多人大场景下，VR体验的空间定位是福还是祸？

      作为一种有望革新人们生活方式的一种新兴技术,VR已经成功在投资圈、创业圈、商业圈、消费市场等多个场景刮起了一阵阵风暴。当越来越多的VR体验馆涌现在城市的商业中心和购物广场；当蕴含着各种奇思妙想的交互设备带来新鲜体验博人眼球；当整个VR创业的热度持续提升，越来越多的人开始走进VR创业这个领域。

      在此前，VR日报曾报道了大量关于消费级VR市场的项目，以技术为导向来探讨消费级体验的报道特别之少，因此，今天将带来这篇由沉浸室内定位多年的国防科大博士所分享的技术帖，给大家科普科普消费级VR体验背后的技术探索。

精准空间定位是VR产业发展大坑 VR消费级市场为什么现在火？

      从VR的概念刚刚出现到如今VR开始走进消费级市场，为什么整个行业并非发展得一帆风顺呢？技术无疑是阻碍着这个产业发展的关键因素。在诸多需要攻破的技术难点中， VR空间精确定位是便是一项大难题，甚至这一难题的解决方案目前也还不够完善。

      大家知道，VR空间定位的痛点是精度和时延问题，如何让延迟的时间尽量不影响到玩家的流畅性体验，如何精准地将玩家在现实生活中的位置获取，又快速地反馈到VR内容之中，这个是VR能否走进消费级市场的关键。能解决这个问题，是VR创业者的福气，解决不了，或许便是祸。

      所幸的是，在过去的一年时间内， HTC Vive凭借着其相对成熟的技术解决方案，成功让VR以一个更好的姿态走进了消费级市场，其精度和时延都在可接受范围内，尤其在单人小场景应用中，HTC Vive是非常成熟的方案，所谓的视觉SLAM、超宽带、惯导等定位技术是无法超越它的。

      但是，VR的消费级市场只有单人VR吗？当然不是！经过过去一年的发展，很多人便会发现，多人联机的游戏比单人独打更受欢迎，社交元素、竞技元素将是消费级VR市场扩大规模的关键。

      因此，你会发现，单人VR的使用空间小，且缺少互动。如果说未来多人VR与传统的业态和生活方式结合在一起之后，他所代表的新聚会交友和线下娱乐方式，能够彻底颠覆现在的KTV、密室逃脱、杀人游戏、约会、相亲、产品发布、儿童培训教育等活动，那么在大场景VR应用里，尤其在多人应用场景（多人动作、解迷、探险类场景）中，HTC VIVE的单人解决方案再完善，显然因为不太适合这个地方。

      在多人场景下的VR体验是市场需要，市场发展又必须要解决这个多人场景的定位问题的情况下，我们应该采用何种技术方案解决大场景多人定位问题呢？这个按照格纳微团队分析的思路是这样的。

      首先，分解一下多人VR大场景中定位的需求：

      1）VR定位的关键部位是“头”+“手”，这两个部位定位好了就能获得VR游戏体验最关键的信息。如果能补充“双脚”位置，基本上就能解决所有VR应用的需求；

      2）时延不能超过20ms，否则会造成晕眩感，体验急剧下降；

      3）定位精度越高越好，精度如果在mm级可以获得最为良好的体验，如果多人之间的协同定位精度在10cm以内，也是可以满足需求的；

      4）覆盖50m×50m范围场地，可定位人数满足10人，基本上就能满足所有大场景VR应用。

      对现有多人VR定位技术方案分析如下：

      1）“视觉+动作”捕捉方案，其问题是视觉受遮挡、设备成本高、计算量大；

      2）激光定位技术，依然是遮挡和成本问题，设备布设受影响；

      3）超宽带定位，基站需同步，可以解决部分遮挡问题，但是任何一个位置的确定需要同时收到至少四个基站的信号（TDOA），如果信号覆盖率要求很高，在实际应用中可能需要非常多的基站，并且人体对信号遮挡也不能忽略。经测试人体的转身都会对信号产生极大的遮挡，尤其多人在一起的时候，信号可能断断续续，从而造成定位结果不连续，这对于VR体验来说是不可接受的。

