2017年12月18日，本文將簡單介紹運動中的“自由度”，這是討論VR機制的必要概念。自由度(DoF)與剛體在空間內(nèi)的運動相關(guān)，可以解釋為“物體移動的不同基本方式”。
自由度總共有6個，可分成兩種不同的類型：平移和旋轉(zhuǎn)。
1. 平移運動
剛體可以在3個自由度中平移：向前/向后，向上/向下，向左/向右。
2. 旋轉(zhuǎn)運動
剛體也可以在3個自由度中旋轉(zhuǎn)：縱搖(Pitch)、橫搖(Roll)和垂搖(Yaw)。
因此，3種類型的平移自由度+3種類型的旋轉(zhuǎn)自由度 = 6自由度!
在任意一個自由度中，物體可以沿兩個“方向”自由運動。例如，電梯限制在1個自由度中(垂直平移)，但電梯能夠在這個自由度中上下運動。同樣，摩天輪限制在1個自由度中，但這是旋轉(zhuǎn)自由度，所以摩天輪能夠朝相反的方向旋轉(zhuǎn)。
我們可以繼續(xù)舉例子，比如說主題公園。碰碰車總共有3個自由度：它只能在3軸中的2條里平移(無法像電梯那樣上下移動);然后它只能以一種方式旋轉(zhuǎn)(無法像飛機那樣縱搖和垂搖)。 所以2個平移+1個旋轉(zhuǎn)=3自由度。
無論有多復(fù)雜，剛體的任何可能性運動都可以通過6自由度的組合進行表達。例如在你用球拍擊打網(wǎng)球的時候，球拍的復(fù)雜運動可以表示為平移和旋轉(zhuǎn)的組合。
3. 慣性測量單元和自由度
慣性測量單元(IMU)是一種通過傳感器組合(加速度計、陀螺儀和磁力計)來測量和報告速度、方向和重力的電子設(shè)備。IMU過去的主要應(yīng)用之一是作為飛機儀表設(shè)備，但現(xiàn)在它們已經(jīng)應(yīng)用于一系列電子設(shè)備，比如說智能手機。IMU的成本已經(jīng)出現(xiàn)了大幅下降，映維網(wǎng)覺得我們今天可以認為3DoF定位問題已經(jīng)得到了“解決”。但遺憾的是，IMU在實際應(yīng)用中只能準確地測量和報告方向值(旋轉(zhuǎn))，無法處理平移。
4. 九自由度是什么
IMU的世界里出現(xiàn)了有趣的術(shù)語，比如一系列關(guān)于“9自由度”IMU的說法，但這令人相當(dāng)困惑，因為自由度總共只有6個。
基本上，很多IMU廠商都生造了“9自由度”一詞來推銷他們的產(chǎn)品，但這都不是真正意義上的自由度。9自由度主要是IMU內(nèi)每一個傳感器所能測量到的自由度的總和。比如，如果IMU搭載了一個可以測量3自由度的加速度計，一個能測量3自由度的陀螺儀，以及一個能測量3自由度的磁力計，廠商就有可能將其稱之為9自由度IMU(九軸)。但這與現(xiàn)實不符，因為這3個傳感器所測量的是相同的3自由度(只有方向)。
一個9自由度IMU(九軸)可能比6自由度IMU(六軸)更好，因為它可以通過傳感器融合(結(jié)合來自不同傳感器的數(shù)據(jù))來提高最終輸出的質(zhì)量。然而，這仍然無法測量平移。
5. 為什么定位追蹤對VR很重要
定位追蹤是硬件與軟件的組合，能夠監(jiān)測物體的絕對位置。這對VR而言非常重要，因為結(jié)合定位追蹤，系統(tǒng)可以測量和報告真實意義上的6自由度。 由于虛擬現(xiàn)實是模擬(修改)現(xiàn)實，所以我們需要準確地追蹤對象(如頭部或手部)是如何在現(xiàn)實世界中移動，這樣系統(tǒng)才能在VR世界中實現(xiàn)精確的映射。
比如，最初的Oculus Rift開發(fā)套件DK1只能提供3自由度(旋轉(zhuǎn))頭部追蹤。所以盡管你可以通過傾斜和轉(zhuǎn)動頭部來查看虛擬現(xiàn)實世界，但你無法探下頭來觀察地板上的物體，因為系統(tǒng)無法準確地判斷頭部位置。
