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    Google推出室内定位技术VPS

    2017-10-11

    Google 宣布 Tango 项目将和 Google Map 合作,推出一项室内定位服务 VPS(visual positioning service),它可以在没有卫星信号的室内也能精准定位。


    Google VPS所代表的新一代视觉定位,将会对AR/VR以及移动机器人产生划时代的影响。


    Google此次发布的VPS全称是Visual Positioning Service,建立在Google Tango和Google地图之上。地图服务是一个家喻户晓的服务,而Tango是Google从2013年甚至更早就开始研发的一项通过计算机视觉进行定位的项目。Google历史上有很多看似不务正业的发明,比如Gmail、AlphaGo、发射卫星等等,而脱胎于Google Tango的这项VPS业务,已经为我们打开了另外一片广阔的天地。



       VPS是什么?   



    VPS跟我们熟悉的GPS(Global Positioning System)是对应的。但VPS适用的场景更多,理论上室内室外均可以应用;而GPS从原理上就限制到了只能适用于室外。


    GPS在今天占据了基于位置服务(Location-based Services)的大部分份额,但它并不完美。例如打车、送餐,时常还是免不了需要电话沟通更精确的上车地点或者取餐位置。这是因为GPS使用经纬度坐标,这跟一般人的定位方式差别巨大。我们会更习惯于“在星巴克门口上车”,或者在“小区大门口取餐”。


    Google Tango采用的技术,就跟我们人类的定位方式更为接近,使用手机摄像头采集视觉信息来做定位。目前在Google VPS系统中使用的视觉信息会比“星巴克”和“小区大门”更细节一些,比如说“星巴克大门的左上角”,或者“小区大门牌匾的右下角”。这样的优势也很明显:“我在小区大门牌匾的右下角前1米”就比“我在小区大门前1米”更精确。




    Google官方放出的VPS示意图,金色的点都是视觉参考点  




    VPS的原理就决定了它在适用范围(室内+室外)和精度(理论上达到厘米级)上都大大超越GPS。VPS在定位时会同时采用几十个甚至几百个这样的参考点来做定位。除了使用视觉参考点,VPS一般还会使用惯性传感器来进一步提升精度。


    几十年前,人类就把组成GPS系统的几十颗卫星放上天了,为什么VPS到今天才实用化?它真的有那么困难吗?


    Tango不止是一款软件,实际上是软件和硬件相结合的产物。这里面包含的黑科技也是伴随着智能手机时代的爆发,历时5年被开发出来的,并非一日之功。有关Tango的硬件黑科技和软件算法的原理,可以参考技术大牛的解答:

    Google Project Tango 有哪些黑科技?

    (https://www.zhihu.com/question/58728216/answer/160596346)


    以及:

    如何评价Google 的 Project Tango ?

    (https://www.zhihu.com/question/22808308/answer/160541906)


    除了上面提到的参考点定位,VPS还需要解决的一大难题就是开机初始化问题。我们都有这样的体验:在飞机上睡了一觉,到了一个新城市,此时你还能走路,但对于自己身处何方就完全懵逼了。




    视觉重定位的使用过程跟玩Pokemon Go很相似



    如果没有GPS导航地图,VPS怎么解决这个问题呢?大致的过程是:你掏出Tango手机,对着周围的场景拍一张照片并上传到云端服务器, VPS系统将这张照片跟Google街景做匹配查找,并返回正确结果“在A市机场6号门口的星巴克大门左下角前1米处”。从操作上来说,跟玩Pokemon Go的过程是类似的,掏出手机打开摄像头就可以了。




      VPS能有什么应用呢?  



    VPS的应用 - AR增强现实


    AR增强现实是将虚拟物体叠加到真实世界上,这种叠加需要精确的知道观察者在真实世界中的位置和视角,这些信息正是VPS能够提供的。


    Pokemon Go仅仅是利用了GPS定位信息,精度在几米这个量级,就能造就一款风靡全球的游戏。当一个AR设备配合上VPS的时候,理论精度可以达到厘米级。Pokemon Go会变得更真实,小精灵不再会有点假的悬浮在空中,而是精确的站立在桌面上。



    左边是GPS定位的AR效果,右边是VPS定位的AR效果,明显真实不少



    如果我们戴的是AR眼镜或者使用Tango手机,再配合上VPS,它们能创造的应用就完全只受想象力的控制了:看一眼台灯就能开关灯属于初级技能;新到一个地方,视野中呈现出到达目的地的路径,这算中级;如果用户和专车都接入了同一个VPS系统,站在路边,不用打电话,专车就可以精确的停在身边,再也不怕司机找不到地方了,这算不算高级呢?


    VPS的应用 - 移动机器人

    VPS的另一个名称,vSLAM(visual simultaneous localization and mapping,即视觉同步定位与建图技术),原本就是在移动机器人上发展起来的一项技术。机器人要像人一样移动,也面临“我是谁,我在哪里,我要去哪里”这样的根本性问题,除了使用GPS,机器人专家们也教会了机器人用VPS的方式来定位,开发出了很多类似Google VPS但更适合于机器人的VPS系统。如果某一天在路上看到有很多个摄像头的配送机器人,很有可能它的移动就是由VPS来引导的。