揭秘元宇宙：近觀 VR 設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。

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絡，還有娛樂和購物等服務。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 設備的迅猛發(fā)展。本文將深度解析支撐著VR 設備小型化和高性能發(fā)展的 TDK 傳感器技術。

元宇宙正在引起人們極大的興趣

元宇宙是一個由計算機生成的跨網三維空間。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。

人們普遍認為，元宇宙擁有的潛力之大，已經堪比最初的互聯(lián)網革命。預計元宇宙將蔓延到各行各業(yè)，包括社交網絡、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 6788 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：由日本總務省發(fā)布的《2022 年信息通信現(xiàn)狀報告概覽》

探索元宇宙離不開 VR 設備

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，設備會根據(jù)頭部的角度、方向和運動軌跡來調整圖像，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 設備傳感器的性能要求

VR 設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)范圍內的運動和旋轉情況。

三軸陀螺儀可測量旋轉角速率，并進一步轉換為旋轉角度，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 設備的性能和用戶體驗與其內部運動傳感器的準確性和響應能力密切相關。

TDK 運動傳感器的卓越性能

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 2.5 x 3 x 0.81 mm，小到可以放在指尖上，可以安裝在各種設備中，包括 VR 及其他可穿戴設備。

開發(fā)該產品的 TDK 集團公司 InvenSense 的產品營銷總監(jiān) Song Li 給出了對 VR 設備中所用傳感器的要求。“硬件限制是拓寬元宇宙接受度的一大挑戰(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品，ICM-456xy 是全球首個采用 BalancedGyro? 技術的 IMU。該技術使陀螺儀實現(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))運動傳感器領域的領導者，InvenSense 在 MEMS 和 ASIC 設計方面擁有豐富經驗，我們也因此能夠利用最新的節(jié)能技術制造高精度、低噪聲的傳感器。我們相信 ICM-456xy 可以為下一代 VR 設備的開發(fā)做出重大貢獻。”

VR 設備在連接現(xiàn)實與虛擬空間方面發(fā)揮著關鍵作用，其中安裝的微型運動傳感器能夠進一步提高設備性能并實現(xiàn)小型化TDK 技術正在使元宇宙體驗更貼近我們的生活，也更真實。

ICM-456xy MEMS 運動傳感器

術語解說

元宇宙：元和宇宙的組合詞，指在計算機及其服務中構建的三維虛擬空間。

NFT：全稱 Non-Fungible Token(非同質化代幣)。在區(qū)塊鏈中發(fā)行和交易的一種帶防偽令牌(所有權憑證)的數(shù)字數(shù)據(jù)，類似于加密貨幣。

審核編輯：湯梓紅