在ARVR设备的使用过程中,不可避免需要识别虚拟图像的正确位置、设备佩戴者的实时位置姿态、手柄的相对位置、真实环境物品摆放位置等,来实现最自然的交互。追踪定位能让ARVR设备具备环境感知能力,因此成为头戴显示设备必不可少的功能。
我们应用下图所示的ARVR定位测评指标体系来对设备的追踪定位方案进行客观评判:
区别于outside-in依赖于外部追踪器进行定位,inside-out依靠ARVR头戴显示自带的摄像头作为环境识别定位装置,没有空间限制和额外追踪器部署成本,成为定位追踪主流方案。
但inside-out方案发展至今,仍面临包括快速运动、强烈旋转、图像模糊、动态干扰等直接影响到使用体验的挑战。理想产品需要能快速初始化、稳定跟踪、快速重定位的追踪定位技术。
接下来,我们将会对定位测评指标体系进行一一解读:
绝对轨迹误差
即ATE,是abosulte trajectory error的缩写。用于体现ARVR头戴显示设备或手柄在运动过程中自身slam系统输出的轨迹信息与其真实轨迹(由外部高精度动作捕捉设备获取)之间的差距。该指标统计整个轨迹所有位姿样本的数据。
ATE大则意味着轨迹的全局一致性低。
ATE高 vs ATE低
相对位姿误差
相对位姿误差RTE是relative trajectory error的缩写,相比于ATE,其描述相邻轨迹采样点之间的位置变化误差。它计算每个轨迹样本与前一个样本之间的位置误差。
RTE可细分为相对位置误差(RPE)和相对旋转误差(RRE),以相对位置误差为例,从上一时刻到当前时刻真实移动变化量为1m,而设备测量结果移动变化量为0.5m,那么当前时刻的RPE为0.5m。
相对位姿误差大的情况下,ARVR设备画面中的虚拟图像会有明显的飘移感。
误差越大,则当前时间戳所示轨迹越红,否则接近蓝色
初始化时间
ARVR头戴显示设备开启定位追踪时,依据传感器对周围环境进行感知并解算出当前位置过程所需的时间。
初始化时间越短的设备越能提供快速而准确的跟踪体验。
尺度误差
尺度误差指追踪系统在整个初始化过程中,估计尺度的准确性。
当设备跟踪系统出现错误或不准确,会导致物体的尺寸或位置在虚拟环境中被错误地缩小或放大的情况。
例如,在vr游戏中,如果物体的尺寸被错误地缩放,会影响游戏的可玩性和真实感。在ar应用中,尺度误差可能导致虚拟对象与真实世界中的实际对象不对齐,影响虚实交互的准确性和体验感。
尺度误差影响人眼对虚拟图像距离/尺寸的判断
初始化质量
综合指标③初始化时间和指标④尺度误差,评判出初始化质量。
抖动误差
在VR/AR场景中,虚拟图像需要使用追踪定位系统输出的位姿固定在一个视角或者覆盖到实际物体上,但由于追踪定位系统计算位姿存在不准确性,超出一定范围会导致用户感受到虚拟图像存在波动,这种波动就叫做抖动误差。
抖动误差产生后的画面效果
抖动率
统计抖动误差超出上限的次数,并计算百分比,目的是为了评估抖动误差的大小对VR/AR画面效果可接受程度的影响。
漂移误差
由于追踪系统传感器的误差或算法的限制,随着时间的推移,虚拟物体的位姿估计逐渐与真实世界中的实际位置发生偏差。
这种误差的累积导致系统无法准确地跟踪用户或虚拟图像的移动,特别是对于需要长时间使用的应用,如游戏、培训或模拟应用,漂移误差的累计直接影响用户的沉浸感和真实感。
漂移误差累积导致虚拟图像位移
以上便是定位测评指标体系的全部内容。DMR LAB接下来的报告将会从这些指标出发,对各品牌AR/VR产品的追踪定位能力进行客观公正的测评和解读,期待您的关注!