• 新(xīn)型(xíng)眼鏡表現真實空間裏的虛擬三維全息圖像

    2015/10/20      點擊:

    頭戴科幻感十足的黑色“眼鏡”,一(yī)個一身黑衣的(de)男子(zǐ)踱步到舞台中央,他麵前擺著一張空無一物的方桌。

    就在這張小小的方桌上,他當著(zhe)在場幾百人的麵,表演“憑空造物”。

    全息成像

    這不是(shì)黑(hēi)魔法,他也不(bú)是“造(zào)物之神”,而是一位工程(chéng)師。在6月15日舉行的美國E3遊戲會展上,他成功地把遊戲中的虛(xū)擬仙(xiān)境“搬到了(le)”舞(wǔ)台中央(yāng)的(de)方(fāng)桌上。隨著工程師的指令,一個有山川、城堡、樹木的世界在桌上誕生,看起來觸手(shǒu)可及(jí)。

    “創造一個世界。”當(dāng)他平靜地念出這句“咒語”時,現場爆發出掌聲和驚歎。曾(céng)經的科幻場景,現在變成了科學事實。 

    我在火星上邁了一(yī)步,真實到我雙(shuāng)腿打顫(chàn)

    “憑空造物”的秘(mì)密,藏在工程師頭戴的“眼鏡”中——微軟的(de)*新產品,HoloLens。

    它是世界上第(dì)一款,也是目前唯一一款獨立的“全息計算機”。能讓使用者(zhě)在真實物理(lǐ)空間內,看到虛擬的三維全息圖(tú)像,並與之互動,因其“魔法”般(bān)的酷炫功能,被戲稱為“黑科(kē)技”。

    在今(jīn)年(nián)1月(yuè)亮相後,它引起(qǐ)了持(chí)續關注。來自各地的記者在春寒料(liào)峭(qiào)時節湧到西雅圖(tú)的微軟總部試戴機器。到(dào)了(le)夏天,E3展(zhǎn)會上的遊(yóu)戲(xì)玩家(jiā)又為(wéi)它的“魔(mó)力”沸騰。

    “創(chuàng)造(zào)一個世界。”工程師對著眼前(qián)空空的桌麵說,一團流沙般的白色物質隨即從桌子中心湧出,迅速擴散,然後(hòu)均勻地鋪滿(mǎn)了桌麵(miàn)。

    很快,沿著桌邊,一圈圍欄又“長了出來”,“沙地”中心隨即塌(tā)陷,一個奇妙(miào)的世界從桌底緩緩升起,展現在眼前的是陡峭的懸崖、宏偉的城堡和蔥蘢的樹木。一切如樂高積木,有著實物的形體(tǐ),但它們又全是光的幻象。

    記錄這神奇一幕的視頻在YouTube上被全球(qiú)觀眾點播了270多萬次,一條(tiáo)得到數百次點讚的評論寫道:“快拿走我的錢!”

    賺大眾的錢,微軟還(hái)不急。短期內,他們瞄準的,是一些“更嚴肅的事業”。*先用上這款(kuǎn)產品的可能是建築(zhù)師、醫學生和宇航員。

    正如工程師在一張小桌上構造虛擬建(jiàn)築,真正的建築師(shī)也能通過這款產品,直接在現實空間構造虛擬(nǐ)的三維建築模型,並快捷地修改其形狀和大小。

    通過與凱斯西儲大學和克利夫蘭醫學(xué)中心的合作,該團隊在醫學教學領域(yù)也開發出了創新性的(de)應用。

    無需進入解剖室,也無需劃開誰的皮囊,在整潔的(de)教室(shì)裏,戴上這款(kuǎn)產品的學生,輕盈(yíng)地在空(kōng)中(zhōng)一點,一個三維人體就會出現;手指再(zài)橫向一撥,人體一分為四,其他三個“分身”是血液係統、骨骼和肌肉組織。

    學生(shēng)還可以從骨架中抽出一根,把它“折斷”,以觀察不同(tóng)的骨折情形。心髒等器官也可被單獨抽(chōu)出,並被(bèi)剖開,好讓學習者觀察其內部結構。同理,這(zhè)款產品也可以用來觀測化學分子結構、DNA結構、建築和雕塑。

    對等不及想試戴它的人來說,《連線》雜誌記者傑西·亨佩爾是(shì)另(lìng)一位值得羨慕的人。去年10月,她就見到了還未發布的原型機,是第一個試用HoloLens的“外(wài)人”。

