揭秘元宇宙：近觀 VR 設(shè)備及其超緊湊傳感器

元宇宙*1是一個(gè)虛擬的在線空間，可以讓用戶通過虛擬化身(Avatars)暢享各種體驗(yàn)。

元宇宙*1是一個(gè)虛擬的在線空間，可以讓用戶通過虛擬化身(Avatars)暢享各種體驗(yàn)。虛擬世界不僅有游戲和有社交網(wǎng)絡(luò)，還有娛樂和購物等服務(wù)。3D 計(jì)算機(jī)圖形之所以能創(chuàng)造虛擬空間體驗(yàn)離不開顯示器、控制器等 VR 設(shè)備的迅猛發(fā)展。本文將深度解析支撐著VR 設(shè)備小型化和高性能發(fā)展的 TDK 傳感器技術(shù)。

元宇宙正在引起人們極大的興趣

元宇宙是一個(gè)由計(jì)算機(jī)生成的跨網(wǎng)三維空間。用戶可以用虛擬化身享受游戲、音樂等其他娛樂項(xiàng)目，與世界各地的用戶交流，盡情地購物，并在不斷膨脹的空間里暢享各種服務(wù)。

人們普遍認(rèn)為，元宇宙擁有的潛力之大，已經(jīng)堪比最初的互聯(lián)網(wǎng)革命。預(yù)計(jì)元宇宙將蔓延到各行各業(yè)，包括社交網(wǎng)絡(luò)、娛樂、零售、教育等。據(jù)估計(jì)，到 2030 年，全球元宇宙市場將增長到 6788 億美元(78.8705 萬億日元)。

全球元宇宙市場的趨勢和預(yù)測(按收入計(jì)算)

資料來源：由日本總務(wù)省發(fā)布的《2022 年信息通信現(xiàn)狀報(bào)告概覽》

探索元宇宙離不開 VR 設(shè)備

現(xiàn)如今，具備 3D 圖形功能的高性能PC和智能手機(jī)迅猛發(fā)展，用于元宇宙交易的加密貨幣和 NFT(非同質(zhì)化代幣)*2的數(shù)量大幅激增，以及頭戴式顯示器 (HMD) 和控制器等 VR 設(shè)備日益精進(jìn)，這一切都加速了元宇宙的爆炸式擴(kuò)張。用戶只要帶上頭戴式顯示器，就能沉浸在由高分辨率 3D 圖形渲染的虛擬空間中。

頭戴式顯示器通常配有可為每只眼睛獨(dú)立成像的多個(gè)顯示器，圖像之間有視差，因此用戶可以通過三維感知計(jì)算機(jī)生成的空間。除此之外，設(shè)備會(huì)根據(jù)頭部的角度、方向和運(yùn)動(dòng)軌跡來調(diào)整圖像，讓用戶完全沉浸于虛擬空間。由此可見，能夠檢測出頭部最細(xì)微運(yùn)動(dòng)的傳感器組件性能就是提供超現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)的關(guān)鍵。

VR 眼鏡的工作原理

顯示器會(huì)根據(jù)頭部的運(yùn)動(dòng)和傾斜角度來調(diào)整圖像的顯示。用戶通過手持控制器做出的任何動(dòng)作也都會(huì)反映到圖形當(dāng)中，讓用戶獲得身臨其境般的虛擬體驗(yàn)。

VR 設(shè)備傳感器的性能要求

VR 設(shè)備依靠大量傳感器來檢測用戶動(dòng)作，并將信息傳遞給 VR 處理器。在所有傳感器中，運(yùn)動(dòng)傳感器尤為重要，其通過加速度傳感器和陀螺儀檢測用戶頭部和手部在 3DoF(自由度)范圍內(nèi)的運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)情況。

三軸陀螺儀可測量旋轉(zhuǎn)角速率，并進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)角度，而三軸加速度傳感器則可測量 x、y 和 z 軸上的線性運(yùn)動(dòng)加速度和重力的組合，然后結(jié)合角速度數(shù)據(jù)，估算地球坐標(biāo)系中的 3D 方位。

6 軸 IMU(慣性測量設(shè)備)在單個(gè)芯片中集成了一個(gè) 3 軸加速度傳感器和一個(gè) 3 軸陀螺儀，它可通過頭戴式顯示器測量頭部方向和姿勢，還可以通過手持控制器測量手部運(yùn)動(dòng)。VR 設(shè)備的性能和用戶體驗(yàn)與其內(nèi)部運(yùn)動(dòng)傳感器的準(zhǔn)確性和響應(yīng)能力密切相關(guān)。

TDK 運(yùn)動(dòng)傳感器的卓越性能

TDK 的 ICM-456xy 是一款擁有超高性能的 6 軸 MEMS 傳感器系列，它由一個(gè) 3 軸陀螺儀和一個(gè) 3 軸加速度傳感器組成。其封裝(Package)尺寸只有 2.5 x 3 x 0.81 mm，小到可以放在指尖上，可以安裝在各種設(shè)備中，包括 VR 及其他可穿戴設(shè)備。

開發(fā)該產(chǎn)品的 TDK 集團(tuán)公司 InvenSense 的產(chǎn)品營銷總監(jiān) Song Li 給出了對(duì) VR 設(shè)備中所用傳感器的要求。“硬件限制是拓寬元宇宙接受度的一大挑戰(zhàn)。要享受元宇宙，AR/VR 頭戴式顯示器和控制器必不可少，但目前的設(shè)備都太過笨重，而且電池續(xù)航時(shí)間也不夠長。因此我們需要體積更小、性能更高、工作時(shí)間更長的傳感器。”

作為 TDK SmartMotion? 系列MEMS 運(yùn)動(dòng)傳感器的最新產(chǎn)品，ICM-456xy 是全球首個(gè)采用 BalancedGyro? 技術(shù)的 IMU。該技術(shù)使陀螺儀實(shí)現(xiàn)了出色的減震性和溫度穩(wěn)定性，可保障高精度的穩(wěn)定運(yùn)行。這款運(yùn)動(dòng)傳感器具有革命性意義，實(shí)現(xiàn)了業(yè)界最低的功耗，并支持機(jī)器學(xué)習(xí)/傳感器芯片融合。

Song Li 還補(bǔ)充道：“作為 MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))運(yùn)動(dòng)傳感器領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，InvenSense 在 MEMS 和 ASIC 設(shè)計(jì)方面擁有豐富經(jīng)驗(yàn)，我們也因此能夠利用最新的節(jié)能技術(shù)制造高精度、低噪聲的傳感器。我們相信 ICM-456xy 可以為下一代 VR 設(shè)備的開發(fā)做出重大貢獻(xiàn)。”

VR 設(shè)備在連接現(xiàn)實(shí)與虛擬空間方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，其中安裝的微型運(yùn)動(dòng)傳感器能夠進(jìn)一步提高設(shè)備性能并實(shí)現(xiàn)小型化TDK 技術(shù)正在使元宇宙體驗(yàn)更貼近我們的生活，也更真實(shí)。

ICM-456xy MEMS 運(yùn)動(dòng)傳感器

術(shù)語解說

元宇宙：元和宇宙的組合詞，指在計(jì)算機(jī)及其服務(wù)中構(gòu)建的三維虛擬空間。

NFT：全稱 Non-Fungible Token(非同質(zhì)化代幣)。在區(qū)塊鏈中發(fā)行和交易的一種帶防偽令牌(所有權(quán)憑證)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，類似于加密貨幣。

審核編輯：湯梓紅