VR眼鏡開源專案－ OSVR之HDK2硬體資源初探

Posted By 陸向陽 on 12 月 15, 2016 in AR/VR, 智慧眼鏡, 穿戴科技, 綜論, 評測 | 0 comments

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作者：陸向陽

OSVR眼鏡近來因開源而受到廣泛重視。

虛擬實境（Virtual Reality， VR）眼鏡近年來很紅，特別是Facebook購併Oculus Rift、Sony推出PSVR，以及HTC與Steam合作推出VIVE後，就更加受到矚目。

不過，上述的虛擬實境眼鏡（或稱頭盔）都是業者獨家硬體設計，設計並不公開。相對的，新加坡雷蛇（Razer）公司也想從本有的PC電競市場擴展延伸到VR市場，但雷蛇自身力量有限，若自主推出VR硬體產品，也未必能廣泛支持與迴響。

因此雷蛇在2015年1月提出開放專案OSVR（Open Source VR），期望用開放的硬體、軟體，廣泛號召各方業者支持響應。

OSVR專案在Github上已有相當豐富的開源分享資源。

OSVR專案包含開放的硬體與開放的軟體，整個專案可以從https://github.com/OSVR進入，裡頭有許多是與軟體有關的開放原始碼專案，例如OSVR-Unity是與遊戲軟體開發有關的，OSVR-Android-Build是與Android開發有關的，OSVR-CPI則與控制介面有關。

但本文將重點放在開放硬體部份，即OSVR-HDK，HDK全名為硬體開發套件（Hardware Development Kit），其實就是OSVR眼鏡的硬體設計。

另要說明的是，OSVR雖然為開放原始碼專案，但並不像Arduino、Raspberry Pi等，訴求給電子愛好者或入門者使用；OSVR的軟體開發需要專業程式工具，並不像Arduino用很親和的簡易語法就能快速獲得成果，硬體方面也是如此。

1.x版與2.0版

若各位進一步瀏覽https://github.com/OSVR/OSVR-HDK，會發現OVSR HDK分成1.4版與2.0版，其實兩者差別不大，主要是2.0版將顯示器規格提升，從1,080 x 1,200提升成2,160 x 1,200。而1.0版是在2015年1月發表，之後更進一步瀏覽，發現再區分成3個資料夾，即電子（electronics）、機械（mechanicals）、其他（misc），事實上1.4版也是類似的區分法。

OSVR的硬體設計，即是先區分成機械與電子，機械方面還分成機構與鏡片等部份，屬於機械領域與光學領域，老實說筆者還不夠熟悉，需要更專業的人來指引。

不過，從資料夾名稱ProE、STEP來看，應該是以PTC參數科技公司的專業機構設計軟體Pro/ENGINEER來設計OSVR眼鏡硬體的機殼機身（ProE資料夾），或用國際標準CAD檔案格式（.stp）檔（STEP資料夾），可用多種專業機構設計軟體開啟，如AutoCAD、SolidWorks。

OSVR 2.0電子設計

電子設計方面，又概分成2個資料夾：board與schematics。board指的是實體電路佈局圖，用來製做印刷電路板（PCB）時需要觀看，而schematics則是邏輯性的等效電路圖，在研究電路系統設計時需要觀看，前者攸關製造，後者攸關設計。

在board資料夾中主要有2種檔案，一是.dsn檔，另一是.brd檔，前者可用Cadence公司的OrCAD軟體開啟觀看，後者可用CadSoft公司的Eagle軟體開啟觀看，而在schematics資料夾內就只有放置PDF檔（.pdf），用PDF閱讀器軟體即可觀看。

另外有個Excel檔（.xlsx)，是把打造一個OSVR眼鏡所需要用到的電子料件統籌整理，概算有274個零件項。若細算至每個零件，可能會超過1,000個零件，即細算到每個電阻、電容。至於供應整個OSVR零件的廠商則約有52家。

HMD 電路板資料夾

OSVR的原理與構成

現在回到board資料夾，可以發現4個子資料夾，分別是Belt box、IR boards、Main board以及USB IO board，這似乎意味著OSVR硬體是由4片電路板所構成；但筆者發現這反而造成誤導，筆者後來看了iFixit的拆解，發現OSVR HDK2應是由7片電路板所構成。

不過，一下子就進入電路板，大家可能會摸不著頭緒。我們先從終端使用者層面切入，其實OSVR HDK2分成3個部份：VR眼鏡、腰帶盒（Belt Box，OSVR社群有時簡稱BB）以及紅外線攝影機。

原理上，VR眼鏡內有加速度感測器，頭部搖晃後，資訊會先傳遞到腰帶盒，腰帶盒再傳遞到PC上，同時若有相關操控動作，也可以USB介面連接到腰帶盒，再由腰帶盒一併回傳資料到PC。

OSVR HDK2產品圖示

但是，單純加速度感測器尚不足以精確捕捉動作，所以外部會放置1個紅外線攝影機（IR Camera），而VR眼鏡殼上會配置紅外線LED。紅外線LED發出不可見的紅外光後，攝影機捕捉接收，而從更精準掌握方位與角度，這在最初的OSVR中沒有，到2015年6月的1.2版才加入此設計。

事實上，任天堂Wii的設計也類似，遊戲控制的把手內已經有加速度感測器，但依然不足，所以才有外部紅外線LED條棒的設計，並在手把內設置紅外線影像感測器，使動作掌握更精確。

攝影機另一端也是接往PC，如此，在PC上進行運算後，PC再把影像透過HDMI介面、聲音透過一般類比音源孔，往前傳遞到腰帶盒，腰帶盒再傳到眼鏡內。

因此，嚴格來說OSVR HDK2有3個硬體，一是眼鏡，二是腰帶盒，三是紅外線攝影機。而眼鏡內其實由5片電路板所構成，腰帶盒1片，攝影機1片。

在眼鏡內的5片電路板，分別是HMD board、Front cover、USB board、IR board、U board，腰帶盒內則是BB board，紅外線攝影機內則是IR back module。若透過Excel檔進一步觀察，會發現HMD board使用最多零件項，共有133個；腰帶盒次之，為83個，更次為IR board的35個，其餘的電路板都不到10個零件。

OSVR HDK2零件數量與晶片數量之比較

274個零件項中，有35項屬於晶片，其中最主要的HMD board就佔了16項，BB board為13項，IR board為5項，Front cover為1項，由此更顯示HMD board眼鏡與BB board腰帶盒是硬體技術含量所在。至於晶片商方面約有19家，其中也有若干台灣廠商，如華邦、致新等。

結語

老實說，OSVR HDK2還有很多值得探討的內容，但本篇必須先打住。而這個探索除了滿足好奇心外，有興趣的人，也可以開發OSVR用的各種操控器，且只要把操控器透過USB介面接上腰帶盒，再傳遞到PC上，就有機會開發出新的VR操控法唷！

最後，有趣的是，OSVR除了由雷蛇發起，較大的支持者是英特爾（Intel），但在2016年11月遊戲平台業者Steam也表態支持OSVR，這使得VIVE的氣勢有點下滑，從而提升了OSVR的氣勢。至於之後會如何發展？且讓我們拭目以待。