    在一個秘密的地下實驗室裏,每個房間都在測(cè)試產品應用。其中,讓亨佩爾*難忘的(de)“魔法(fǎ)房間”是“火星”。

    她打了一個向上的手勢,一(yī)下子,就“實(shí)實在(zài)在地踏上了火(huǒ)星”。

    隔壁房間的NASA(美國宇航局)科學家傑夫(fū)·諾裏斯(sī)也加入了她的“火星探索”。他與微軟的團隊一同開發了此應(yīng)用。

    “他出現(xiàn)在我的視野裏,是一個金色(sè)的三維人形。”亨佩爾說。

    這涉及HoloLens的一項重要功能:不同使用者之間的遠程交流。

    諾裏斯能(néng)看到亨佩爾眼(yǎn)中的(de)世界,而在亨佩爾看來,“人偶諾裏斯”的(de)眼部會射出一道虛線,指向他正在觀(guān)察(chá)的物體。

    順著這道虛線,亨佩爾蹲下來(lái)檢查一塊岩石碎(suì)片,通過幾個手勢,她向“好奇號”探測器發出指令,搜(sōu)集這塊沉積物。在未來實際的太空探索中,宇航員將能借助這款產品控(kòng)製真實的(de)探測器。

    這是(shì)除了“與全息圖像互動”“多人遠程合作”外,該產品的另一個重要應用方式:通過融合虛擬與現實,實現新型(xíng)的人機互動和人與環境的互動。

    回想起這(zhè)次火星漫步,亨佩爾字裏行間透出激動:“我(wǒ)在火星上邁了一步,這實(shí)在太真實了,以致我(wǒ)雙腿打顫。”

    這些技術的實現,都有賴(lài)於強大(dà)的計算能力,“全息處理器(qì)”(HPU),每秒可以傳輸兆兆字(zì)節(jiē)(2^40字節)的(de)數據

    令普通人震驚到“雙腿打顫”的HoloLens,在科學界看來,並不新鮮(xiān)。其背後的“增強現實技術”曆史悠久。

    近100年前,增強現實技術(shù)的雛形就(jiù)已出現,其*早應用(yòng)是一戰時的一種殺(shā)人利器(qì)——光學瞄準圈。這種投射在戰鬥機座艙(cāng)罩上的虛擬光環可以自動修正,鎖定敵機。

    就功能和原理而言,HoloLens也不新鮮。其實早在1968年,頭戴“機械章魚”一樣的(de)巨大設備,冒著被“燒(shāo)腦”的風險,人類就第一次在現(xiàn)實空(kōng)間裏看到(dào)了虛擬的三維(wéi)圖像——雖然那隻是一個透明的立方體邊(biān)框。

    國內“虛擬現實”領域專家、浙江(jiāng)大學CAD&CG(計算機輔助設計和高(gāo)級繪製語言)國家重點實(shí)驗室教授鮑虎(hǔ)軍介紹,長久以來,限(xiàn)製增強現實技術發展的主要是計算能力和算法,及如何(hé)做出更小更輕(qīng)的硬件。微軟(ruǎn)的這款新產(chǎn)品之所以能引起(qǐ)轟動,在於(yú)它在一個沒有外連線路的輕(qīng)量硬件(jiàn)內,集成了“顯示(shì)”“跟蹤與識(shí)別”“交互”和“計算”等多種技術,通體也就一副(fù)滑雪眼鏡大小。

    “顯示技術”能使我們看(kàn)到虛擬的三維全息圖像。這是一場“光的(de)魔術(shù)”——全息圖像其實是設備自身投射的光線,這些光線通過該產品鏡(jìng)片中的數層彩色透鏡(jìng),*終抵達眼底,讓大腦以為看到了真實的物體。

    僅(jǐn)有“光之魔法”還不夠(gòu)。和營造虛擬(nǐ)環境的“虛擬現實”技術不同,增強現實技術還(hái)需要天衣無縫地融合虛(xū)與實。這就需要識(shí)別和跟蹤技術。“識別”指識別現實空間(jiān),以(yǐ)保證虛擬物體(tǐ)落在正確的位置;跟蹤(zōng),則是跟蹤使用者的移動軌跡,以保證使用者在移動時,眼(yǎn)中的“光之幻(huàn)象”能處於固定(dìng)位置。

    在具體(tǐ)運行時,該產品會先用深(shēn)度攝像頭收(shōu)集真實空間的信息,這種攝像(xiàng)頭能(néng)獲取標示了真實物體到攝像(xiàng)頭距離的“深度圖(tú)”。接著,“同步定(dìng)位與(yǔ)建圖係統”會(huì)用多(duō)張深度圖,疊加成完(wán)整的三維場景(jǐng)。如此(cǐ),在E3會展上,那位演示者才能把遊(yóu)戲場景不偏不倚地搬到小桌上。

    以(yǐ)上所有技術的實現,都有賴於強大(dà)的計算能力。除了(le)一般計(jì)算機擁(yōng)有的“中央(yāng)處理器(qì)”(CPU)和“圖形處理器”(GPU),這款產品(pǐn)中還內(nèi)置了一(yī)個微軟自己研發的“全息處理(lǐ)器”(HPU),每秒可以(yǐ)傳輸(shū)兆兆字(zì)節(240字節)的數據(jù),是該產品(pǐn)的核心部件。

