特稿 | 实现大空间VR定位无线化,ZVR宣布背包电脑时代「已经终结」

11月9日,ZVR CEO郭伟在自己的微信朋友圈发出了这样一行字:「HTC+TPCAST+ZVR」,图片中展示的正是ZVR打造的「矩阵」大空间无线多人商用模块化方案。

平时在朋友圈发话不多的他,这次一口气打出近百字:「(我们)让VIVE可以运行在数百平米的大空间下,不再需要Lighthouse,而且完美支持Steam平台的全部内容,开发者无需采购昂贵的定位设备即可立即在熟悉的环境下进行工作,无需再针对大空间定位系统进行任何适配。」

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所谓VR大空间多人定位方案,指的是通过光学摄像头或其他技术,同时捕捉多个用户在一个空间中的位置,从而实现各种多人VR交互体验:比如多人VR版《CS》,甚至《魔兽世界》。但从消费者角度来说,它存在一个致命的问题——用户背上往往要背上重达数斤重的背包电脑,以便不会被VR头显上那根「辫子」所牵绊。

「说实话,现在的大空间方案还不够优雅」——从开始做大空间追踪方案的第一天起,郭伟就觉得背着背包电脑体验VR,显得异常笨重。

另外,电脑在运行时的发热情况往往也会让使用者没玩几分钟就汗流浃背,这严重影响了体验的感受和时长。「怎样能优化这样不优雅的体验方式?」这成了让他经常性头疼的问题。

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两个月前,郭伟在一次展会上偶遇了TPCAST的联合创始人姜英才——后者是以给HTC Vive VR头显做无线解决方案而闻名的创业公司。既然是熟人见面,又在一个圈里,总少不了唠上两句:

「VR用在线下设备一定要可运维才行,大空间追踪方案用个电脑背包真心不是很‘优雅’」他抱怨。

对方哈哈一笑:「我觉得无线就很优雅,要不合作看看?」

就这样,一根烟的时间,简单两句对话,郭伟随即敲定了研究「矩阵」大空间无线多人商用模块化方案的计划。

但是说起来容易,这个看似拍脑门决定的计划,实现起来却并没有想象中那么轻松。

1、20平变100平,Vive大空间无线化困难重重

虽然从大的框架来看,要做的只有两步:首先把VR头显装上TPCAST的无线套件,然后再和ZVR之前现成的大空间定位方案适配即可。然而,个中复杂程度,还是超过了一般人的想象。

郭伟明白,TPCAST套件目前深度适配的是HTC Vive头显,而Vive严重依赖它自带的Lighthouse激光定位系统。无线套件的好处是可以让用户不使用背包即可自由行走,但目前Lighthouse最大4x4米的定位区域,却限制住了人们行走的范围——这直接影响到无线套件存在的意义。

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因此,最大的问题在于,如何绕过Vive默认的Lighthouse基站,让它以纯粹无线的方式工作在ZVR的悟空红外光学捕捉系统下?

「重写一个完整支持Vive的驱动(Drive)!」久经沙场的郭伟几乎没有过多的思考就随即做出了这个决定。

但说起容易做起难,重写驱动就意味着要从底层将HTC所有的惯性捕捉、激光定位部分完全用自主光惯(光学+惯性)混合算法替换掉,而这必然会触碰Vive并不公开的底层传感器数据,不确定因素大,兼容性、测试和改写程序也意味着将耗费巨大的精力。

咬咬牙,干!一天、两天、三天…如何在跳过Lighthouse的同时,获取头盔的原始数据来点亮HTC Vive头显,郭伟和他的团队也在这上面研究了很久。

就这样一天一天地反复测试、重写......测试、重写......。一个多月的时间,ZVR终于把原本只能适配在Lighthouse 12平米追踪方案的Vive头显,运行到了自家可支持数百平方米的光学追踪系统上,并且完全支持了TPCAST无线套件。

「背包时代即将结束!」随着研发告一段落,郭伟兴奋地在朋友圈发了文章开头的那段话,顺便还给背包电脑判了个「死刑」。

2、无线大空间方案的优与劣

现在,「矩阵」大空间无线多人模块化方案已初见成形。相比传统的大空间追踪,在同样将延时控制在2ms以内的情况下,无线大空间解决方案让使用者不用再背着一台电脑去运行VR程序。另外,由于电脑不再受体积的影响,因此可以采用性能更高、成本更低的台式电脑作为处理单元从而进一步提升体验效果。

当然,凡事总有两面性,无线方案确实让使用者得体验过程更加「优雅」了。但受到无线通讯技术本身的局限,也让大空间增加了一些限制。

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郭伟告诉青亭网,目前的「矩阵」大空间无线多人模块化方案最多只支持4个人同时使用,每套设备的续航在5个小时左右。并且由于受到通讯协议的一些限制,现在TPCAST套件的无线通讯半径也必须控制在距离台式电脑10米之内。

