# 自製 SlimeVR Tracker

> [SlimeVR](https://github.com/SlimeVR) 是一個開源的硬體/軟體專案，利用IMU為VR提供全身追蹤(FBT)。不需要Lighthouse基地台，讓VR全身追蹤變得更加經濟實惠。

此篇文章紀錄了我製作 SlimeVR Tracker 的過程，如果你也正在考量加入全身追蹤的行列的話，不妨也來嘗試自製自己的 Tracker 吧！

## 在開始之前

### SlimeVR適合我嗎？

什麼樣的人適合購入/自製 SlimeVR Tracker 呢？

如果你是：

* 一體機用戶 (或非 Lighthouse 追蹤的用戶)
* 正在打算入手 VR 的人
* ~~想蓋著被子在 VRChat 睡覺的人~~

那麼你就是最適合入手 SlimeVR 的人了！

### 優缺點比較

| 類型 | 精確度 | 偏移 | 續航 | 價格(NTD) |
|:----------:|:------------------:|:-----------------------:|:-----------------:|:-----------------------------------------:|
| IMU | 1~10cm[^imu精確度] | 隨時間累加 | **15h**[^imu續航] | **6k** |
| Lighthouse | **<1cm** | **無**[^lighthouse漂移] | 7.5h | 13k(Vive Tracker\*3) + 13k(Lighthouse\*2) |

從上面的表格可以看出，IMU 類型的 Tracker 雖然跟 Lighthouse 類型比較起來便宜許多，但也並非沒有它的缺點。[^比較表格]

對於已經擁有 Lighthouse 基地台的人來說，直接買 Vive/Tundra Tracker 也許會是比較好的選擇。

[^比較表格]: 比較表格 <https://www.crowdsupply.com/slimevr/slimevr-full-body-tracker#comparisons>
[^imu精確度]: 依據你的製作、固定方式、校準及電磁環境而有所不同。
[^imu續航]: 以1200mAh的鋰聚合物電池為例
[^imu漂移]:
[^lighthouse漂移]: 在沒有擋到 Tracker 的情況下

### 選擇製作數量

準備好要製作 SlimeVR Tracker 之前，首先要決定製作多少個，以下是官方所建議的幾種配置。[^imu數量]

* Lower-Body Set (5 IMUs) - 置於胸部與大小腿。下半身的肢體動作會有追蹤問題，不建議。
* Core Set (5+1 IMUs) - 比起 Lower-Boby Set 多出了一個臀部 Tracker，能更準確的追蹤躺下、坐下及彎腰等動作。
* Enhanced Core Set (5+3 IMUs) - 比起 Core Set 多出兩個腳背 Tracker，能夠追蹤腳掌的動作。如果常坐下或躺下的話建議可以選這個配置。
* Full-Body Set (7+3 IMUs) - 比起 Enhanced Core Set 多出兩個手肘 Tracker，能更準確的反應出手臂的位置。適合給想要跳舞或增加沉浸感的人。
* Deluxe Tracker Set (16 IMUs) - 不需要任何 VR 設備就能追蹤，適合做Mocap用途。

如果只是要在VRChat使用的話，6~11個 Tracker 就能滿足你的需求。

:::info
:information_source: **關於 Tracker 數量**

SlimeVR Tracker **≠** SteamVR Tracker，SlimeVR 利用 IMU 資料計算出骨架位置，並在特定部位產生虛擬 SteamVR Tracker，Server 中可以設定要使用多少個。

VRChat 最多支援11點追蹤 (HMD + 手把\*2 + 8個額外 SteamVR Tracker)[^VRC最大追蹤數]，

:::

[^VRC最大追蹤數]: https://docs.vrchat.com/docs/full-body-tracking

## 所需零件

這邊我選擇的是以 SlimeVR 官方建議的 Enhanced Core Set (5一般+3外接)所列出的，請依照你所需的數量做調整。

[^imu數量]: 官方建議配置 <https://docs.slimevr.dev/slimevr101.html#how-many-trackers-do-you-need>

:::info
價格僅供參考。依照你所在的地區可能會有所不同。另外東西可以多買幾個，有些店家販售的零件 [DOA](https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E5%88%B0%E8%B2%A8%E5%8D%B3%E6%90%8D) 率蠻高的。
:::

