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。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計算機圖形之所以能創(chuàng)造虛擬空間體驗，離不開顯示器、控制器等VR設(shè)備的迅猛發(fā)展。

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

元宇宙是一個由計算機生成的跨網(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、零售、教育等。據(jù)估計，到2030年，全球元宇宙市場將增長到6,788億美元（78.8705萬億日元）。

全球元宇宙市場的趨勢和預測（按收入計算）

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

現(xiàn)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(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，這一切都加速了元宇宙的爆炸式擴張。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立成像的多個顯示器，圖像之間有視差，因此用戶可以通過三維感知計算機生成的空間。除此之外，設(shè)備會根據(jù)頭部的角度、方向和運動軌跡來調(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微運動的傳感器組件性能就是提供超現(xiàn)實體驗的關(guān)鍵。

VR眼鏡的工作原理

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

VR設(shè)備依靠大量傳感器來檢測用戶動作，并將信息傳遞給VR處理器。在所有傳感器中，運動傳感器尤為重要，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)的運動和旋轉(zhuǎn)情況。

三軸陀螺儀可測量旋轉(zhuǎn)角速率，并進一步轉(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軸上的線性運動加速度和重力的組合，然后結(jié)合角速度數(shù)據(jù)，估算地球坐標系中的3D方位。

6軸IMU（慣性測量設(shè)備）在單個芯片中集成了一個3軸加速度傳感器和一個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動。VR設(shè)備的性能和用戶體驗與其內(nèi)部運動傳感器的準確性和響應(yīng)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3軸陀螺儀和一個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(shè)備中，包括VR及其他可穿戴設(shè)備。

開發(fā)該產(chǎn)品的TDK集團公司InvenSense的產(chǎn)品營銷總監(jiān)Song Li給出了對VR設(shè)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?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)航時間也不夠長。因此我們需要體積更小、性能更高、工作時間更長的傳感器。” 

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

Song Li還補充道：“作為MEMS（微機電系統(tǒng)）運動傳感器領(lǐng)域的領(lǐng)導者，InvenSense在MEMS和ASIC設(shè)計方面擁有豐富經(jīng)驗，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?！?/p>

VR設(shè)備在連接現(xiàn)實與虛擬空間方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，其中安裝的微型運動傳感器能夠進一步提高設(shè)備性能并實現(xiàn)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。

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

2. 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)字數(shù)據(jù)，類似于加密貨幣。