VR动作追踪技术概要

动作追踪是将物理运动转化为计算机可利用的数据，这一点对于创造优质的VR体验是至关重要的。如果没有VR动作追踪，你会发现自己在虚拟世界中无法行走、环顾四周以及更多其他的互动。

让用户戴上VR头显并与虚拟环境进行互动，同时不会有任何现实世界的干扰，是创造沉浸式VR体验的关键。

在现实世界中，我们可以活动双手、扭动身体、移动头部，因此想要做到以假乱真的程度，虚拟世界必须也能实现这些动作的模拟。这篇文章会介绍动作追踪技术的基本内容及其分类：

动作追踪会捕捉哪些内容？

首先，能够了解物体是如何在三维空间内进行运动非常重要。六自由度动作（6DoF）就做出了很好的解释，指出了物体是如何自由地在前后、左右、上下这三个维度上进行移动的。因此，动作追踪系统一般都能测量各个角度的运动。

动作追踪技术

当前实现的追踪动作的技术，大致可分为光学和非光学追踪。光学追踪利用图像传感器来捕捉对象的动作。而非光学追踪则是依靠大量安装在硬件或身体上的传感器进行动作追踪。除此之外，还有利用声波或磁场的追踪技术。

实际上绝大多数的追踪系统都结合了光学和非光学的技术以提高其测量的准确性，同时随着这些传感器的不断的升级，追踪系统将不断地朝更微型、精确的方向发展。

VR光学动作追踪

光学动作追踪通常是使用摄像机捕捉个体的动作姿势，被捕捉动作的个体需要穿上标记身体重要关节的装备，另外这些传感器也可以配置在手持式控制器或VR头显中。

如果你看过《指环王：双塔奇兵》或者是《猩球崛起》这类电影的话，应该对这样动作追踪并不陌生。演员们穿着装备反光标记的服装，摄像机实时地追踪和记录他的动作。

当反光标记中的追踪传感器开启时，摄像机就能够通过捕捉标记下的动作并将其映射到3D环境中。

这些反光标记也被称为“被动标记”，因为它们是对光的反射，对应的也有“主动标记”的追踪方式，它是一种利用计算机控制LED的方法为用户提供更加精确的动作追踪。

由于这些LED需要通电使用，因此主动标记并没有被广泛地应用于VR设备中。目前，大多数的头戴式显示器还是采用被动标记的追踪方法。

如果要说最受欢迎的动作捕捉设备，可能当属微软推出的Kinect产品。这个设备具有惊人的动作追踪能力，完全不需要使用主动或被动标记，摄像头就可以负责捕捉并识别用户的肢体动作，其最新推出的版本能够同时跟进六个对象的实时动态，这样玩家就可以在游戏中与其他盟友进行有趣的互动了。

另外专业的Steam VR团队开发的灯塔（Lighthouse）追踪系统，是基于激光的追踪设备，可以识别配置在Steam VR控制器和头戴式显示器中的被动标记信息。它将VR体验者投射到虚拟房间中并为其提供必要的安全措施，以免用户在虚拟场景中移动的时候受到伤害。

VR非光学动作追踪

你可能还没意识到，目前所有的VR设备几乎都应用了微型机电传感器，磁力仪、加速仪及陀螺仪这些非光学的传感设备。

它们的构造都十分微小，目的是用来测量和追踪特定的动作。比如，加速仪可以测量XYZ轴三个维度的运动，陀螺仪则是测量360°的旋转运动，磁力仪可以测量磁场的方向并判断出磁北的方向。得益于汽车、航空以及电脑硬件产业的技术飞跃，这些传感器都非常便宜、微型且精确。

加速仪、陀螺仪和磁力仪这三种微型传感器结合，能够为我们提供十分精准的动作追踪数据，并且几乎没有延迟的现象。当非光学追踪与光学追踪相结合时，无论是主动或被动标记还是红外摄像机，非光学追踪设备都能为整体追踪方案提供强大全面的捕捉信息。

而单独使用时，这些传感器更能发挥其功能。如今人们经常使用的VR手机应用和VR头显设备便是最有力的证明。比如说Virtuix的全方位跑步机就是机械运动追踪器的一个案例，它不仅可以允许用户在虚拟场景中进行全方位的行走，还能够追踪与测量肢体动作，尽管看起来有点笨拙。

未来的方向是什么？

可疑预见的是，光学与非光学追踪技术都会对VR的发展影响深远。并且非光学和光学追踪方法也必定会在很长时间内被利用于动作追踪平台。但VR技术的最终目标必然是让用户完全沉浸于虚拟场景中，无需移动四肢和头部就能进行动作追踪。

未来，随着传感器的不断升级，电子产品的尺寸也会越来越小，更不用说纳米技术领域的进步了，因此让用户体验到电影《黑客帝国》中Matrix级别的沉浸感可能并不是天方夜谭。

因此，果你希望充分发展当今的虚拟现实系统，就很有必要学会如何利用运动捕捉技术。

参考自：Yariv Levski

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