Valve的Lighthouse基于一組傳感器，能監(jiān)測(cè)配套基站激光束的跟蹤系統(tǒng)，為HTC Vive提供Room Scale房型虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，通過(guò)VR頭顯和控制器追蹤定位空間。

Lighthouse追蹤技術(shù)

Lighthouse由兩個(gè)基站構(gòu)成，每個(gè)基站里有一個(gè)紅外LED陣列，兩個(gè)轉(zhuǎn)軸互相垂直的旋轉(zhuǎn)的紅外激光發(fā)射器。激光基站的工作原理是基于Lighthouse 的長(zhǎng)期無(wú)漂移（drift-free ）位置追蹤技術(shù)。每個(gè)Lighthouse基站包含兩束激光。一個(gè)是水平的激光（基站的坐標(biāo)系統(tǒng)）從下到上（位于基站前方）橫掃追蹤的數(shù)量；另一束激光是垂直的從左到右橫掃追蹤數(shù)量。兩束激光在各種的軸以3600 rpm速度旋轉(zhuǎn)。兩束激光在同一基站只能有一個(gè)激光扇面可以對(duì)整個(gè)定位空間進(jìn)行掃描。

但是該定位追蹤準(zhǔn)確嗎？Oliver Kreylos，計(jì)算機(jī)科學(xué)博士同時(shí)是加州大學(xué)戴維斯分校的一位VR研究員，有多年虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)可視化研究經(jīng)驗(yàn)，對(duì)Lighthouse追蹤系統(tǒng)進(jìn)行了深度解析。

更多的基站意味著更加準(zhǔn)確的追蹤

基站是Lighthouse追蹤系統(tǒng)的基礎(chǔ)。它使用水平和垂直激光交替掃描檢測(cè)HTC Vive頭顯和SteamVR控制器，同時(shí)頭顯和控制器里面的小型傳感器會(huì)檢測(cè)經(jīng)過(guò)的激光。然后系統(tǒng)巧妙地整合了所有的數(shù)據(jù)用來(lái)確定設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)和3D空間的位置。每個(gè)設(shè)備中裝載的高速IMUs被用來(lái)協(xié)助定位追蹤。

Kreylos試圖測(cè)量系統(tǒng)的“抖動(dòng)”，即完全靜止站立的測(cè)量物體（指頭顯）在測(cè)量時(shí)所產(chǎn)生的誤差。隨著時(shí)間的推移，通過(guò)3D空間的追蹤系統(tǒng)在每個(gè)位置的讀數(shù)，他能夠測(cè)量每個(gè)軸上讀數(shù)的數(shù)量。

Kreylos通過(guò)兩個(gè)基站追蹤Vive頭顯發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的抖動(dòng)誤差約為0.3mm，這意味著對(duì)于追蹤系統(tǒng)而言，頭顯似乎在空間領(lǐng)域中都會(huì)有0.3mm的誤差（盡管在現(xiàn)實(shí)中頭顯是完全靜止的）。

幸運(yùn)的是，這個(gè)亞毫米級(jí)抖動(dòng)誤差很小，以至于當(dāng)我們戴著頭顯的時(shí)候是感受不到的。

有趣的是，Kreylos發(fā)現(xiàn)當(dāng)只一個(gè)基站覆蓋的時(shí)候，抖動(dòng)仍然為0.3mm，而當(dāng)軸指向另一個(gè)基站的時(shí)，誤差會(huì)達(dá)到2.1mm。

這意味著兩個(gè)基站同時(shí)被檢測(cè)到的時(shí)候，Lighthouse可以更加精確地追蹤物體。未來(lái)Vive頭顯可能會(huì)添加傳感器為了在任何時(shí)候看到基站。

精確度和準(zhǔn)確度

Kreylos試圖同時(shí)測(cè)量Lighthouse的精確度和準(zhǔn)確度。他解釋精確度測(cè)量是“在空間中對(duì)同一個(gè)點(diǎn)多次測(cè)量的結(jié)果相似度”，準(zhǔn)確度是指：“在空間中對(duì)一個(gè)點(diǎn)的測(cè)量和真實(shí)的點(diǎn)位置的相似度”。

正如所有好的科學(xué)家，Kreylos首先解釋了測(cè)量的方法：

我把一個(gè)36英寸的尺子放在地板上，位于追蹤空間的中心，然后用我附在其中一個(gè)追蹤控制器的小型探針針尖來(lái)標(biāo)識(shí)出每1英寸的3D位置（位于控制器的本地坐標(biāo)系的探針針尖位置，是對(duì)點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)測(cè)量的關(guān)鍵，這是源于一個(gè)簡(jiǎn)單的校準(zhǔn)程序）。接下來(lái)，我把每個(gè)三維點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果與“理想”的三維點(diǎn)進(jìn)行比較。這個(gè)理想的三維點(diǎn)是通過(guò)非線性點(diǎn)集的對(duì)準(zhǔn)算法在一些任意坐標(biāo)系中生成每一個(gè)點(diǎn)的理論位置。

綠色代表著理想的測(cè)量點(diǎn)，而紫色顯示了Lighthouse追蹤測(cè)量點(diǎn)?！狾liver Kreylos

基于這些測(cè)量，Kreylos預(yù)計(jì)，Lighthouse的精確度為RMS 1.5mm；準(zhǔn)確度為RMS 1.9 mm。

盡管上圖測(cè)量中有一些失真，但Kreylos表示“（Lighthouse）整體的準(zhǔn)確度非常好”，并進(jìn)一步推斷，作為一個(gè)有實(shí)際意義的結(jié)果，因此，附加一個(gè)校準(zhǔn)探針針尖的Lighthouse控制器，有可能作為一個(gè)大面積三維數(shù)字化儀來(lái)使用，預(yù)期精度約為2mm。

漂移校正

Kreylos同時(shí)檢查并解釋：當(dāng)激光掃描每個(gè)軸的時(shí)候，Lighthouse系統(tǒng)校正的控制器的IMU的方式。

通過(guò)讓控制器圍繞著頭部進(jìn)行高速轉(zhuǎn)動(dòng)，并繪制測(cè)量數(shù)據(jù)，Kreylos可以可視化漂移校正。