| 名稱 | 說明 | 數量 | 價錢(NTD)/個 | 備註 |
|:---------------------:|:----------------------------------------:|:-----------------:|:------------:|:---------------------------------------------:|
| Wemos D1 mini | ESP-8266EX 開發板 | 5 | ≈108 | 推薦v3與v4版 |
| BMI160 | 六軸慣性感測器 | 8 | ≈76 | GY-BMI160 |
| QMC5883L | 三軸磁場感測器 | 8 | ≈77 | GY-273, *非必要*[^羅盤] |
| TP4056 | 鋰電池充電板 | 5 | ≈6 | |
| 103450 | 1800mAh鋰聚合物電池 | 5 | ≈120 | 1800mAh其實有點Overkill |
| Perfboard | 玻纖板/洞洞板 | 8 | ≈8 | >50x50mm |
| PP塑膠盒（大） | 一般Tracker | 5 | ≈9 | 55x55x28mm |
| PP塑膠盒（小） | 外接Tracker | 3 | ≈8 | 40x40x18mm |
| 塑膠六角柱(長) | 固定玻纖板用 | 20 | ≈1 | M3\*16+6mm |
| 塑膠六角柱（短） | 固定玻纖板用 | 12 | ≈1 | M3\*6+6mm |
| 塑膠螺絲 | 固定玻纖板用 | 32 | ≈1 | M3\*6mm |
| 塑膠螺母 | 固定玻纖板用 | 32 | ≈0.4 | M3 |
| 軍用寬版綁腿 | 手臂/腿部固定帶 | 2\*2條[^綁腿數量] | ≈70/包 | |
| 軍用窄版綁腿 | 腳部固定帶 | 1\*2條[^綁腿數量] | ≈40/包 | |
| 強拉力鬆緊帶 | 胸部/腰部固定帶 | 4碼 | ≈40/碼 | 寬7cm 厚1mm |
| 鬆緊帶 | 胸部固定帶吊帶 | 2碼 | ≈26/碼 | 寬5cm |
| JST2.0連接器 | 外接Tracker接頭 | 3 | ≈1 | 公座 4Pin |
| PH2.0單頭線 | 外接Tracker線, 腳掌到腳踝x2 胸部到臀部x1 | 3 | ≈15 | 含JST母座 4Pin 腳30cm 胸>50cm(或買兩條接一起) |
| 180k 電阻 | 電量偵測用 | 5 | | 1%誤差 |
| 1N5817 Schottky二極體 | 安全措施 | 10 | ≈0.5 | 1N5818/1N5819也OK |
| 單芯線 | 跳線 | | | 30/28 AWG |

[^羅盤]: BMI160+QMC仍然在試驗階段，根據電磁環境的好壞也會有不同的影響。https://docs.slimevr.dev/diy/imu-comparison.html#what-determines-a-poor-magnetic-environment

總成本（含固定帶）： **一般Tracker ≈500元/個 外接Tracker ≈270元/個**

和 SlimeVR 官方比較起來

| 配置 | SlimeVR 官方 | DIY |
|:-------------------------------:|:-----------------:|:-------:|
| Core Set (5一般+1外接） | ≈6.6k (190+18USD) | ≈2.6k |
| Enhanced Core Set (5一般+3外接) | ≈8k (235+18USD) | ≈3.3k |
| Full-Body Set (7一般+3外接) | ≈10k (295+18USD) | ≈4.3k |

可以看到自製的話可以省下不少錢！[^imu差異]

雖然我拿來跟官方比較，但其實現在想買也買不到，截至現在(2024.01)訂單也已經排到2024.05了。

[^imu差異]: 官方使用的IMU為BNO085，比起這邊用到的BMI160貴上不少，相對也比較不容易漂移。
[^綁腿數量]: 一組兩條哦，不要買太多。

## 製作過程

都東西都到齊就能開始製作了哦！圖多注意。

### 電路製作

:::warning
:warning:
**以下內容會當作你已經擁有**

* 電烙鐵、焊錫、尖嘴/斜口鉗等手工具
* 麵包板、杜邦線等電路測試材料
* 一點基本的電子焊接技術 (非必要，焊接其實沒那麼難)
* ~~你寶貴的休息時間~~

:::

#### 裁切電路板

首先將玻纖板裁切成能夠塞進盒子的大小，用美工刀反覆在表面切出一條凹槽後用鉗子折斷就行。並在四個角落鑽直徑3mm的洞。

接著將D1 mini和感測器焊上針腳，擺放到玻纖板上確認各個零件的位置。


:::info
:information_source:
**建議**

可以將會擋到D1 mini天線的部分切除，Wifi收訊會比較好。
:::

常見的BMI160有兩種，左邊的這種上面印刷的方向是錯誤的。建議將BMI160與QMC擺放成一樣的方向，後面在刷韌體時就不用額外在重新定義三軸方向。


#### 開孔&固定

為玻纖板的四個角鎖上六角柱，放進盒子內用奇異筆在要開口的位置畫上記號，分別是：

* 充電孔
* 開關
* JST接口
* 裁縫固定帶的孔
* 六角柱螺絲孔


開完孔後就先縫上固定帶會比較好作業

(雖然用縫的穩定性很好，但強烈建議可以用其他方便拆下來清洗的方式來固定)


#### 測試零件

有兩種刷韌體的方式，網頁或VSCode。這邊只是為了先測試零件所以選用[網頁版](<https://slimevr-firmware-tool.futurabeast.com/>)。

韌體版本選最新的穩定版，板子我這邊用的是D1 mini所以選`BOARD_WEMOSD1MINI`，IMU的部分選`IMU_BMI160`。

接著填入WIFI名稱與密碼後把D1 mini插上電腦，選擇相對應的COM Port就能刷韌體了。


完成後應該就能在[SlimeVR Server](https://github.com/SlimeVR/SlimeVR-Installer/releases/latest/download/slimevr_web_installer.exe)
看到Tracker了，依照接線圖先在麵包板測試零件，確認陀螺儀跟加速度儀都有正常運作。


