日前國(guó)外一名開(kāi)發(fā)者對(duì)HTC Vive的Lighthouse跟蹤技術(shù)進(jìn)行了評(píng)測(cè)，并發(fā)表了博客文章，雷鋒網(wǎng)編譯如下：

讓人又驚又喜的是，Valve最近發(fā)布了大部分SteamVR/OpenVR的Linux版SDK協(xié)議。這是一個(gè)好消息：它意味著用戶可以一下子將Vrui（虛擬現(xiàn)實(shí)用戶界面 ）應(yīng)用接入到HTC Vive頭盔及其跟蹤控制器。

但是在為Vrui輸入設(shè)備開(kāi)發(fā)一個(gè)Lighthouse跟蹤驅(qū)動(dòng)程序插件之前，我決定先弄出一個(gè)小測(cè)試工具來(lái)了解OpenVR的內(nèi)部驅(qū)動(dòng)程序接口，以及Lighthouse的總體跟蹤質(zhì)量。

更新速率和延遲

不足為奇的是，業(yè)內(nèi)充滿關(guān)于Lighthouse更新速率漂浮不定的誤報(bào)。眾所周知的是，激光基站的工作原理是Lighthouse自由漂移的位置跟蹤的基礎(chǔ)?；仡櫼幌拢篖ighthouse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?；镜墓ぷ鳡顟B(tài)是這樣的：20ms為一個(gè)循環(huán)，在循環(huán)開(kāi)始的時(shí)候紅外LED閃光，10ms內(nèi)X軸的旋轉(zhuǎn)激光掃過(guò)整個(gè)空間，Y軸不發(fā)光；下10ms內(nèi)Y軸的旋轉(zhuǎn)激光掃過(guò)整個(gè)空間，X軸不發(fā)光。

具體來(lái)說(shuō)，兩個(gè)激光都能圍繞各自轉(zhuǎn)軸每分鐘旋轉(zhuǎn)3600轉(zhuǎn)，即每秒60轉(zhuǎn)。（目前）只有一個(gè)激光能在任何時(shí)間全面掃射跟蹤卷，所以每一個(gè)基站有兩個(gè)激光器，兩個(gè)基站(A和B)就有四個(gè)激光，相互交錯(cuò)：第一個(gè)基站的垂直激光從左到右掃描，另一個(gè)基站水平激光從底部到頂部上下掃描，均耗時(shí)8.333毫秒。8.333毫秒后，A站激光關(guān)閉，B站垂直激光從左到右掃描；另一個(gè)8.333毫秒后，B站垂直激光從下至上掃描；然后B站關(guān)閉，A站重復(fù)方才B站的操作。為了讓兩個(gè)（或更多）基站同步，并讓跟蹤設(shè)備來(lái)測(cè)量每個(gè)基站的相對(duì)角度，每一個(gè)基站里有一個(gè)紅外LED陣列。

這意味著，任何跟蹤對(duì)象每隔8.333毫秒（或120赫茲的頻率）就會(huì)被激光掃描一次。所以也許可以假設(shè)，Lighthouse的跟蹤更新速率為120赫茲，同時(shí)最糟糕的跟蹤延遲便是8.333毫秒。

但這種假設(shè)并不成立。在一個(gè)緊密的循環(huán)里面，SteamVR的vrserver跟蹤服務(wù)器需要以250赫茲的頻率處理每個(gè)控制器及頭顯的新姿勢(shì)。更深入的說(shuō)，通過(guò)上面的傳感器融合代碼，其更新速率還能夠更高：頭盔處理姿勢(shì)的頻率達(dá)到1006赫茲，控制器則為366赫茲。

需要解釋的是，這些速率數(shù)據(jù)是基于原始傳感器而言的，也就是，內(nèi)置慣性測(cè)量單元來(lái)自跟蹤對(duì)象的線性加速度和角速度，然后可以直接將位置數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X上，省略了從攝像頭到電腦的高數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟襟E。driver_lighthouse.內(nèi)部的傳感器融合代碼將這些原始樣品整合成當(dāng)前姿勢(shì)及設(shè)備定位的最佳猜測(cè)。

這意味著，假設(shè)無(wú)線傳輸和姿勢(shì)計(jì)算增加微不足道的延遲，OpenVR的內(nèi)部接口，頭部跟蹤數(shù)據(jù)最大的延遲大約是1毫秒，而控制器的數(shù)據(jù)跟蹤最大延遲為2.7毫秒。

殘留噪音或跟蹤抖動(dòng)