      基于此，作为一个专注室内定位技术多年，主要从事微惯导定位技术研究的团队，格纳微此前研发的微惯导定位产品给他们解决多人场景下的VR定位提供了思路。

      据格纳微XX透露：微惯导定位产品定位精度优于0.3%，相当于走1公里误差不到3米，这种性能指标在业内都备受认可。产品本身就通过北斗/GPS、超宽带基站等技术在消防应急任务现场指控、军警部队训练、AGV机器人定位、重点区域人员管控等领域能够形成高精度“全域”定位结果。那么用这种 “微惯导+超宽带”技术方案，来结合两种定位技术的优点，来解决常规超宽带基站空间定位遮挡、设备布置麻烦以及成本过高问题，或许就是一种组合形态来解决多人VR大场景体验中空间定位难题的解决方案。

      我们首先尝试的是“PDR+超宽带”的方案，这种方案的好处在于惯导和超宽带的硬件设计可以集成到一个小香烟盒大小的设备里面，并且惯导和超宽带数据可以严格同步，用惯性高速位置解算弥补超宽带的定位间隔。但是从实际体验来看定位效果比较差，因为PDR是安装在人体腰部位置，在正常步态下还好，但是当人小碎步、侧移、后退时就会出现精度下降问题，而这些动作在VR应用中是十分常见的。

      另一种方案即“足部惯导（精度极高）+超宽带（腰部）”，这个技术方案基本可以适应VR里面的所有动作和多人空间位置关系，设备布置也基本没有影响，我们调试过的超宽带作用视距可以达到600m+，精度在10cm左右，基本用3个基站（我们不是采用TDOA或TOA，采用的是TOF（Time of Flight）方式）足够覆盖一个多人VR体验馆了，即使有些地方有遮挡也不会造成位置偏移，且基站之间无需同步。整个系统在开始会先进入绝对位置确定阶段，使用者要小范围先走几步自动确定空间绝对位置，后面在行走过程中通过系统级自校准纠正，可长时间保持较高的定位精度。

但是这个方案现在仍然存在几个问题，也是我们不断改进和研究的方向：

      1）目前精度保持在20cm，但是实际上需要更高，我们也正在朝这个方面努力（如果用在AGV机器人上，精度可以保持在10cm以内，基本满足AGV的空间定位需求），这个精度误差由很多方面造成，如超宽带测距的不稳定性、惯性和超宽带位置在空间上不一致性、数据传输的不一致性等等。

      2）脚部是VR体验中相对较弱的位置需求，最强的是头和手，因此，需要根据骨骼模型进行反推，同时需要获取腿、头、腰、手的姿态，这将给使用者穿戴带来麻烦，但是在弱化定位精度要求的前提下，可以仅通过手姿态推演手部位置。

      3）脚部和腰部数据传输不同步，空间位置上不同步造成精度只能保持20cm左右，如果定位出左脚在(x0,y0)，那么腰部在空间上可以是(x0±Δx,y0±Δy)范围内的位置，这个在后台处理上带来麻烦，现在想到的进阶方案是双脚定位，取双脚位置之间作为身体位置，再通过手臂动捕反推手部空间位置。

      在多人大场景VR体验中，各种空间定位技术仍然没有不够成熟，但如何解决遮挡、成本、适用性这几个核心缺陷，这就是多人VR大场景体验中空间定位解决方案的突破方向。在目前VR与消费级市场的距离越来越紧密的情况下，多人VR乃大势所趋，这种趋势能够帮助VR在消费级市场拥有更好的未来，但如果没有妥善成熟的多人空间定位解决方案，这个是祸非福也不好说。在广大市场机遇面前，相信也会有更多的团队加入到这个领域，格纳微也希望能够与更多的创客来交流空间定位方式，来试图给予市场难题合适的解决方案。