確認線路沒問題就能開始焊接了

#### 焊接

先焊電阻及二極體等小零件，在焊上其他零件。
由於空間有限正下方又是電池，這邊我把焊完的針腳都剪短並貼上耐熱膠帶絕緣。


焊完後可以插上D1 mini的USB測試一下，OK的話就能接上電池了，這邊我選擇直接焊上去。


電池背膠就看電池塞進去後會不會晃動，建議是都黏一下。手邊剛好有3M的雙面膠就拿這個用了。


接著鎖上螺絲


這樣就完成1個一般Tracker了


接著外接Tracker也是類似的步驟，但只需要焊感測器與連結線就好，接法請看接線圖AUX Sensor的部分。


### 韌體設定

由於SlimeVR還在開發階段中，這篇文章所寫的內容可能很快就會過時了，因此建議你還是以[官方Docs](https://docs.slimevr.dev/firmware/)所寫的內容為準。

#### 建立環境

首先，在終端機/命令提示字元(按下`Win鍵`+`R`後輸入cmd)，執行以下命令來安裝VSCode和git。

這邊我就簡略的寫Windows的安裝方式，你如果用Linux的話...應該不用我教吧w

winget install Git.Git
winget install Microsoft.VisualStudioCode

接著安裝PlatformIO，開啟VScode左邊選單找到延伸模組搜尋`PlatformIO IDE`並安裝。


完成後就能先關掉了。

然後在你想要的位置Clone一份[SlimeVR/SlimeVR-Tracker-ESP](https://github.com/SlimeVR/SlimeVR-Tracker-ESP)下來。

複製連結並git clone下來


你想要放置檔案的目錄點右鍵選單>在終端機中開啟>輸入

git clone <連結放這裡>
cd SlimeVR-Tracker-ESP
code .

右下角簽出選最新版的標籤



#### 更改韌體設定

總共有4個檔案要更改

**platformio.ini**

去掉開頭的註解`;`，改成要連線到的Wifi名稱與密碼

**src/defines.h**

`IMU_ROTATION`的部分要注意一下，請依照你擺放的方向設定。


**src/defines_bmi160.h**

**src/debug.h**

這裡設定的是要不要使用6軸(3軸加速度+3軸陀螺儀)模式，那因為我們有用到額外的3軸羅盤(總共9軸)，所以設定成`false`。將來如果電磁環境有問題想關閉的話，請改回`true`。

#### 刷入韌體

確認Tracker電源 **關閉** 後，將D1 mini插上USB線連到電腦後按下`➔`就會開始刷入了。

:::danger
:warning: **注意**

刷韌體過程中請勿拔除USB線
:::

### 校正 IMU

:::info
:information_source: **在開始前請先將Tracker打開**

由於IMU會受溫度影響，我們也沒有做溫度校正(還在開發中且步驟非常麻煩)。在開始做以下步驟前請先打開Tracker至少十分鐘，確保溫度上升到一個穩定點
:::

一次校正一顆(外接的也是)。只需要做一次就好，重刷韌體不會把校正資料刪除。

:::warning
以下步驟只適用於BMI160，其他的IMU請參考官方Github的readme。
:::

* **Step 0: 將電源關閉後朝下放置Tracker。** 或按D1 mini上的reset。

> D1 mini的LED會長亮。

當LED長亮時翻回正面，代表確認進入校正模式。等幾秒鐘，不要移動Tracker。

* **Step 1: 陀螺儀校正：LED會閃爍3次，表示開始校正陀螺儀。**

> 如果你的Tracker會漂移，很有可能就是這步驟沒有正確的校正到。

確保放置在平穩的表面上，不要去移動/觸碰到。

* **Step 2: 加速度儀校正：LED會閃爍6次，表示開始校正加速度儀。**

> 這步驟會要求你**將Tracker的6個面朝上放置**，放置每個面時確保Tracker不會移動，不要去觸碰或移動並等待三秒鐘。
> 它會利用重力來當作參考點，自動偵測Tracker平穩下來後才會開始校正。

> 如果沒辦法在不碰到Tracker的情況下固定Tracker，建議可以放置在牆角靠著牆面，不需要到非常完美。

**每個面錄製完成時會快速閃爍2次**

將Tracker旋轉90或180度，一直旋轉直到6個面都錄製完成。

最後一個面錄製完成時LED會熄滅，代表加速度儀校正完成。

* **Step 3: 電子羅盤校正：LED會快速閃爍，表示正在校正電子羅盤。**

就如同手機的電子羅盤校正一樣，拿著Tracker反覆進行8字形繞轉約20秒。


結束後會看到LED發出1長亮，表示正在退出校正模式。過幾秒後就會看到Tracker重新連上SlimeVR Server了。

## 接續文章 > [SlimeVR Server設定](https://hackmd.io/@bluenk/HkHBjrWv6)