独家 | 揭秘大朋双目激光定位，HTC的又一劲敌？

作为VR头盔空间定位的代表，HTC Vive一直以其Lighthouse激光定位傲视群雄。也许Oculus、PSVR分别在用户体验和内容上有自己的优势，但要说到房间尺寸（Room-Scale）定位，则已经推出一年的HTC Vive，至今在全世界还没有对手，这也可以看出它激光定位方案的强大。

先给不玩VR的科普下（不玩VR你看这个文章干啥？），所谓Room-Scale，指的就是用户能否自由地在VR里行走。其实，所谓的VR三大硬件（HTC Vive、Oculus Rift、PSVR）都能实现一定程度的Room-Scale体验，但Oculus、PSVR采用摄像头为主的方案，效果并不怎么好，大多数情况下还是坐着不动玩更舒服。

而HTC Vive的激光方案，才让玩家真正能比较自由地在VR里行走，稳定性和行走范围均远远优于另外两者。可以说，HTC Vive啥都能黑，就是这个定位黑不得。

在2017年的CES上，国内硬件厂商大朋带来了双目激光定位方案Polaris，似乎是要以自研技术和硬件，对HTC Vive发出挑战。三月末又召开了发布会邀行业人现场体验。经过现场测试，大朋的双目激光定位方案反馈还不错。

但是我们仍然要问，大朋的双目激光定位原理为何？如何实现？相比HTC Vive又有哪些好处？本着刨根问底的精神，青亭网专门采访了大朋CEO陈朝阳，首次详细独家揭示大朋的技术奥秘。

首先来看看，HTC Vive的方案是怎么玩的？

首先，要想明白大朋比HTC Vive好在哪里，我们就必须得再详细阐述一下HTC Vive的定位方案（熟悉的小伙伴可以跳过这部分，直接看大朋的）。这一方案使用的是两个名为光塔（Lighthouse）的基站，对角摆放，拉出一块空间，不断发射激光来扫描空间里的HTC Vive和手柄。

那么，基站具体是怎么运作的？现在我们来拆解一下。

打开基站，会发现由三个部分组成，分别是LED灯阵列和两个电机。电机分别用于打出一横一竖两个激光面。

如下图，其中红色面为竖直的激光面，扫动方向是水平的，蓝色为水平激光面，扫动方向为上下垂直扫动，红色阴影部分位于蓝色面下方。

每当一个激光面遇到传感器，就会停止扫描并记录角度。假如两个面停止位置如图所示，则可以确定传感器位于两面相交线，即图中细红线上。

这样得到的位置信息是不全面的，因为只知道点在哪条线上，不知道具体在线上什么位置，就像去某个地方，只知道在某条街上却不知道门牌号码。因此需要安装多个传感器。

所以聪明的你可能已经猜到了，HTC Vive的传感器都放在头盔和手柄上，坑坑洼洼、如同月球表面的头盔上，每一个小坑都是一个传感器。并且传感器是固定的，不能移动。

实际上，系统并不需要确定每个传感器的位置。而只需要确定传感器所在的直线就好了。这就好像吃烤鸡腿，用手拿着可以直接确定鸡腿的位置，也可以拿几根签子穿着固定住，鸡腿的位置同样是确定的。

也就是说，确定位置并不一定需要传感器的点，还可以仅用足够多的线来确定头盔位置。只要知道头盔尺寸，依据下图就能确定位置了。

两个激光面扫描完一次，确定的是头盔上一个传感器距离基站的直线方程。只知道扫描到的传感器在这条直线上，但并不知道详细距离。

这个时候就需要知道头盔的尺寸了。然后通过专门的算法，明白在确定几条直线、并已知头盔大小的情况下，头盔唯一有可能的方位在哪里。

在两个激光面扫描完一个传感器后，该传感器就会关闭，以免下次再被扫到。等到扫到五个传感器后（Valve官方给出的数字），头盔定位完成。所有传感器重新打开，开始新一轮的扫描，如此反复。

新版Lighthouse基站的LED阵列排列有变化

从上所述，理论上传感器只需要五个就够了。然而，实际上定位时由于光线接受可能被遮挡，传感器之间又为了防止串扰信号必须保持距离，因此最后采用的传感器有几十个。所以不要再苛责你头盔为什么长那么丑了，满满的都是爱啊……

重点来了，如何实现完整的数据流程，完成从用户的移动到他们的头盔图像的变化呢？

我们要先确定关键的数据和采集方法。两个激光面能确定一条线（也就是上文所说的，传感器点所在的直线）。那么横竖激光两个面的位置怎么算？只需要角度就能知道了——角度是电机的角速度（转速）和用时的乘积，角速度是恒定的，相当于已知，因此记录下时间就能求出来。

下面是具体实现步骤了，对于不学理科的同学来说，可能还是有点复杂，打起精神！

首先基站会和传感器进行一次沟通，同步闪光（sync light），这样传感器会告诉传感器的控制芯片，让它把计时器（类似于秒表的功能）归零，接下来的10毫米内，会有一个激光面扫过，这个激光面接触到传感器的时候，传感器就会发出信号，计时器就停了，记录下时间，然后归零。紧接着另一个激光面扫过，再次记录时间，归零。

这个过程看似复杂，实际上两个电机只要以20毫秒转一圈的速度（也就是每秒50转）稳定运行，而电机上的激光发射器“此起彼伏”地出现就行了。时间值随后会来到传感器的集线器，再到数据收集芯片，通过WiFi信号以某种数据包形式和协议（如UDP）发送到基站的计算部分。

这样得到了两个时间值能转化为角度值，再转为两个面的方程，求出交线，就能获得一个之前说到的传感器所在的直线方程。然后诸多方程合并起来，通过算法算出一个头盔上传感器方位对应的位置，就是对头盔完成了定位。这个定位数据随后会由基站更新到计算机或主机，在3D引擎内修改摄影机位置，重新计算画面，发送到头盔显示器，完成一帧的显示。

那么，大朋是怎么做的呢？

说完了HTC Vive，终于轮到我们今天的正主儿——大朋了！根据青亭网对大朋CEO陈朝阳的采访，再加上观察和HTC Vive的Lighthouse原理推断，大朋Polaris结构应该类似这样：