傳統的光學係統是攝像頭式的，攝像頭跟蹤頭顯上標記的馬克點實現跟蹤，Oculus的Constellation係統就使用了攝像頭+紅外主動馬克點的方式；而HTCVive則使用了一套十分巧妙的技術，稱之為Lighthouse，這套技術由Valve開發，可以說是目前體驗最好的VR光學跟蹤方案。

　

 

Lighthouse由兩個基站構成：每個基站裏有一個紅外LED陣列，兩個轉軸互相垂直的旋轉的紅外激光發射器。轉速為10ms一圈。基站的工作狀態是這樣的：20ms為一個循環
，在循環開始的時候紅外LED閃光，10ms內X軸的旋轉激光掃過整個空間
，Y軸不發光

；下10ms內Y軸的旋轉激光掃過整個空間，X軸不發光。

　　

 

Valve在頭顯和控製器上安裝了很多光敏傳感器。

　　

在基站的LED閃光之後就會同步信號，然後光敏傳感器可以測量出X軸激光和Y軸激光分別到達傳感器的時間。這個時間就正好是X軸和Y軸激光轉到這個特定的
，點亮傳感器的角度的時間，於是傳感器相對於基站的X軸和Y軸角度也就已知了；分布在頭顯和控製器上的光敏傳感器的位置也是已知的

，於是通過各個傳感器的位置差，就可以計算出頭顯的位置和運動軌跡。

　　

 

這個係統有很多優勢。

　　

第一條是其需要的計算能力非常小。

　　

一(yi)個(ge)光(guang)學(xue)係(xi)統(tong)需(xu)要(yao)進(jin)行(xing)成(cheng)像(xiang)，然(ran)後(hou)程(cheng)序(xu)就(jiu)需(xu)要(yao)通(tong)過(guo)圖(tu)像(xiang)處(chu)理(li)的(de)方(fang)法(fa)來(lai)將(jiang)成(cheng)像(xiang)中(zhong)的(de)馬(ma)克(ke)點(dian)分(fen)辨(bian)出(chu)來(lai)。成(cheng)像(xiang)的(de)細(xi)節(jie)越(yue)豐(feng)富(fu)，需(xu)要(yao)的(de)圖(tu)像(xiang)處(chu)理(li)計(ji)算(suan)能(neng)力(li)就(jiu)越(yue)高(gao)。所(suo)以(yi)紅(hong)外(wai)攝(she)像(xiang)頭(tou)比(bi)單(dan)色(se)攝(she)像(xiang)頭(tou)簡(jian)單(dan)，單(dan)色(se)攝(she)像(xiang)頭(tou)比(bi)彩(cai)色(se)攝(she)像(xiang)頭(tou)簡(jian)單(dan)。Lighthouse使用的僅僅是時間參數
，那麼它就不涉及到圖像處理，對於位置的計算在設備本地就可以完成。

　　

 

第二個優點是其延遲也很小。

　　

計算能力需求高就意味著延遲會高：圖形處理的大量數據要從攝像頭傳輸到電腦中，再從電腦傳輸到頭顯上，就會增加延遲。而Lighthouse可以直接將位置數據傳輸到電腦上
，省略了從攝像頭到電腦的高數據傳輸的步驟。

　　

第三，是係統中的追蹤物體的數量理論上沒有上限。

　　

如果是光學攝像頭的話，係統內的跟蹤馬克點數量就有一個上限，再多了無法處理。Lighthouse基站本身不處理任何信息
，所有數據由跟蹤傳感器本地報告，這是一個天然的分布式係統。這套係統可以很方便地支持多人：兩個玩家可以很輕鬆的在一個場地裏同時體驗。

　　

 

所以Lighthouse造就了目前最好的VR體驗。Vive的頭動跟蹤和手柄跟蹤都非常精確，延遲極低，用戶甚至可以做出將手柄拋來拋去的動作。就個人體驗而言，Vive的頭動和手柄跟蹤的精確程度已經讓人真的產生了“這就是現實”的錯覺——你會不自覺的對你在整個環境中所能做到的事情產生更高的期望
，比如大動態的動作，試著去伸手夠到遠方的物體
，等等。

　　

當然Lighthouse係統並不是完美無缺。它的主要問題是兩個：

　　

從理論來講，Lighthouse的精度依賴於係統的時間分辨率。

　　

傳chuan感gan器qi點dian亮liang的de時shi候hou需xu要yao精jing確que的de知zhi道dao激ji光guang當dang時shi的de角jiao度du，那na麼me就jiu需xu要yao很hen精jing確que的de測ce量liang激ji光guang到dao達da的de時shi間jian。光guang敏min傳chuan感gan器qi本ben身shen也ye有you一yi定ding寬kuan度du，如ru果guo傳chuan感gan器qi“擠”在(zai)一(yi)起(qi)，間(jian)距(ju)達(da)到(dao)了(le)傳(chuan)感(gan)器(qi)本(ben)身(shen)的(de)寬(kuan)度(du)量(liang)級(ji)
，那(na)麼(me)測(ce)角(jiao)本(ben)身(shen)就(jiu)會(hui)出(chu)現(xian)誤(wu)差(cha)了(le)。所(suo)以(yi)光(guang)敏(min)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)分(fen)布(bu)之(zhi)間(jian)需(xu)要(yao)一(yi)定(ding)的(de)距(ju)離(li)
，設(she)備(bei)不(bu)能(neng)製(zhi)造(zao)的(de)太(tai)小(xiao)。Valve表示要保持對一個剛體的跟蹤，需要至少5個傳感器形成一個陣列。所以，Vive的手柄前方的傳感器陣列部分體積龐大
，是有原因的。

　　

要滿足跟蹤穩定性和傳感器分布的尺寸要求
，Viveshoubingqianduancaibeishejichengyigetiantianquanxingzhuang。ruguoxiangyaojiangshebeidechicunsuoxiao
，namejiudejiangguangminchuanganqibenshendechicunsuoxiao，tongshijiangdichuanganqizhijiandejuli，zhegeshihoujiuxuyaogenggaodecejiaojingdu，xitongdeshijianfenbianlvyaoqiujiutishengle。

　　

 

另一個問題是Lighthouse係統的可擴展性。

　　

如果在一個空間裏Lighthouseyouxuduojizhandehua，henyoukenengchuxiandeqingkuangshiguangminchuanganqitongyishijianneibeiduodaojiguangsaoguo，jiuhennanfenqingchujiguangshilaizinagejizhan
，weizhijisuannenglijiuhuibianchale。muqiandeLighthouse是使用時分複用：任意時刻隻有一個基站發光。在未來最徹底的解決方案應該是頻分複用——光敏傳感器接受的每一道激光都帶有信息報告自己的基站的id，但是這樣整個係統的設計會變得比現在複雜得多，在那麼短的一道激光中做到這一點，也可能需要更昂貴的設備。Valve表示這套係統是理論上可擴展到無限容量的

，但是他們並沒有披露具體是用怎樣的方法做到這一點。

　　

 

Lighthouse可以說是Valve帶給VR的一個重要貢獻：它是目前所有的低成本室內定位係統中性能最好的。

　　

在公布的當初Valve表示將會開放這套係統，各種需要室內定位的科技產品都可以應用Lighthouse——如果這件事情成真
，毫無疑問對國產VR頭顯廠商是一個非常大的利好消息。不過到目前這件事情還沒有動靜。但是Lighthouse技術原理並不複雜，國內已經有公司在試著自己開發類似的技術。具體效果如何


，讓我們拭目以待。