Inside-out与Outside-in定位实测:原来它才是最强王者

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​​如今距离2016年所谓的“VR元年”竟已经过去4年多时间,这期间,Oculus凭借Quest系列一体机逐渐突破消费级游戏市场,成为行业中的佼佼者。尽管如此,市场依然被Valve、HTC、Oculus、WMR、PS VR等多个VR平台占据,每种产品有自己独特的技术和形态,适用的场景也有所不同。微信图片_20201217172252

那么对于用户来讲,如何根据自己的需求去选择VR头显?更重要的是,选择Inside-out定位方式的VR头显还是基站式Outside-in头显?选择更便携的VR一体机还是追踪范围更大的SteamVR头显?

为了解答上述问题,致力于VR科研的德国费尔巴赫VDC(虚拟维度中心)对市面上5款主流VR头显进行了测试。与此前的头显FOV测试实验不同,这一次VDC将研究重点放在头显系统定位的准确性,以及实际追踪范围上。

(一)VR定位范围对比实验

在实验中,VDC利用机械臂来围绕头显移动VR手柄,以这种方式分别测量了市面上Quest、Rift S、Vive Pro、Vive Cosmos和三星Odyssey头显的追踪范围,以度数为单位。结果发现,SteamVR追踪范围最大,可追踪到VR头显周围360°完整范围,而WMR追踪范围最小,通常不足180°。

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实际上,不同的VR头显采用不同的追踪定位方案,追踪范围也有差异。Vive Pro采用至少两个SteamVR基站来定位整个房间,追踪范围比Inside-out更广。

而Quest、WMR等产品则利用头显上的摄像头Inside-out方案来追踪周围的空间,无法追踪使用者的身后,手柄超出范围后容易无法识别,而且摄像头数量不同也会影响追踪范围。具体来讲,Quest配备4颗内向外追踪摄像头、Rift S配备5颗内向外追踪摄像头、Vive Cosmos配备6颗内向外追踪摄像头,三星Odyssey则基于WMR头显方案的2颗摄像头进行追踪定位。

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细节方面,科研人员利用固定了VR手柄的机械臂,分别在两个水平面和一个垂直平面(Lv3)上围绕VR头显移动。两个水平面分别标记为Lv2和Lv1,位于头显上方40厘米处和头显下方30厘米处。机械臂控制VR手柄在Lv1和Lv2分别转圈移动,半径分别为55厘米和75厘米。手柄在不同速度下转一圈后,VR系统识别到的部分则算作追踪范围。也就是说如果机械臂转一圈,VR手柄可持续被追踪定位,则追踪范围为360°。

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除了移动平面不同外,科研人员还为机械臂设定了三种移动速度、Lv1和Lv2的机械臂以10毫米/秒、50毫米/秒、100毫米/秒三种速度移动,而Lv3则以100毫米/°、500毫米/°、10000毫米/°三个速度移动。

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左:机械臂在Lv1平面以10毫米/秒移动时追踪范围对比;右:机械臂在Lv2平面以10毫米/秒移动时追踪范围对比

当机械臂在Lv1和Lv2速度为10毫米/秒移动,Lv3速度为100毫米/度移动时,发现Vive Pro的SteamVR方案追踪范围最大,每个平面都能360°定位手柄。其次是Rift S的Inside-out方案,追踪范围在303°到330°之间。Vive Cosmos的Inside-out方案在Lv1和Lv2的追踪范围与Rift S相近,不过Lv3垂直平面的追踪范围仅为203°,这可能与头显上定位摄像头的布局有关系。

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机械臂在Lv3平面以10毫米/秒移动时追踪范围对比

除此之外,手柄移动速度在三个平面上都对追踪范围有所影响。当手柄以三个实验中最快速移动时,Quest和Rift S在部分平面可追踪到360°范围。三星Odyssey也是如此,最大可追踪到357°范围。

相比之下,同样采用Inside-out方案的Quest的追踪范围比Rift S和Vive Cosmos要少仅100°,这应该是因为Quest摄像头更少,仅为四个。比Quest追踪范围更小的,是三星Odyssey,仅为108°到166°之间。

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总之,实验结果显示SteamVR定位的追踪范围最大,只需要两个基站即可追踪到VR头显周围360°的范围。两个置于空中的基站可向整个房间发射肉眼不可见的光,Vive手柄接收到光线信号后即可定位。

而Inside-out基于VR头显上的摄像头,目前这些摄像头并不能覆盖头显周围360°范围,如果手柄离开摄像头视场角,追踪信号会丢失。就拿Quest来讲,当你开启自动手势识别切换功能时,如果将Oculus手柄置于后脑勺,就会失去对手柄的追踪,而开启手势识别。

另一方面,WMR头显通常仅配备两颗摄像头,实际追踪角度竟无法达到180°。也就是说,当你佩戴三星Odyssey时,向左右两个方向平举手柄,可能会直接丢失手柄信号。

那么追踪范围小就一定不好吗?一般来讲,VR手柄追踪范围越大,体验感越好。不过并不是每个场景都需要360°定位,如果只是在VR中看电影,或是玩一些动作不大的游戏,Quest的追踪范围足够。如果是在培训模拟和3D设计场景,对手柄定位范围的要求会更高。

(二)VR定位精准性实验

除了VR系统定位范围实验外,VDC此前还对SteamVR、Vive Cosmos、WMR、Quest、Rift S、ARTTRACK光学动捕控制器六种方案进行测试,对比定位的准确性。

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在这一实验中,SteamVR再次吊打Inside-out定位方式,误差在0.084到0.205毫米之间。除此之外,Rift S、Quest和WMR的标准误差相近,分别为0.449毫米、0.467毫米、0.393毫米。

不过,Vive Cosmos手柄的最大误差竟达3.209毫米,标准误差和平均误差也分别为2.041毫米和2.495毫米,是其他5种方案的5倍以上。

VDC_Fellbach_misst_Genauigkeit_von_Trackingsystemen_Versuchsaufbau

科研人员将VR手柄固定在机械臂上,并使机械臂在距离50厘米的两点之间反复移动50次。同时,将固定的位置与VR中追踪的位置匹配,来对比误差。

结果发现,在靠近VR头显的位置,SteamVR定位最准确。在远离VR头显的位置,采用Inside-out的Rift S追踪误差增加幅度较大,范围在0.661毫米至1.245毫米之间。同时,Rift S的准确性偶尔不如Quest,分析原因可能手柄仅在水平线上移动,Rift S的第五颗摄像头并不会带来额外的追踪效果。

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同时,Vive Cosmos的Inside-Out定位模式误差偶尔超过5毫米,运行不同的VR软件可能也会有不同结果。

相比之下,ARTTRACK是6种方案中最精准的,误差范围在0.007毫米到0.011毫米之间。不过ARTTRACK的精准定位系统主要应用于专业场景,并不面向普通用户发售。

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VDC表示:ARTTrack和SteamVR的误差可控制在次毫米级,适合用在3D建模、医疗模拟等需要高精准度的场景。

总之,实际测量结果显示Inside-out比Outside-out准确性还是要差一些,而追踪范围差距更大。不过这是为了提升移动性而做出的牺牲,Inside-out定位无需基站使用起来更方便,适用于家庭娱乐场景,而在B端培训等场景中,SteamVR定位可提供更精准、范围更大的追踪效果。因此,可以根据实际应用场景和需求来进行选择。参考:Mixed.de

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