加州大学圣地亚哥分校的工程师开发的一项新技术有可能使扩展现实 (XR) 体验更加流畅、更加无缝。该技术包括一个资产定位系统，该系统使用无线信号以厘米级精度实时跟踪物理对象，然后生成这些对象的虚拟表示。该技术的应用范围从增强虚拟游戏体验到提高工作场所安全。
该团队由加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院电气与计算机工程系教授 Dinesh Bharadia 领导的团队在土耳其伊斯坦布尔举行的ACM 嵌入式网络传感器系统会议 (SenSys 2023)上展示了该技术。
现有的定位方法遇到很大的局限性。例如，许多 XR 应用程序使用摄像头来定位物体，无论是通过虚拟现实 (VR) 设备、增强现实 (AR) 眼镜还是智能手机摄像头，该研究的共同第一作者、电气和计算机工程博士 Aditya Arun 表示。 .D. 巴拉迪亚实验室的学生。
“然而，这些基于摄像头的方法在视觉障碍、环境快速变化或照明条件不佳的高度动态场景中并不可靠，”阿伦说。与此同时，WiFi 和低功耗蓝牙 (BLE) 等无线技术通常无法提供所需的精度，而超宽带 (UWB) 技术则涉及复杂的设置和配置。
加州大学圣地亚哥分校的 Bharadia 团队与日本大阪大学的 Shunsuke Saruwatari 合作开发的新资产定位系统克服了这些限制，即使在动态和光线不足的情况下，也能以厘米级精度提供精确、实时的物体定位环境。该系统还封装在一个易于部署的紧凑模块中，尺寸为一米，可以通过最少的设置集成到电视或条形音箱等电子设备中。
研究人员利用 6 GHz 以下无线信号的功率构建了他们的系统。“与基于摄像头的方法不同，这些无线信号受视觉遮挡的影响较小，即使在非视距条件下也能继续运行，”阿伦说。
该系统使用无线信号来精确定位附着在物体上的电池供电的 UWB 标签。它由两个主要部分组成。一种是 UWB 标签，可传输用于定位的信标信号。另一个组件是一个定位模块，配备六个 UWB 接收器，这些接收器在时间和相位上同步以接收信标信号。当该信号传播时，它以略有不同的相位和时间到达每个接收器。该系统以巧妙的方式结合这些差异，以准确测量标签在 2D 空间中的位置。
在测试中，研究人员使用他们的系统使用日常物品玩真人大小的国际象棋游戏。他们用现成的 UWB 标签改造了杯子，将它们变成了虚拟棋子。当棋子在桌子上移动时，系统能够以厘米级的精度实时平稳地跟踪它们的移动。
“我们发现我们的系统在动态场景中的准确度达到了 90 %，并且性能比最先进的定位系统至少好八倍，”Arun 说。
该团队目前正在完善该系统。下一步包括改进 PCB 设计以使系统更加稳健、减少接收器数量以提高能效，以及沿垂直轴添加天线以支持完整的 3D 定位。
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