Oculus的传感器技术可以大致分为三大类：
- 头部追踪系统
- 手部与控制器追踪系统
- 环境感知与安全系统
下面我们逐一展开。
头部追踪系统
这是VR最核心的技术，目标是实时、精确地追踪你头部的位置和旋转角度，让你在虚拟世界中能够自然地“转头环顾”。
核心技术：Inside-Out Inside-Out Tracking (由内向外追踪)
这是Oculus/Meta Quest系列最具革命性的技术，与需要外部基站来追踪头显的Outside-In方案（如HTC Vive早期方案）不同，Inside-Out追踪将所有追踪硬件都集成在了头显本身。
实现Inside-Out追踪主要依赖以下两种传感器协同工作：
a. 惯性测量单元
这是头显内部最基础的传感器,由三个部分组成：
- 陀螺仪: 测量头显的旋转角速度（你转头有多快）。
- 加速度计: 测量头显的线性加速度（你点头或身体晃动）。
- 磁力计: 测量地球磁场，提供绝对方向（类似指南针）。
优点： 响应速度极快，数据刷新率高（通常为1000Hz），非常适合捕捉快速的头部转动。 缺点： 存在“漂移”（Drift）问题，长时间只靠IMU，数据会逐渐累积误差,导致虚拟视角与真实头位不符。
b. 视觉追踪系统
这是解决IMU漂移的关键,由头显前部的多个摄像头组成。
- 工作原理： 头显上的摄像头持续不断地捕捉周围环境的图像，通过一种叫做视觉惯性里程计的算法，系统将摄像头看到的画面变化与IMU测量的运动数据相结合。
- 视觉部分能检测到环境中静止物体（如家具、墙壁）的特征点，当你的头部移动时，这些特征点在摄像头画面中的位置会发生变化，通过计算这种变化,系统可以精确推算出头部的位置和朝向。
- 惯性部分则提供了高频率的运动数据,填补了摄像头在快速运动或纹理不足区域时的数据空白。
协同工作： VIO系统利用IMU的高频数据来预测下一帧图像中物体的位置，再用视觉数据来修正这个预测，从而得到一个既高频又精准、且长期不会漂移的头部追踪结果。
IMU + 多路摄像头 + VIO算法 = 精准、低延迟、无需外部设置的Inside-Out头部追踪。
手部与控制器追踪系统
为了让用户能在虚拟世界中与物体交互,Oculus需要精确追踪手部或控制器的位置。
核心技术：Inside-Out Controller Tracking
Quest系列同样采用了Inside-Out追踪方案，将追踪硬件放在头显上,而不是控制器上。
a. 控制器上的红外LED灯
每个Oculus Touch控制器上都集成了多个红外LED灯，这些灯人眼看不见，但头显上的摄像头可以轻松捕捉到它们发出的光，这些LED灯以特定的、控制器独有的频率模式闪烁。
b. 头显上的摄像头捕捉
头显上的摄像头（通常是专用的追踪摄像头，而不是用于环境感知的广角摄像头）负责捕捉这些红外LED灯的位置，由于每个控制器的闪烁频率不同,系统可以轻松区分左右手控制器。
c. 算法与空间定位
- 位置追踪： 通过计算多个红外LED灯在摄像头中的位置,系统可以精确计算出控制器在3D空间中的位置和朝向。
- 旋转追踪： 控制器内部的IMU（与头显类似）负责追踪其自身的旋转角度（如手腕的翻转）。
- 功能按键： 控制器上的按钮、摇杆和扳机也是传感器，通过物理触发或电容感应,将用户的操作输入到系统中。
优点： 无需在房间内安装额外的追踪基站，设置非常方便。 缺点： 如果控制器被身体或其他物体遮挡，追踪可能会暂时丢失，在非常明亮的环境下,红外追踪效果可能会受到影响。
环境感知与安全系统
这部分技术不仅是为了增强沉浸感，更是为了保障用户的安全,防止在现实中撞到家具或墙壁。
a. Passthrough (透视) 功能
这是Quest系列的一项核心功能,允许用户看到现实世界。
- 技术实现： 头显上的广角摄像头会捕捉现实世界的画面，然后通过软件进行处理（如色彩校正、畸变校正），最后将这些画面以视频流的形式呈现在头显的OLED屏幕上，让你仿佛透过一个“智能窗户”看世界。
- 应用：
- 安全模式： 在VR游戏中，你可以随时按下一个键切换到Passthrough模式，查看周围环境,确保安全。
- 混合现实： 在Quest Pro和Quest 3上，Passthrough技术更加先进，可以实现彩色、高保真度的MR，让虚拟物体可以“放置”在你的真实环境中。
b. 边界系统
这是VR的安全护栏,定义了用户可以在其中安全活动的虚拟区域。
- 设置过程： 首次使用时,系统会引导你在一个空旷的房间里站立并用手柄在360度范围内画出边界。
- 工作原理：
- 初始扫描： 系统会扫描并记住你周围环境的特征点。
- 持续追踪： 在你游玩过程中,头显的摄像头会持续将当前看到的环境与初始扫描的地图进行比对。
- 边界警告： 当系统检测到你接近或即将越过你设定的边界时，会通过屏幕上的视觉提示（如网格线）和声音警告你，甚至可以自动将Passthrough画面调亮,让你看清障碍物。
技术演进与代际差异
| 特性 | Oculus Quest 1 | Oculus Quest 2 | Meta Quest 3 / Pro |
|---|---|---|---|
| 头部追踪 | Inside-Out (4个广角摄像头 + IMU) | Inside-Out (4个广角摄像头 + IMU) | Inside-Out (4个RGB摄像头 + IMU) |
| 手部追踪 | 依赖控制器 (红外LED追踪) | 依赖控制器 (红外LED追踪) | 支持裸手追踪 (利用RGB摄像头进行AI视觉识别) + 控制器追踪 |
| 环境感知 | 单色Passthrough (黑白透视) | 单色Passthrough (黑白透视) | 彩色Passthrough (高保真，支持MR) |
| 安全系统 | 基本边界系统 | 增强的边界系统 | 智能边界 + 精确的平面检测 |
| 核心技术亮点 | 完善的Inside-Out方案，性价比高 | 将Inside-Out方案普及化 | 混合现实、裸手追踪、眼动追踪 (Pro) |
Oculus（Meta Quest）的传感器技术是一个高度集成和智能化的系统，它巧妙地融合了惯性测量、计算机视觉和AI算法,实现了：
- 便捷性： Inside-Out追踪方案让用户无需任何外部设备即可开箱即用。
- 沉浸感： 精准的头部和手部追踪让虚拟世界的感觉更加真实可信。
- 安全性： 环境感知和边界系统为用户在虚拟世界中的“移动”提供了坚实的安全保障。
- 前瞻性： 从黑白透视到彩色MR，从依赖控制器到裸手追踪，这些技术的演进正在不断模糊虚拟与现实的界限，推动VR/AR技术向更高级的混合现实时代迈进。
