2018年08月06日，從本質(zhì)上講，一個(gè)空間定位系統(tǒng)需要提供兩個(gè)要素：第一，對(duì)原點(diǎn)的普遍共識(shí);第二，三個(gè)空間維度上與原點(diǎn)的偏移。在GPS中，共同原點(diǎn)是地球本身，偏移則描述為緯度，經(jīng)度和高度。相比之下，室內(nèi)空間定位系統(tǒng)可以擁有相對(duì)于物體定位的任意原點(diǎn)。例如，某些商場(chǎng)使用藍(lán)牙信標(biāo)來(lái)追蹤訪客。在這種情況下，每個(gè)信標(biāo)將充當(dāng)原點(diǎn)，并且可以追蹤個(gè)人移動(dòng)電話的位置。盡管單個(gè)信標(biāo)追蹤已經(jīng)有用，但我們可以組合來(lái)自多個(gè)信標(biāo)的信號(hào)，以及一個(gè)普遍認(rèn)可的原點(diǎn)來(lái)創(chuàng)建更復(fù)雜的室內(nèi)定位系統(tǒng)。我們可以使用WiFi，紅外線，甚至是搭載計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法的攝像頭來(lái)代替藍(lán)牙信標(biāo)，然后在空間中追蹤對(duì)象。

　　1. 追蹤方法

　　目前存在兩種在3D空間中追蹤對(duì)象的方法：內(nèi)向外追蹤和外向內(nèi)追蹤。

　　對(duì)于采用某種信標(biāo)的任何方法都屬于外向內(nèi)追蹤。對(duì)于這種方法，你需要在環(huán)境中置放一定的對(duì)象(信標(biāo)，追蹤塔或攝像頭)，然后向需要追蹤的對(duì)象發(fā)送信號(hào)或接受信號(hào)。根據(jù)信號(hào)，追蹤對(duì)象和信標(biāo)，各種算法(信號(hào)強(qiáng)度，信號(hào)之間的時(shí)間，對(duì)象大小等)接下來(lái)將對(duì)對(duì)象的位置進(jìn)行三角測(cè)量。目前市場(chǎng)上的大多數(shù)VR系統(tǒng)都采用不同形式外向內(nèi)跟蹤。例如，HTC Vive使用外部追蹤塔和紅外發(fā)射器來(lái)精確追蹤頭顯的位置;Oculus Rift和PSVR同樣利用外置攝像頭來(lái)追蹤頭顯的位置。

　　內(nèi)向外追蹤不需要外部傳感器或信標(biāo)。相反，被追蹤對(duì)象將搭載一個(gè)或多個(gè)攝像頭，以及一個(gè)慣性測(cè)量單元(磁力計(jì)，陀螺儀和加速度計(jì))。然后系統(tǒng)將利用3D即時(shí)定位與地圖構(gòu)建(SLAM)算法等復(fù)雜的計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法來(lái)獲取對(duì)象的精確位置。內(nèi)向外追蹤試圖模仿人類(lèi)記憶位置的能力，并單單依靠自己的“眼睛”和“內(nèi)耳”在空間中導(dǎo)航。

　　盡管內(nèi)向外追蹤不像外向內(nèi)追蹤那樣需要外部傳感器，但缺少外部傳感器則意味著沒(méi)有明顯的共同原點(diǎn)可供選擇。在外向內(nèi)追蹤系統(tǒng)中，外部傳感器不會(huì)(也不能)移動(dòng)，因?yàn)榈讓铀惴�假設(shè)外部信標(biāo)屬于靜止?fàn)顟B(tài)。外向內(nèi)追蹤的這一固有屬性意味著原點(diǎn)通常位于所有信標(biāo)的中心，從而提供最精確的結(jié)果。對(duì)于內(nèi)向外追蹤，由于不存在原點(diǎn)概念，所以對(duì)象的初始位置在追蹤開(kāi)始后將作為原點(diǎn)。圖2是外向內(nèi)追蹤和內(nèi)向外追蹤的示意圖。

