安装在AR/VR设备中的传感器的最新趋势

VR设备传感器的新趋势

随着元宇宙市场的增长，AR、VR 和 MR 设备的需求预计将大幅增长。目前，游戏和工业应用是主要关注点。根据国际数据公司 (IDC)于 2022 年 6 月发布的一项研究，VR 头戴设备市场预计将从 2021 年的约 1000 万台增长到 2026 年的三倍以上。

传感器技术是这一流行趋势的重要组成部分。对于头戴式显示器观看电影或浏览视频而言，传感器技术并非必不可少。然而，对于AR/VR设备而言，它对于玩游戏或工作至关重要。本文涵盖了AR、VR和MR设备中使用的传感器技术的最新趋势，以及未来的潜在发展。

3DoF 和 6DoF 的区别

头戴式显示器 (HMD) 根据用户的动作投射图像。这得益于 VR 设备中检测用户头部方向和旋转速度的系统。

根据传感器检测到的运动和方向，检测头部方向的 VR 设备系统分为“3DoF”或“6DoF”。DoF（自由度）是指传感器能够感知的范围。这些传感器能够检测到的自由度（轴）越高，VR 体验就越沉浸。

3DoF 意味着可以检测三个轴：X、Y 和 Z 轴。系统能够识别用户是向上/向下、向左/向右看，还是斜向下/向上看。支持 3DoF 的 HMD 主要用于观看 360° 图像。

与 6DoF 相比，3DoF 的功能更少，但用户能够以更低的成本体验 VR。此外，由于无需感知手脚运动，因此占用空间更小。它还允许多人同时观看 VR 内容。由于这些特性，兼容 3DoF 的 HMD 已广泛应用于游乐园、博物馆和企业培训项目。

相比之下，6DoF 传感器可以检测六个自由度轴。如下图所示，除了头部运动外，系统还能检测用户在 X、Y 和 Z 轴方向上的运动。具体来说，它能够识别前后、左右和上下运动。

由于传感器数量增加，6DoF VR 设备比 3DoF VR 设备成本更高。由于它能够同时检测身体和头部运动，因此需要比 3DoF 更大的空间。然而，6DoF VR 设备可以为用户提供更沉浸式的体验。由于能够提供更接近现实的环境，6DoF VR 设备非常适合涉及手部和身体运动的逼真模拟训练。

如果主要目的是在 360° 视频录制和计算机图形中进行观看和操作，那么 3DoF 就足够了。但是，要想享受能够自由移动（例如行走、蹲伏和挥动双手）的 VR 体验，则需要配备 6DoF 的设备。

外向内和内向外追踪技术

利用头显上搭载的传感器捕捉头部和颈部运动的功能被称为“头部追踪”。当用户上下左右看时，传感器会识别该动作，并显示与其相匹配的图像。

这使得用户可以在计算机图形 VR 环境内获得 360° 视图。3DoF 设备使用安装在 HMD 中的加速度、陀螺仪和磁力计传感器来检测头部的方向和旋转方向。

另一方面，在6DoF设备中，需要传感器来检测用户的头部位置和运动。系统有两种类型：1：Outside-in：在电视上方或房间内某处安装单独的跟踪摄像头，以检测头部和身体的运动。2：Inside-out：将传感器内置于HMD或护目镜中。

对于外向式，摄像头和传感器位于外部，因此用户必须在有限的区域内才能被检测到。而内向式则利用安装在VR设备中的摄像头和传感器来捕捉、测量和分析外部图像，以确定头部朝向和运动方向。因此，不受空间限制，用户可以在房间内自由移动。

位置追踪

目前市面上大多数VR设备都允许用户使用手持控制器控制VR角色。传统的带有光学传感器的VR设备会向外发射红外线，并由外部传感器接收红外线来确定用户的位置。这需要在房间内安装外部传感器，并连接传感器和头显的线缆。

另一方面，现在有一些设备无需外部传感器或线缆，只需一个头显和控制器即可获得 VR 体验。通过使头显和控制器都兼容 6DoF，可以自动将用户的真实世界动作与其 VR 角色相结合。

