后通过头盔及双手柄上的传感器进行多点定位,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3D空间中。

据悉,Lighthouse是一个基于15×15英尺的空间追踪系统,空间的对角会安置两个激光发射器(基站),并不断发射光线扫描整个空间,Vive头盔和手柄上有超过70个光敏传感器,激光扫过的同时,头盔和手柄开始像秒表一样计数,看哪一个传感器先接收到激光,然后利用传感器位置和接收激光时间的关系,计算相对于激光发射器的准确位置。

这种方式相对其他VR设备来说技术原理更简单,运算效率高,延迟低,而HTC Vive体验效果也相对更好。不过,用户的手指运动不能通过Lighthouse来捕捉,因此HTC Vive还是要通过手柄按键等来实现手指操作。

Gear VR Rink

三星为Gear VR也研发过一款无线手柄控制器Rink,出自三星创意实验室C-Lab R&D。

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至于Rink的技术原理,其设备上集成了各种传感器,通过使用数据编码磁场来跟踪控制器的移动,经蓝牙连接后,位于头戴式设备上方的Rink发射器发送磁信号到手机接收器,Rink的位置信息也由此发送出,能否接收到信息取决于物体距离控制器多远,控制器的感应范围大约1米约和伸展双臂的长度。

同时,Rink不仅可以检测出手(整体)的运动,还能通过嵌入到装置侧面的红外传感器,具体识别出手指的位置,红外灯发出光波并被弹回,由此控制器让应用程序知道有手指的动作。

手柄之外,其它的VR输入设备

目前VR的输入设备尚没有同一标准,除三大厂商外,还有不同的公司在尝试创造新的方案,不过可知的是,未来的输入设备必然会朝着最自然的方式演化,比如手势输入(“裸手输入”)。

手套式(穿戴型)VR输入设备

比较知名的是Manus这款无线VR手套,源于荷兰初创公司 Manus Machina,它通过传感器把手套的动作映射到VR中。不过,Manus能够做到的是追踪手部的动作,而关于整只手臂、整个人在空间中的移动和方向变化,还是要和现有的VR设备及控制器配套使用,在早期,Manus的无线蓝牙传输功能对应的是三星Gear VR,也曾被改造运用到HTC Vive。

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再来还有Power Claw,相比Manus,Power Claw是有线传输,并能给用户带来冷热、震动和粗糙感等皮肤触觉。据悉,在该手套的拇指、食指及中指有三个传动器,可以通过电子电路将不同感觉的信号传回电脑,除了应用于VR,Power Claw 也希望被用于有关教育、医学等更具意义的场景中。

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Gest 还算不上VR输入设备,它是一款动作追踪手套,由戴在手掌上的主体和四指上的手环组成,Gest的CEO和联合创始人Mike Pfister将其描述为鼠标和键盘的替代品,目前主要用于PS的各种操作,不过,这家名为Apotact的实验室也表示,Gest未来将加入虚拟现实功能,也许凌空动动手指就能开启一扇密码门锁。

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基于动作感测VR输入设备

最典型便是Kinect,现采用TOF(光线飞行时间法)技术,通过深度摄像头对用户进行即时动态捕捉,即传感器发出的近红外光反射时间来计算被拍摄景物的距离,绘制出物体的三维轮廓。而凭借 Kinect 奠定运动感知系统专家的地位,微软在去年还展示展示出了实时手势跟踪系统 Handpose ,该系统可在仅利用一个深度摄像头的情况下对复杂手势进行精确重构。

由此也得提到Leap Motion,这款达到亚毫米精度的手势动作捕捉设备,通过红外LED+灰阶摄像头采集数据,其利用双目IR摄像头形成深度视野,然后通过算法捕捉手势。Leap Motion还曾推出一款基座,能够与Oculus Rift等VR设备连接,引入手势操作实现虚拟和现实交互。

另外还有英特尔的RealSense ,其摄像技术是集成了 3D 深度和 2D 镜头模块的 RealSense 3D 摄像头,采用“主动立体成像原理”,模仿人眼“视差原理”,通过打出一束红外光,以左红外传感器和右红外传感器追踪这束光的位置,然后用三角定位原理来计算出3D图像中的“深度”信息。它能实现高度精确的手势识别、面部特征识别,将帮助机器理解人的动作和情感。

基于动作捕捉VR输入设备

基于动作捕捉的系统,需要在运动物体的关键部位佩戴跟踪器,由Motion capture系统捕捉跟踪器位置,再经过计算机处理后得到三维空间坐标的数据。而动作捕捉包括很多种类,比如机械式、光学式、声学式、电磁式和惯性导航式。

比较常见的惯性导航式和光学式动作捕捉,前者需要在运动物体的关键部位设置如集成加速度计,陀螺仪和磁力计等惯性传感器设备,而后者则需要在身体的关键部位贴上特殊标志,比如发光点,通过对特定光点的监视和跟踪来完成运动捕捉的任务。

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基于惯性动作捕捉的系统提供商,国内知名的如诺亦腾日前获得奥飞动漫等超2000万美元B轮融资,其自主研发的动作捕捉系统 Perception Neuron曾助《权力的游戏》斩获最佳视觉效果的奖项,同时它也研发了全球首款全无线人体动作捕捉系统Perception Legacy,用于影视、动画和游戏等。在VR输入设备尚不成熟之际,诺亦腾想以惯性动捕技术,融合光学动捕方案,来打造符合人类直觉的自然交互方式。

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