　　2. 室內(nèi)追蹤與室外追蹤

　　自全球定位系統(tǒng)(GPS)誕生以來(lái)，我們一直在利用空間數(shù)據(jù)。GPS是外向內(nèi)追蹤的一個(gè)例子，其中地球靜止衛(wèi)星(靜態(tài)“信標(biāo)”)產(chǎn)生無(wú)線電信號(hào)，然后相對(duì)于地球的位置(共同原點(diǎn))追蹤單個(gè)對(duì)象。

　　3. 室外GPS追蹤

　　獲取對(duì)象在3D空間中的確切位置有助于我們每天的導(dǎo)航，幫助卡車(chē)車(chē)隊(duì)將位置報(bào)告回總部，甚至幫助導(dǎo)彈發(fā)射。GPS同時(shí)允許航空公司和航運(yùn)公司優(yōu)化路線，確定其資產(chǎn)的確切位置。優(yōu)步等移動(dòng)出行平臺(tái)則利用GPS的空間數(shù)據(jù)來(lái)鼓勵(lì)駕駛員轉(zhuǎn)向需求較高的地區(qū)。通過(guò)GPS位置來(lái)定位消費(fèi)者，我們手機(jī)上的位置感知應(yīng)用程序已經(jīng)開(kāi)啟了全新的消費(fèi)與零售場(chǎng)景。

　　遺憾的是，一旦進(jìn)入室內(nèi)，這種精確且無(wú)處不在的追蹤技術(shù)就變得毫無(wú)用處。由于GPS需要從衛(wèi)星接收的信號(hào)，所以設(shè)備需要降級(jí)至不太精確的空間追蹤機(jī)制，如藍(lán)牙或WiFi。

　　4. 用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)的室內(nèi)追蹤

　　幸運(yùn)的是，隨著增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)的出現(xiàn)，室內(nèi)追蹤變得更加普遍，價(jià)格范圍更加親民，安裝也更加簡(jiǎn)單。AR和VR設(shè)備需要非常精確地追蹤用戶(hù)的位置和方向。欺騙用戶(hù)并令其認(rèn)為虛擬對(duì)象屬于靜止?fàn)顟B(tài)的唯一方法是，根據(jù)用戶(hù)視角和移動(dòng)來(lái)完美地定向虛擬對(duì)象。換句話說(shuō)，如果用戶(hù)向左移動(dòng)一英尺，設(shè)備必須要檢測(cè)到這一點(diǎn)，然后將顯示屏中的所有內(nèi)容向右移動(dòng)一英尺，從而令畫(huà)面保持靜止。設(shè)備越能快速和準(zhǔn)確地做到這一點(diǎn)，這種幻覺(jué)就越有效。

　　早期的VR設(shè)備無(wú)法追蹤用戶(hù)在3D空間中的位置。對(duì)于簡(jiǎn)單的慣性測(cè)量單元，這種設(shè)備只能確定用戶(hù)的方向(縱搖、橫搖和垂搖)。這可以實(shí)現(xiàn)一種靜態(tài)VR體驗(yàn)，其中用戶(hù)能夠上下左右地瀏覽環(huán)境，但無(wú)法在空間中移動(dòng)。要完全捕捉對(duì)象在三維空間中的旋轉(zhuǎn)和位置，我們需要捕捉所有六個(gè)自由度。最近的VR和AR設(shè)備已經(jīng)能夠通過(guò)外向內(nèi)追蹤來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目的，但需要在環(huán)境中預(yù)先安裝靜態(tài)信標(biāo)，追蹤塔或攝像頭。至于現(xiàn)在，隨著更先進(jìn)的AR和VR設(shè)備，以及更精確的傳感器和內(nèi)向外追蹤算法的出現(xiàn)，我們終于能夠在不需要事先安裝追蹤組件的情況下，以前所未有的精度來(lái)捕獲所有六個(gè)自由度。