VR/AR吃下的传感器红利

对于VR/AR设备来说，显示技术和内容生态可能是最为重要的两个元素，但同样不可忽视的还有设备中集成的一系列传感器。这些传感器的存在是设备交互的关键，而VR/AR的本质其实就是人机交互的创新，没有了这些传感器，这些虚拟现实与寻常的显示设备并无二致，毫无创新性可言。那么如今的VR/AR设备中，有哪些传感器正在频繁露面呢？我们不妨以在游戏VR设备上玩转市场的索尼为例。
 
图像传感器
 
索尼在前不久发布了PSVR2，并声称支持了注视点渲染技术。这种渲染技术专注于渲染人注视点范围内的场景，通过降低周边视觉的成像质量来降低设备负载。毕竟VR/AR设备说到底还是移动设备，其功耗和性能都相对有限，但在这样的定位下，VR/AR往往需要更高的帧数。况且与人眼一样，我们其实无需对视觉死角内的场景付出过多关注，所以注视点渲染技术减轻GPU负担的方案正在席卷整个业界。
 
那么这一技术是如何实现的呢？答案就是眼动追踪。眼动追踪有多种实现手段，但对于VR/AR设备来说，该技术主要利用光源对眼镜进行照射来产生反射，并使用图像传感器来采集光源在角膜和瞳孔上的反射，从而通过角度等参数来计算眼动的向量，最终判断人的视线方向。

Tobii Eye Tracker 5 / Tobii
 
比如Tobii的眼动仪就采用了近红外光源，并利用两个图像传感器、先进的图像处理算法和三维眼球模型来计算眼睛和视线的位置。而索尼的PSVR2也配备了两个红外摄像头，分别完成两个眼睛的眼动追踪，另有四个摄像头来完成控制器与头显的跟踪。
 
眼动追踪不仅可以用于注视点渲染，也为VR/AR创造了另一重数据输入，这对于游戏或者视频内容的创作者来说，也就多了一重交互方式，方便他们用眼动数据来创造面部表情追踪、注视反馈和视线锁定目标等功能。
 
运动传感器
 
为了进一步提升沉浸感，VR/AR设备中往往还加入了陀螺仪、磁力计和加速度计等运动传感器，陀螺仪主要用于确定角度和姿势输入，而磁力计主要用磁场强度等参数来定位设备位置，而加速度计则顾名思义用来测量加速度。这些传感器不仅分布在头戴设备上，也集成在了控制器上。

运动传感器完成姿势识别 / 索尼
 
索尼在去年底公开了一份专利，其中就提到了如何用这些运动传感器来完成人体姿势的识别匹配。索尼称目前许多定位方案需要摄像头或激光之类的视觉追踪，所以除了头戴设备和控制器上的传感器以外，还需要在使用区域内部署额外的距离传感器，且中间不能存在障碍物。

PSVR2 Sense控制器 / 索尼
 
而索尼的这项专利减少了追踪设备的数量，仅使用头显和控制器上的运动传感器就能重构真实的人体模型。该技术根据陀螺仪、磁力计和加速度计的数据来在数据库中找到正确的匹配，最终确定姿势和动作。不过从索尼的PSVR2和PSVR2 Sense控制器的规格来看，两者仍然在采用三轴陀螺仪+三轴加速度计的六轴运动感知系统。

BMX160绝对方向传感器 / 博世
 
当然了，目前更常见的是IMU和绝对方向传感器这样的高集成方案，比如博世的BMI270和BMX160。BMX绝对方向传感器集成了一个3轴数字加速度计、16位数字陀螺仪和地磁传感器，即便在三者同时运行时也只有1585μA的低功耗，非常适合作为AR/VR可穿戴设备的传感器融合方案。
 
小结
 
传感器其实本来就是针对特定工作而生的元件，如今在元宇宙概念为AR/VR焕发的第二春下，专为虚拟现实场景准备的传感器也将迎来新一轮爆发式增长。考虑到还有苹果、微软和腾讯等大厂的入局，及时把握这一轮增长，AR/VR与传感器厂商都能从中获益。