无线雷达传感器设计：空间传感器的布置

无线雷达传感器设计：空间传感器的布置为什么要提到这两种数学方法，是因为这两种方法涉及到虚拟现实系统中空间传感器的布置。三角测量法是通过两个角度和一个距离来确定点的位置，当我们知道两个已知点之间的长度和两个角度时，通过形成三角形来确定点的位置。三边测量法和三角测量法三边测量法是通过至少三条边（距离）来确定点的位置，我们已知三个距离，以三个距离为半径画圆，三个圆的交叉点就是点的位置。GPS定位就使用了三边测量的方法来确定地球上任一点的位置。

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要实现在虚拟空间中自由走动，并且可以和虚拟物体自然而准确的互动，跟踪定位技术是其中的关键。

从原理上讲，我们使用的测量工具是可见光、红外线、激光等等光电信号。可以测量信号的强度、方向、时间等等变量。

其中距离和角度是最重要的变量。我们可以依靠简单的数学方法来确定空间中物体的位置。

三边测量法和三角测量法

三边测量法是通过至少三条边（距离）来确定点的位置，我们已知三个距离，以三个距离为半径画圆，三个圆的交叉点就是点的位置。

GPS定位就使用了三边测量的方法来确定地球上任一点的位置。

三角测量法是通过两个角度和一个距离来确定点的位置，当我们知道两个已知点之间的长度和两个角度时，通过形成三角形来确定点的位置。

为什么要提到这两种数学方法，是因为这两种方法涉及到虚拟现实系统中空间传感器的布置。

目前也有两种定位跟踪系统空间布置的类型，由外向内（Outside-in）和由内向外（Inside-out）。

这两种方案都是现在的主流，只是使用场景和未来前景有所不同。

由外向内（Outside-in）

是把传感器固定在空间之中，用来观察确定环境中的物体的位置，所应用的就是三角测量法。

PCVR早期的代表产品HTC VIVE这款设备就是采用Outside-in的定位方式。

空间中的两侧布置两个固定的定位器，该定位器的作用是发射红外激光，两个定位器往空间中发射横竖两种信号把整个空间覆盖，使用者在空间之中，头上戴的头盔中有接收红外的装置。

已知两个定位器的距离和定位器发射到头盔接收器的两个角度，可以得到头盔的位置，也就是使用者的大概位置。

由外向内方法的优点是固定在空间中的传感器形态可以更大、性能可以更好，可以非常精确的定位使用者的位置，让使用者体验在虚拟空间中如真实般的交互体验。尤其是在VR主机游戏和大空间VR培训上使用效果很好。

缺点是限制用户的行动自由，不方便携带，需要不小的特定使用空间。

由内向外（Inside-out）

就是让传感器和使用者放在一起，比如把传感器集成到头盔里面，让电磁信号从头盔内部往外观察环境，完成互动感知。

通过头盔中的摄像头来观察外部环境，再通过光学SLAM算法来计算摄像头的位置，即用户的大概位置。

这种方式更适合VR一体机和AR、MR等便携式设备，消费者对于硬件设备的要求是轻便易携带甚至可穿戴，所以由内向外的方法天然更受到青睐。

各大厂商选择在头盔中植入摄像头，Oculus Quest 2算得上是市面上最优秀的一体机VR设备，它所使用的就是Inside-out内向外追踪定位技术，Oculus Quest 2正面配备了4颗环境摄像头。

我自己以前经常使用的HTC Vive Cosmos配备了6个定位摄像头。值得一提的是，因为摄像头都是在头盔上，如果双手或者手柄的活动范围不在摄像头范围之下，那就会出现手柄定位不好的情况，所以手柄定位方案就不赘述了。

说到最后，我认为Inside-out的空间定位必将成为主流方式，尤其是消费级的产品。而Outside-in定位则向专业级方向继续前进。