此类设备使用飞行时间 （ToF） 方法，通过耳机或控制器发出的光、红外线、超声波等之间的时间差以及光从物体反射回来所需的时间来测量到物体的距离。近年来，这项技术被用于自动驾驶汽车障碍物检测系统。

手势追踪彻底改变了VR设备的操作

目前，主流的VR设备使用手持控制器来控制虚拟角色。然而，手势追踪技术正在被开发，以实现更具沉浸感的体验。

手势追踪是一种利用安装在头显上的摄像头识别用户的手部，并将其位置反映到VR/MR虚拟形象手中的技术。这消除了使用控制器操作虚拟形象的不便。此外，由于能够将挥手或玩石头剪刀布等精细到指尖的动作表达出来，因此也能够通过精细的手部动作进行交流。

此外，如果手势追踪功能能够消除对控制器的需求，那么充电和配对控制器的麻烦也将随之消失，从而让VR体验更加便捷。这还能消除握持控制器造成的手部疲劳，并降低制造成本。未来，用户或许能够直观地控制VR空间，例如通过手势暂停和快进视频。

手部追踪技术利用多个摄像头和人工智能技术，精准地确定手指的位置和运动。此外，利用手套控制器重现触觉的技术（触觉技术）正在开发中。VR领域蕴藏着各种与手部相关的技术发展的潜力。

眼动追踪可在 VR 中反映人的视线

随着VR操作中双手的使用，利用人类眼球运动的眼动追踪传感器也在不断发展。眼动追踪传感器安装在VR设备内部，用于捕捉用户的眼球运动，从而反映用户在VR中的视线。

VR体验的缺点之一是“VR晕动症”，类似于晕动症。然而，眼动追踪可以帮助缓解这个问题。通过在虚拟空间中反映眼球运动，用户可以注视其他角色、进行眼神交流，或者在射击游戏中仅使用视线瞄准目标。

目前的眼动追踪传感器使用近红外摄像机捕捉角膜和眼球上的光反射点来估计注视的方向和位置。

眼动追踪技术助力打造逼真的视觉世界

当人聚焦于某一事物时，周围的环境会变得模糊。然而，普通的VR设备会将所有投射的图像清晰地聚焦。这会导致观看者感到与现实存在差异，从而降低沉浸感。眼动追踪功能可以有效消除这种不适感。

眼动追踪技术的进一步发展还将实现一种名为“禁止渲染”的技术，该技术使用近红外摄像机检测用户的眼球运动，并仅在视野附近投射高分辨率图像。

除了以较低分辨率渲染用户向外移动的区域外，仅以高分辨率渲染用户关注的区域，可以显著减轻设备的计算负担，并大幅提升整体图形质量。眼动追踪技术有望实现更贴近现实生活的视觉表达，从而带来更优质、更高质量的VR体验。

Dexerials 的眼动追踪传感器产品

Dexerials 的各向异性导电薄膜 (ACF) 和防反射薄膜 (ARF) 有助于开发眼动跟踪传感器并提高其质量。

眼动追踪传感器通常放置在设备眼部周围。当传感器使用薄膜基板时，它们通常具有光学透明性。有时，FPC（柔性印刷电路板）会粘合在光学透明薄膜上，用于红外LED的信号布线，越来越多的客户为此采用了迪睿合的ACF。使用ACF粘合的眼动追踪传感器模块可以更薄、更小、更轻。

此外，Dexerials的防反射和蛾眼型防反射膜可用于抑制外壳内部的光反射。

配备超过 10 个摄像头和传感器的 VR 设备

未来，VR 和 MR 设备将使用多个传感器和摄像头模块，将外部图像与 VR 内部图像相结合。这类设备可能配备 10 个或更多摄像头和传感器模块。迪睿合的 ACF 以及用于粘合镜头的 UV 和热固性粘合剂将助力 VR 和 MR 设备的发展。

此外，通过改进各种追踪技术，未来的VR和MR设备将能够精确识别用户的头部、颈部、身体、视线、手部等细微动作，并生成图像、声音和触觉。迪睿合将继续为元宇宙新设备的开发做出贡献。