    為(wéi)了配合使用者的移動,打造(zào)環繞(rào)聲效(xiào)果,並實現(xiàn)“眼神”“手勢”“語音”等多種互動方(fāng)式(shì),該產品中還裝載了許多其他傳感器,它們都不露聲色地藏在其流(liú)暢(chàng)的外(wài)表下。

    如今,在各類科技大會上,HoloLens屢屢成為焦點。為了拍好它,記者爭相踮起腳(jiǎo)尖,或單膝跪地。相比於前輩“機械章魚”,它(tā)美(měi)得像一個皇冠。

    HoloLens還能做什麽,全球開發者來定

    14個(gè)月前,沒有皇(huáng)冠,也沒有哢哢(kā)的閃光(guāng)燈,在西(xī)雅圖微軟遊客中心的(de)地下室裏,*初的原型機被各種(zhǒng)線路纏(chán)繞,像一個臍帶未斷的胎兒。

    當時,正在此等待微軟新任總裁薩提亞·納德拉的HoloLens團隊(duì)緊張不已。他們對產品本(běn)身很有信心,但也擔心,正著手削減開支的納德拉(lā)會因風險過大(dà)或過(guò)於超前,選擇讓這個小怪物“流產(chǎn)”。

    可是,當納德拉透過鏡片看到貼合在真實物體上的三維圖像後,他馬上(shàng)說:“這正是我們要做的事。”

    從那時起,這台原型機斷掉了(le)一根根有形的“臍帶”,逐漸向“純粹”“優雅”進(jìn)化。但納德拉知道,要使這款產品茁壯成長,還需要另一種“無形的臍(qí)帶”——一個麵向全球、吸(xī)納更多(duō)應(yīng)用開發者智慧的平台。

    在隨(suí)後的會議中,納德拉(lā)和HoloLens項(xiàng)目的研發負責人亞曆克斯·吉普曼一致同意,為了方便開發,應該讓這款產(chǎn)品融入人人熟知的Windows操作係統。

    4月29日的“微軟(ruǎn)開發者大會”上,吉普曼不再緊張,而是微笑著感歎:“能存在於此刻,我是多麽幸運,不同的技(jì)術(shù)正在各就各位。”

    這位留著齊肩中長發的發明家,身材清瘦,帶著一種使人(rén)愉悅的笑容,正鼓動到場的開發者為他的產品生(shēng)產內容。也就是說,HoloLens還能怎麽玩兒,將由(yóu)全(quán)球開發者來(lái)決(jué)定。

    對開發者來(lái)說,一個好消息是,微(wēi)軟已在Windows 10中內置了支持這(zhè)款產品的“應用程序接口”(API),其開發語(yǔ)言,將與Windows係統的已有框架相(xiàng)似。

    微軟還(hái)專門為它啟動了一個有(yǒu)獎學術項目,以“了解全息計(jì)算機的社會角色和可能的(de)應用方(fāng)式”。獲獎者將獲得兩台HoloLens和10萬美元獎金。

    中國IT論壇上,也有人躍躍欲試(shì)地問道:“成(chéng)為HoloLens開發者(zhě)需要什麽技能(néng)?”

    鮑虎軍(jun1)告(gào)訴(sù)中國青年報記者,要製作這種增強現實設備能使用的內(nèi)容,目前的代價仍很高。降低內(nèi)容生產(chǎn)成本,是一個難點,同時也是一個很有前景(jǐng)的領域。

    他同時認為,短期(qī)內,這款產品不適合普通消費者,因為“識別技術”也是一(yī)個難點,在隨機場景內,該產品(pǐn)也許不能如演示中那樣,對真實房間進(jìn)行準確(què)建模(mó)。

    這款新產品需要解決的(de)問題還包(bāo)括視野較小。據試自愉色色介紹,在側頭或向下看時,視線容易遊離出它的“魔法場”。

    續航能力(lì)和充電速度(dù)也是問題,要替代目前的智能手機終端,這款產品要保證(zhèng)數小時以上(shàng)的續航。

    至於價格,在《紐約時報(bào)》5月(yuè)的一篇報道中,一位微軟(ruǎn)高管說,它會比售價超過400美元(yuán)(約2400元人民幣)的遊戲設備貴很多,但“很多”是多少,目前仍未知。

    可以確定的是,微軟已宣布,在(zài)2016年推出(chū)這款產品的企業版;納德拉還聲稱,在Windows 10的時間框架內,將推出消(xiāo)費者版。

    近100年過去了(le),用於戰鬥機瞄準圈的技術,如今化身(shēn)增強現實的酷炫設備(bèi)。不遠的將(jiāng)來,它真能啟動那句令人沸騰的(de)“咒語”嗎?——“創造一個(gè)世界!”


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