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大朋VR E4如何實現《阿凡達》般零延遲、高精度的“心靈鏈接”？

2022-12-30 10:18:04 來源：壹點網

時隔十三年，重回潘多拉。12月16日，《阿凡達：水之道》在內地同步北美地區上映，目前豆瓣評分8.2，比起初代的8.8分差了不少。原因也很好理解，作為以視覺特效、科幻未來感為主賣點的商業大片，十三年后很難讓觀眾們再像當初一樣發出響徹影院的驚呼。

例如男主本體與潘多拉身體鏈接所應用的“心靈鏈接”方式，彼時稱得上天馬行空，讓人浮想聯翩。可如今隨著VR技術不斷進步，戴上頭顯后的我們同樣可以“鏈接”到虛擬時空。

當然，《阿凡達》中那種零延遲同步、超高精度操控的鏈接方式仍舊是VR的終極目標，但已經有一些勇敢的開拓者距離這個目標越來越近。

比如大朋VR最新推出的E4，就帶來了0.1s高速響應、毫米級追蹤精度、超低延遲以及高穩定性的現實版“心靈鏈接”——Hawkeye Vslam 4cam定位系統。

至關重要的“VR之舵”

在探討大朋E4定位技術之前，需要明確的是另一個問題：定位技術，對于VR來說意味著什么？

如果說VR是一艘航行在虛擬時空的大船，那么定位技術就是它的“舵”。VR設備完全欺騙了眼睛提供了一個擬真世界，如果身體的視覺感知和動運感知不能及時匹配，除了會降低游玩體驗，還引發頭暈等癥狀。

因此，定位技術優秀與否，對VR產品的實際體驗至關重要。

長久以來，VR定位方案主要分為兩種：Outside-in和Inside-out。前者通過將傳感器部署在與頭盔或者人體無直接連接的周邊環境中（即基站），實現大范圍檢測，一般用于支持多人互動應用場景。

而大朋E4則選擇了便攜性更佳、硬件成本更低、空間要求更寬松的Inside-out定位方案，無需架設定位基站，依靠VR頭顯自帶的攝像頭即可完成定位，去朋友家玩《半條命》終于不需要搬基站先累掉“半條命”了。

但舍棄了基站，采用Inside-out方案為玩家“減負”，實現優秀便攜性的同時，想要達成同樣的定位效果，對設備硬件、算法以及定位追蹤方案也提出了更高的要求。為此，大朋VR做出了更多努力。

高精度背后的技術投入

首先是頭顯部分，基于定位精度、速度和成本等因素的考量，大朋VR E4采用了視覺（V）+慣性傳感器（I），構成Vslam實現系統。大朋VR團隊基于Intel Movidius高性能VPU進行開發設計工作，重新設計傳感攝像頭模塊的同時，也帶來了全新的頭戴硬件布局。

大朋E4采用4路超廣角追蹤傳感攝像頭和更高精度的IMU慣導傳感器，不僅在高速演算過程中實現了速度與精度的平衡、在快速移動場景中也可更好地實現快速重定位和閉環檢測。此外大量邊緣計算，分布式計算的應用，也降低了對主機平臺的壓力。

此外，大朋E4的整套Vslam系統在機器視覺定位識別方面也具有無可比擬的優勢，高效的地圖結構，可用于設備間的地圖共享，環境魯棒性好，可克服光線變化的影響。定位系統不受相機參數（增益和曝光）的影響，可建立穩定的空間幾何關系，大大提升建圖和定位的精度。

尤其是快速重定位和環境魯棒性這兩點，對于VR游戲的加持是巨大的。以VR熱門游戲《Bonelab》為例，這款游戲強調物理交互，戰斗中經常需要快速切換視角，在Hawkeye Vslam定位系統加持下，大朋VR E4在游戲過程不會出現“扭頭即掉幀，晃動即失控”的情況，讓游戲的樂趣不會因為設備追蹤問題而受損。

至于環境魯棒性，E4在高效AEC算法加持下，可以適應較為復雜的家庭光線情況，開燈關燈、晴天陰天，都不會讓定位系統受限。

大朋VR團隊在optitrack實驗室環境（模擬用戶真實使用場景）下測試頭盔動態定位精度，以optitrack輸出的6DoF數據為真值，計算頭盔6DoF和optitrack真值之間的位移和角度偏差。最終測試結果達到了位移平均偏差0.0055m、角度平均偏差0.328141°的毫米級高精準度水平。

（optitrack實驗室環境實測效果：黃色軌跡是頭盔6DoF，白色軌跡是optitrack 6DoF）

而大朋E4 Hawkeye Vslam定位系統在降低延遲方面也表現突出，基于高幀率低延時的imu慣性導航加4個廣角魚眼相機實現的高精度定位跟蹤，配合高精度的預測算法，可以實現接近于0ms的跟蹤延時。

（藍色軌跡為頭盔6dof-x軸運動軌跡（vslam算法輸出），綠色軌跡為頭盔真實6dof-x軸運動軌跡；紅色軌跡為頭盔6dof-y軸運動軌跡（vslam算法輸出），紫色軌跡為頭盔真實6dof-y軸運動軌跡）

其次是手柄，大朋VR E4的 6DoF動作控制器，采用了紅外光主動式光學定位追蹤方案，以分布式計算方式與高精度的緊耦合融合算法實現手柄和頭顯的交互，完成手柄的6DoF高精度定位追蹤。

手柄選型上更是采用了工業級IMU傳感器，以及抗電磁干擾設計，讓頭手6DoF交互在一般游戲環境下都能達到0.1s高速響應識別、毫米級動態追蹤誤差、亞毫米級靜態追蹤和漂移誤差的高精準度。

最顯著的成效體現在類似《Beat Saber》這類對手柄定位精度要求較高的VR游戲上。想必不少玩家都體會過手柄揮出，但“光劍”沒動或亂動的情況，讓人煩躁不堪。

有了大朋E4，即使開啟《Beat Saber》hard難度，也依然可以“指哪打哪”，讓玩家真正感受到在虛擬現實世界的動靜自如。

虛擬與現實的碰撞

“I see you.”這是《阿凡達1》當中的經典臺詞，男主在人類狀態下看到女主，虛擬與現實在這一刻碰撞，所帶來的感動難以言表。

大朋 E4優化升級的定位系統不僅帶來了更優質的游戲體驗，也是對VR定位方案、6DoF復雜場景應用的一次革新優化與案例打造，今后也將為大朋VR系列產品乃至同品類其他產品提供經驗借鑒，讓虛擬與現實無距離碰撞的那一天，提早到來。

免責聲明：市場有風險，選擇需謹慎！此文僅供參考，不作買賣依據。

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