像蝙蝠一样，用超声波进行3D空间追踪

来源：Murata（村田）

作者：-

发布时间：2025-07-08

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蝙蝠用超声波作“视觉”，即使在漆黑的夜晚飞行，也能避开复杂的障碍并完成捕食（比如飞舞的蚊虫）。近来，人们发现在虚拟空间中，超声波（传感器）可以发挥类似的功能，进行辅助空间计算，追踪用户的手和控制器的位置，从而增加虚拟空间的沉浸感。

空间计算的作用是什么？

空间计算用以创建现实世界与虚拟空间之间的交互，创建身临其境的体验，使现实世界的物体与虚拟空间无缝融合。

空间计算技术跨越增强现实（AR）、虚拟现实（VR）和混合现实（MR），有望应用于设计、教育、医疗和娱乐等宽广的领域。

随着硬件、软件和人工智能的不断进步，空间计算将不断普及，并带来更具互动性和身临其境的体验。

追踪用户的手和控制器的位置对于增加虚拟空间的沉浸感非常重要。除了空间计算以外，这种位置追踪技术也可用于其他多种应用：

输入式显示器（3D显示器、笔记本电脑、平板电脑）
AR相关输入设备（手镯、戒指、手表）
计算机相关输入设备（鼠标、触控板）
模拟工具（手术刀、触控笔）
动作捕捉，等等

3D空间位置追踪有哪些技术？

位置追踪对于与虚拟空间之间的交互必不可缺，它对对象目标的位置和移动方向进行感测。通过准确的感测可确保设备正确识别用户的动作。由此确保现实世界的物体与虚拟空间正确融合，创建无缝且稳定的用户体验。如果无法准确感测位置和移动方向，现实世界的物体和用户的识别将无法与虚拟空间正确匹配，从而使有沉浸感和吸引力的体验受到影响。

传统的位置追踪技术

目前，用于实现3D空间交互的位置追踪技术有多种，各有优缺点：

光学手部追踪

优点：

一台摄像头即可实现

缺点：

深度方向和位置方向的精度较差
易受光学环境影响

光学标记追踪

优点：

传统的常规性技术
具有相对较好的精度

缺点：

需要LED等许多标记
易受光学环境影响

惯性力方式追踪

优点：

小型
低耗电量

缺点：

需要进行初始位置校准
漂移和偏移的影响导致精度较差

光学手部追踪使用摄像头来识别手的位置和形状。这是由设备的摄像头进行的，不需要其他额外的传感器。然而，由于从摄像头获得的信息是平面图像，深度方向的距离和位置的推测精度较差。此外，它很容易受到光学环境的影响，比如阳光等环境光、背景颜色、对比度等，精度会受到环境的影响。

光学标记追踪使用摄像头捕捉LED等标记的位置和配置。它是一种常用的位置追踪技术，可以实现比上述光学手部追踪更优的精度。然而，追踪需要很多标记，这对硬件设计造成了限制。此外，与光学手部追踪一样，它容易受到光学环境的影响。

惯性力追踪使用加速度传感器和角速度传感器（有时还使用磁传感器）来推测移动。该技术可以使设备变得更小并且耗电量更少。然而，这些传感器无法自行推测位置，需要对其初始位置进行校正。而且，传感器漂移和偏移会使精度降低。

除了上面提到的位置追踪技术之外，还有其他技术，例如需要在外侧有基站的光学追踪和磁追踪等。但这些技术的设备较大且成本相对较高，目前难以普及。

新的位置追踪技术

新的位置追踪技术，是一种通过将光学传感器、惯性力传感器和超声波传感器进行组合实现了兼具精度和实用性的位置追踪技术。这样的技术与配备了摄像头、麦克风和通信的现有HMD等设备兼容。此外，它还能支持多种设备，从传统控制器到需要进一步小型化的设备，是空间计算和用户界面的理想技术。

新追踪技术可以解决传统位置追踪技术的问题，同时实现小型、低耗电量和高精度。由此为3D空间模拟、培训、设计、游戏和虚拟制作等多种多样的领域做贡献。

村田合作伙伴Sensoryx公司的“Maliang Magic Pencil”体现了光学、惯性力和超声波相结合的传感器融合，展示了位置追踪的新可能性。通过传感器融合实现高精度和易用性，让每个人都能沉浸在空间计算中。

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