位置跟蹤系統(tǒng)的另一個(gè)重要細(xì)節(jié)就是殘留噪音，以及抖動(dòng)的量。我對(duì)這兩個(gè)細(xì)節(jié)都進(jìn)行了測(cè)試，我將頭盔和一個(gè)控制器放在一把椅子上，這個(gè)測(cè)試空間內(nèi)有兩個(gè) Lighthouse基站，2.4米高，4米寬。

兩個(gè)基站的殘留噪音具有等向性，大約0.3毫米的范圍。當(dāng)只有一個(gè)基站工作時(shí)，噪聲分布具有高度各向異性，與工作基站有0.3毫米的距離，稍遠(yuǎn)的基站則有2.1毫米的距離?？刂破鞯脑胍舸笮『头植挤浅Ｏ嗨啤＿@種各向異性是可以預(yù)料的，因?yàn)長(zhǎng)ighthouse的姿勢(shì)預(yù)測(cè)可以歸結(jié)為多點(diǎn)透視成像問(wèn)題。

慣性航位推測(cè)法和偏航修正 

其實(shí)已經(jīng)可以從上述的更新速率的描述中推斷出來(lái)，當(dāng)受到激光掃描時(shí)，Lighthouse每次并不僅僅更新一個(gè)跟蹤對(duì)象的位置和姿勢(shì)。想反，目前跟蹤預(yù)測(cè)的先進(jìn)性主要是集成來(lái)自每個(gè)設(shè)備內(nèi)置的慣性測(cè)量單元（IMU）使用航位推測(cè)法 得出的線性加速度和角速度的測(cè)量，并以樣本傳輸?shù)絀MU同樣的速率更新。

   

   
   

部分交叉漂移修正

由于其本身的設(shè)計(jì)是每個(gè)基站使用兩個(gè)激光器，用以上下左右全方面掃描，而Lighthouse添加了一個(gè)額外的利好因素用于偏航修正。 與Oculus的Constellation等基于攝像頭成像的跟蹤系統(tǒng)不同，Lighthouse在從左到右的掃描中測(cè)量跟蹤對(duì)象的光敏傳感器X位置，而Y軸位置只會(huì)在上下掃描時(shí)進(jìn)行，互相抵消8.333毫秒。

這有兩個(gè)主要的影響：第一，它增加了傳感器融合算法的復(fù)雜性。傳感器融合代碼必須以獨(dú)立的步驟限制跟蹤方案，而非以單一的攝像頭圖像約束跟蹤對(duì)象的姿勢(shì)預(yù)測(cè)。更重要的是，事實(shí)證明甚至沒(méi)有一個(gè)姿勢(shì)是局部的，因?yàn)楫?dāng)激光掃描整個(gè)空間時(shí)，設(shè)備光敏傳感器是會(huì)在不同時(shí)間被擊中的。

第二個(gè)是，從Lighthouse系統(tǒng)到傳感器融合代碼產(chǎn)生的信息的總量只是攝像頭成像系統(tǒng)在同樣速率下產(chǎn)生的一半。也就是說(shuō)，基于Lighthouse偏航修正技術(shù)的慣性航位跟蹤系統(tǒng)并非想當(dāng)然優(yōu)于60赫茲攝像頭成像跟蹤的一倍。

精密度與準(zhǔn)確度

最后的兩個(gè)調(diào)查的參數(shù)便是精度和準(zhǔn)確度。所謂精度是指——對(duì)于同一個(gè)空間點(diǎn)的多個(gè)后續(xù)測(cè)量值有多接近，而準(zhǔn)確度——對(duì)某個(gè)點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果有多接近實(shí)際的位置。對(duì)于6自由度跟蹤系統(tǒng)來(lái)說(shuō)這是非常重要的兩位參數(shù)。

為了測(cè)量這兩個(gè)值，我將一把36英寸長(zhǎng)的尺子放在房子正中央，用來(lái)測(cè)量每一英寸的3維坐標(biāo)位置。我將一個(gè)探針針尖綁在控制器上，局部坐標(biāo)系里的探針位置可以重復(fù)測(cè)量，然后我將系統(tǒng)的坐標(biāo)值與標(biāo)準(zhǔn)的坐標(biāo)值作比較。兩個(gè)點(diǎn)坐落的RMS距離為1.9毫米。這就是Lighthouse跟蹤準(zhǔn)確度的預(yù)測(cè)誤差。

測(cè)量點(diǎn)集中存在非線性失真，但總體精度很好，RMS距離更小，為1.5毫米。

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