VR的DOF概念

转载自：http://www.vrbibi.net/tag/dof/

我们经常会听到人说，这个系统具有3DOF或者6DOF的追踪功能，这是什么意思呢？我今天就介绍一个在VR行业里经常会听到的概念–自由度（DOF, Degrees Of Freedom）。

自由度(DOF),实际上机械学是一些描述物理空间中物体状态的独立的参数。举个最简单的例子，在以为坐标系中，一个物体只有一个自由度来表述物体的位置，那就是这个物体距离原点的距离，知道了这个参数，我们就知道了这个物体在空间中的位置了。那么我们就说这个物体具有1DOF。同理，在2维世界中，我们描述物体时需要3个参数来描述物体的状态：2个位置坐标，1个角度坐标。知道了这3个参数，那么我们就可以知道一个物体在二位坐标系中的机械学状态了。再者到了3维世界，我们需要几个自由度来描述物体状态呢？答案是6个，即3个位置参数,3个角度旋转参数。这6个参数是如何决定物体在空间中状态的呢？如图所示

从这张图我们可以看出，要描述一个物体在3维空间中的位置和朝向信息，我们就需要6个自由度的数据信息。这也就是VR定位系统所要追求的目标。即6个自由度的追踪。可能有同学要说了，现在传感器技术这么发达，这6个参数随便就能测出来啦，搞那么复杂干什么？然而实际上情况并不是这样。目前市面上的定位传感器大多数采用的是IMU(Inertial Measurement Unit )惯性测量单元，比较常见的是手机里的陀螺仪和加速度计以及磁力计。这些传感器的组合可以测量出物体精确的角度信息，即3个DOF，但是无法计算出物体精确的位置信息。这里最关键的原因就是累进误差的存在，以及缺乏对应的参考向量。比如角度信息，由于地心引力的存在，我们可以以此作为参考，再根据角速度矫正出当前物体的角度信息。而对于位置来说，虽然我们可以获得相应方向的加速度，但是由于传感器累计误差的影响，仅仅由加速度计算出的物体位置中会带有累计的误差，这样的位置信息是不可使用的，所以目前光使用IMU只能测量出3DOF的数据，不能得到6DOF的数据。总结来说，光使用IMU只能追踪到物体的朝向，不能追踪到物体的位置。那么如何得到6DOF的数据呢？这就需要增加外部的参考数据源了。