揭秘元宇宙！近觀(guān)VR設備及其超緊湊傳感器

元宇宙*1是一個(gè)虛擬的在線(xiàn)空間，可以讓用戶(hù)通過(guò)虛擬化身（Avatars）暢享各種體驗。虛擬世界不僅有游戲和有社交網(wǎng)絡(luò )，還有娛樂(lè )和購物等服務(wù)。3D計算機圖形之所以能創(chuàng )造虛擬空間體驗，離不開(kāi)顯示器、控制器等VR設備的迅猛發(fā)展。

本期推文將為您深度解析支撐著(zhù)VR設備小型化和高性能發(fā)展的TDK傳感器技術(shù)。

元宇宙是一個(gè)由計算機生成的跨網(wǎng)三維空間。用戶(hù)可以用虛擬化身享受游戲、音樂(lè )等其他娛樂(lè )項目，與世界各地的用戶(hù)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。預計元宇宙將蔓延到各行各業(yè)，包括社交網(wǎng)絡(luò )、娛樂(lè )、零售、教育等。據估計，到2030年，全球元宇宙市場(chǎng)將增長(cháng)到6,788億美元（78.8705萬(wàn)億日元）。

全球元宇宙市場(chǎng)的趨勢和預測（按收入計算）

資料來(lái)源：由日本總務(wù)省發(fā)布的《2022年信息通信現狀報告概覽》

現如今，具備3D圖形功能的高性能PC和智能手機迅猛發(fā)展，用于元宇宙交易的加密貨幣和NFT（非同質(zhì)化代幣）*2的數量大幅激增，以及頭戴式顯示器（HMD）和控制器等VR設備日益精進(jìn)，這一切都加速了元宇宙的爆炸式擴張。用戶(hù)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立成像的多個(gè)顯示器，圖像之間有視差，因此用戶(hù)可以通過(guò)三維感知計算機生成的空間。除此之外，設備會(huì )根據頭部的角度、方向和運動(dòng)軌跡來(lái)調整圖像，讓用戶(hù)完全沉浸于虛擬空間。由此可見(jiàn)，能夠檢測出頭部最細微運動(dòng)的傳感器組件性能就是提供超現實(shí)體驗的關(guān)鍵。

VR眼鏡的工作原理

顯示器會(huì )根據頭部的運動(dòng)和傾斜角度來(lái)調整圖像的顯示。用戶(hù)通過(guò)手持控制器做出的任何動(dòng)作也都會(huì )反映到圖形當中，讓用戶(hù)獲得身臨其境般的虛擬體驗。

VR設備依靠大量傳感器來(lái)檢測用戶(hù)動(dòng)作，并將信息傳遞給VR處理器。在所有傳感器中，運動(dòng)傳感器尤為重要，其通過(guò)加速度傳感器和陀螺儀檢測用戶(hù)頭部和手部在3DoF（自由度）范圍內的運動(dòng)和旋轉情況。

三軸陀螺儀可測量旋轉角速率，并進(jìn)一步轉換為旋轉角度，而三軸加速度傳感器則可測量x、y和z軸上的線(xiàn)性運動(dòng)加速度和重力的組合，然后結合角速度數據，估算地球坐標系中的3D方位。

6軸IMU（慣性測量設備）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(guò)頭戴式顯示器測量頭部方向和姿勢，還可以通過(guò)手持控制器測量手部運動(dòng)。VR設備的性能和用戶(hù)體驗與其內部運動(dòng)傳感器的準確性和響應能力密切相關(guān)。

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2.5x3x0.81mm，小到可以放在指尖上，可以安裝在各種設備中，包括VR及其他可穿戴設備。

開(kāi)發(fā)該產(chǎn)品的TDK集團公司InvenSense的產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)總監Song Li給出了對VR設備中所用傳感器的要求?！坝布拗剖峭貙捲钪娼邮芏鹊囊淮筇魬?。要享受元宇宙，AR/VR頭戴式顯示器和控制器必不可少，但目前的設備都太過(guò)笨重，而且電池續航時(shí)間也不夠長(cháng)。因此我們需要體積更小、性能更高、工作時(shí)間更長(cháng)的傳感器?！?nbsp;

作為T(mén)DK SmartMotion?系列MEMS運動(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)現了出色的減震性和溫度穩定性，可保障高精度的穩定運行。這款運動(dòng)傳感器具有革命性意義，實(shí)現了業(yè)界最低的功耗，并支持機器學(xué)習/傳感器芯片融合。

Song Li還補充道：“作為MEMS（微機電系統）運動(dòng)傳感器領(lǐng)域的領(lǐng)導者，InvenSense在MEMS和ASIC設計方面擁有豐富經(jīng)驗，我們也因此能夠利用最新的節能技術(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設備的開(kāi)發(fā)做出重大貢獻?！?/p>

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

1. 元宇宙：元和宇宙的組合詞，指在計算機及其服務(wù)中構建的三維虛擬空間。

2. NFT：全稱(chēng)Non-Fungible Token（非同質(zhì)化代幣）。在區塊鏈中發(fā)行和交易的一種帶防偽令牌（所有權憑證）的數字數據，類(lèi)似于加密貨幣。