但在郭伟看来,无线大空间方案的「优雅」带来的好处还是远大于其局限性,这是因为即使是基于10米通讯半径的TPCAST也已经可以满足最大300平米的大空间使用需求。其次,「矩阵」大空间无线多人模块化方案也可以和背包式套件搭配使用。这就意味着在8人联机的大空间体验中可以4人用无线追踪,另外4人依然使用之前的背包式电脑 。

目前,「矩阵」大空间无线多人模块化方案通过10到12个红外摄像头,可实现100平米范围的大空间追踪,再加上TPCAST的无线套装,总成本在20万左右。

3、平台打通,适配Oculus Home和Steam VR平台

为什么要去花费大力气来适配TPCAST?这是因为一直以来ZVR专注B端市场,在行业里看多了,郭伟明白无线追踪方案在很多领域会有大用途,是行业刚需。

在郭伟看来,医疗、教育、军事、旅游等B端行业往往对于大空间虚拟现实系统的应用最多。以特警的反恐仿真训练为例,四个人左右的协同作战训练,往往需要数百平米左右的空间,而且由于墙壁、门等障碍物的存在,对追踪的空间提出了更严格的要求。

消费者轻松了,B端满意了,但另一个问题来了:开发者们能否让自己已经开发好的内容,轻松适配这套新系统呢?

郭伟告诉青亭网,这套系统对开发者是「完全透明的」。为了更方便的适配内容,无线追踪方案已经支持了Steam VR和Oculus Home两大主流平台。由于「矩阵」方案从底层遵守Steam VR的开发规范,所以开发者在制作内容的时候只要简单调用Vive SDK就可以直接让内容适用于ZVR大空间定位方案。

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除此之外,和其他大空间追踪方案不同,ZVR临境空间的应用程序安装后会隐藏在Windows系统的后端,并自动适配不同内容,也省去了手动内容适配的麻烦。

平台的打通,让ZVR相比其他家有着更多的适配上的优势。然而,青亭网在对Lighthouse定位基站芯片开发商Triad的相关负责人进行采访时得知,在TS4231芯片去掉了清零的过程后,Lighehouse将可以准确知道接收到的信号是来自哪个基站。刷新率方面,TS3633也从60Hz提高到了100Hz,这使得TS4231摆脱了时间戳的限制,可以串联8个或更多基站,从而扩大使用空间,覆盖一百平米以上,并同时对最多16个人进行追踪。

对于这样的消息,郭伟觉得这会对矩阵方案造成一定影响,但新的Lighthouse技术需要2018年才可能面世,并且需要更换下一代的头显;而矩阵无需更换现有头显即可工作在更大、且不受形状限制的空间下工作,除去立即可交付的优势外,还可以同时进行更细致的肢体捕捉。「这些优势足够B端用户去权衡考虑。」

4、持续降低成本

硬币的另一面,成本过高一直是光学系统所面临的重要问题。国内,另有其他如OptiTrack、瑞立视等同样采用红外光学原理去实现大空间定位方案的厂商同样面临价格门槛。

郭伟告诉青亭网,目前降低大空间追踪方案的方法有模组化、通过规模经济降低主要芯片采购价格、通过主动光、光学惯性混合等技术改进提高相机利用率、降低传感器帧数这三个方面,这将直接决定哪家的方案性价比更具优势。

「我们已经把成本降到了同类友商的一半,未来我们还会将光学系统成本降低到1/5,甚至是1/10。让光学动捕系统进入准消费级,这就是一直以来ZVR的使命」。

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然而,无论是ZVR、OptiTrack的光学动捕、还是HTC Vive的Lighthouse激光定位方案,都需要头盔以外的其他外部传感器做支持,也就是所谓的outside-in(由外向内)方案。但新的趋势已经在暗潮涌动,以微软、HTC为例的多家VR厂商都已经在VR头显中运用Inside-out(由内向外)方案,通过头盔本身自带的传感器,就实现用户在空间中的行走。

由此一个问题浮出水面:尽管目前还没有达到很精确的追踪标准,但是随着技术的发展,未来的大空间追踪是否也会被Inside-out所取代?

郭伟坦承,Inside-out的追踪范围是无限的——但是基于定位场景的不同,Inside-out更多的是使用在人员密度较高,只需要追踪头盔相对位置的环境之下。而对于大空间追踪而言,outside-in方案则可以被用于使用者的全身、乃至周边物品(例如体感枪、实体障碍物)的追踪,「这两者最终为玩家所提供的体验有着本质的区别」。

目前,相比激光、惯性、UWB等其他的定位方案,光学系统在对复杂环境进行高精度定位问题上有性能优势。「它在精度、可运维性和抗遮挡性上一定优于激光方案」。

郭伟相信,在不久的将来,这种方案将依托于计算机视觉和深度学习技术,无需穿戴任何传感器和标记点就可以进行精准的空间定位和动作捕捉,更易于运维部署、且人机交互更加自然:「正是这样的愿景,促使我们在光学方案和智能相机系统上的不断投入」。

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责任编辑:peter
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