[自译］计算机所理解的AR空间

看完后，感觉补习了一回高中的坐标系课程，哈哈～还是挺有意思的，温故知新，可以去原文看看呀～

原文链接：A computer’s understanding of space for Augmented Reality

原文作者：Kore

AR技术的目标就是将计算机的空间感知与人类的理解叠加起来。在计算机科学中，空间是一个隐喻，代表了公众认同，和被科学验证的空间、时间以及物质概念。

计算机对空间的理解，就是建立在数学方法描述物体三维属性，坐标以及物质。它可以简单地通过坐标系统来理解，而不需要hyper-realties或者coordinate systems这样的复杂术语。尽管这些事有趣的内容。虚拟空间就是计算机对人类提供的现实世界数据的理解。

人类是空间生物，我们与大部分的三维世界互动和理解。当AR试图将虚拟世界模拟真实的世界时，了解三维空间的基本内容是很重要的。

视觉空间和对象空间

我们所感知的物体在环境中的位置，是在视网膜上光的重建。计算机图形学中的视觉空间可以定义为感知空间或参与者体验到三维空间中的视觉场景。

对象所存在的空间称为对象空间，它是视觉空间的直接对应参考。

每只眼睛所看到的视觉空间都不一样，这是计算机图形学对双眼虚拟设备或者智能眼镜的一个挑战。为了设计虚拟世界，对虚拟对象在现实世界中的坐标和方向有一个共识是很重要的。共同协调的定向系统在这里有很大的帮助。

位置与坐标

VR和AR的布局采用三种坐标系：

笛卡尔坐标

笛卡尔坐标系的使用主要是简单易于理解，大多数的虚拟空间都是这样定义的。基于x-y-z的坐标可以精确的指定虚拟空间中的位置。这三个坐标平面相互垂直，距离和位置都是从原点开始指定的，原点是三个平面相交的点。该系统主要用户定义三维物体的视觉坐标。

球面极坐标

笛卡尔坐标系通常定义三维物体相对于原点的位置，在定位对象和特征时，根据用户的位置采用球面极坐标系。系统主要用户虚拟音源的映射关系，或基于第一视角的沉浸式VR的球面图像映射。球坐标系是由球面等分的垂直平面构成，由方位角，仰角和距离三个部分组成。方位角是球面上水平面原点的角度，仰角是垂直平面的角度。距离是距离远点的大小。

柱坐标系

该系统主要用于VR应用中的360度全景视图。柱坐标系允许精确的映射与定位静止图像。系统包括一个中央参考轴(L)与原点(O)。径向距离 (ρ)的定义是从原点(O)开始。角坐标 (φ)是径向距离 (ρ)与高度(z)定义。

定义方向与旋转

需要定义用户的视点与对象的方向，旋转角度，以及在虚拟空间中的位置。在跟踪用户查看的位置，或者了解虚拟对象与视觉空间的相对位置时，这点很重要。

6个自由度

在VR和AR中，通常用三个独立的数值来定义方向和旋转性。这被定义为roll(x),pitch(y),yaw(z)。再加上三个方向的位移，组合起来就是6个自由度。

导航

导航和寻路在虚拟空间中时两个复杂的概念，尤其是对VR和AR来说，它可以通过用户在物理世界中的位移来达到在虚拟世界中更大的位移效果。例如在《使命召唤》中，肢体动作可以是你的手脚动作，虚拟动作可能是前往敌方基地，大量的设备可以实现虚拟移动，键盘，手柄，多维跑步机等。在虚拟和物理空间中的连接方式就是导航设计的关键。