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    新(xīn)型眼鏡表現真實空間裏的(de)虛擬(nǐ)三維全(quán)息圖像(xiàng)

    2015/10/20      點擊(jī):

    頭戴科幻感十足的(de)黑色“眼鏡”,一個一身黑衣的男子踱步到舞台中央,他麵(miàn)前擺著一張空無一物的方桌。

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

    全息成像

    這不是黑魔法,他也不是“造(zào)物之神”,而(ér)是一位(wèi)工程師。在6月15日舉(jǔ)行(háng)的美國E3遊戲會展上,他成功地把遊戲中的虛擬仙境“搬到了”舞台中央的(de)方桌上。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,看起來觸手可及。

    “創造一個世界。”當他平靜地(dì)念出這句“咒語”時,現場(chǎng)爆發出掌聲和驚歎。曾經的科幻場(chǎng)景,現在變成了科學事實。 

    我在火星上邁了一(yī)步,真實到我雙腿打顫

    “憑空造物”的秘密,藏在(zài)工程(chéng)師頭戴的“眼鏡”中——微軟的*新產(chǎn)品,HoloLens。

    它是世界上第一款,也是目前唯(wéi)一一款獨立的“全息計(jì)算(suàn)機”。能讓使用者在真實物理空間內,看到虛(xū)擬的三維全息圖(tú)像,並與之互動,因其“魔法(fǎ)”般的酷炫功能,被戲稱(chēng)為“黑科(kē)技”。

    在今年1月(yuè)亮相後,它引起了持續關注。來自各地的記者在春寒料(liào)峭時節湧到西雅圖的微軟總部試戴機器。到(dào)了夏天,E3展會上的遊(yóu)戲玩家又為(wéi)它的“魔力”沸騰。

    “創造(zào)一個世界。”工程師對著眼前空空的(de)桌麵說,一團流沙般的白色(sè)物質隨即從桌子中心湧出,迅速擴散,然後均勻地鋪滿(mǎn)了桌(zhuō)麵。

    很快,沿著桌邊,一圈圍欄又“長(zhǎng)了出來”,“沙地”中心隨即塌陷(xiàn),一個奇妙的世界從桌底緩緩升起,展現在眼前的是陡峭的懸崖、宏偉(wěi)的城堡和蔥蘢的樹木。一切如樂(lè)高積木,有著實物的形體,但(dàn)它們(men)又全(quán)是光(guāng)的幻象。

    記錄這神奇一幕的視頻在YouTube上(shàng)被全球觀眾點播了270多萬(wàn)次,一條得到數(shù)百次點讚的評論寫道:“快拿走我的錢!”

    賺大眾的錢(qián),微軟還不急(jí)。短期內,他們(men)瞄準的,是一些“更嚴肅的(de)事(shì)業”。*先用上這款產(chǎn)品的可(kě)能(néng)是建築師、醫學生(shēng)和宇航(háng)員。

    正如工程師在一張小桌上構造虛擬建築,真正的建築師也能通過這(zhè)款(kuǎn)產品,直接在現實空間構造虛擬的三維建(jiàn)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中心的合作(zuò),該團隊在(zài)醫學教學領域也(yě)開發出(chū)了創新性(xìng)的應用。

    無需進入解剖室(shì),也無需劃開誰的(de)皮囊,在整潔的教室裏,戴上這款產品的學生,輕盈地在(zài)空中一點,一個三維人體就會出現;手指再橫向一撥,人體一分為四,其他三個“分身”是血液係統、骨骼和肌肉組織。

    學生還可以從骨架中抽出一根,把它“折斷”,以觀(guān)察不同的骨折情形。心髒等器官也(yě)可被單獨(dú)抽出,並被剖開,好讓學習者觀察其內部結構。同理,這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(shì)戴它的人來說,《連線》雜(zá)誌記者傑西·亨佩爾是另一位(wèi)值(zhí)得羨慕的人。去年10月,她就見到了還未發布的原(yuán)型機,是第一個試用HoloLens的“外人”。

    在一個秘密的(de)地下(xià)實驗(yàn)室裏,每個房間都在測試產品應用。其中,讓亨佩(pèi)爾*難忘的“魔法房間”是“火星”。

    她打了一個向上的手勢,一下子(zǐ),就“實實在在地(dì)踏上了火星”。

    隔壁房間的NASA(美國宇航局)科學家傑夫·諾裏斯也加入了她的“火(huǒ)星探索”。他與微軟的團隊(duì)一同開發了此應用。

    “他出現在(zài)我的視野裏,是一個金色的三維人形。”亨佩爾說。

    這涉(shè)及(jí)HoloLens的一項重要功能(néng):不同使用者之(zhī)間(jiān)的遠程交流。

    諾裏斯能看到亨佩爾眼中的世界,而在亨佩爾看(kàn)來,“人偶諾裏斯”的眼部會射出一道虛線,指向他(tā)正在觀察(chá)的物體。

    順著這道虛線,亨(hēng)佩爾(ěr)蹲下來檢查一塊(kuài)岩石碎片,通過(guò)幾個(gè)手勢,她向“好奇號”探測(cè)器發(fā)出指令,搜集這塊沉積物。在未來實際的太(tài)空探索中,宇航員將能借助這(zhè)款(kuǎn)產品控製真實(shí)的探測器。

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

    回想起這次火星漫步,亨佩爾字裏行間透出(chū)激動:“我在火星上邁了一步,這實(shí)在太真實了,以致我雙腿(tuǐ)打顫。”

    這些技術的實現,都有賴於強(qiáng)大的計(jì)算能力,“全息處(chù)理(lǐ)器”(HPU),每秒可以傳輸兆兆字節(2^40字節)的數據

    令普通人震驚到“雙腿打顫”的HoloLens,在科學界看來,並不新鮮。其(qí)背(bèi)後的“增強現實技術(shù)”曆史悠久(jiǔ)。

    近100年前,增強現實技術的(de)雛形就(jiù)已出現,其*早應用是一戰時的一種殺人(rén)利器——光學瞄準(zhǔn)圈(quān)。這種投(tóu)射在戰(zhàn)鬥機座艙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(zhāng)魚”一樣的巨大設備,冒著被“燒腦”的風險,人類就(jiù)第一次在(zài)現實空間裏看(kàn)到了虛擬的三維圖像——雖然那隻是一個透明的立方體邊框。

    國內“虛擬現(xiàn)實”領域專家、浙江(jiāng)大學CAD&CG(計算機(jī)輔助設計和高級繪製語言)國家重點實驗室教授鮑虎軍介紹,長久以來,限製增強現實技術發展的主要是計算能力和算法,及如何做出更小更輕(qīng)的硬件。微軟的這款新產品之所以能引起(qǐ)轟動,在於它在一個沒有外(wài)連線路的(de)輕量硬件內,集成了“顯示”“跟蹤與識別”“交互”和“計算”等多種技術,通體也就一副滑雪眼鏡大小。

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

    僅有“光(guāng)之魔法”還不夠。和(hé)營造虛擬環境的“虛擬現實”技術不同,增強現實技術還需要天衣無縫地融(róng)合虛與實。這就需(xū)要識別和跟蹤技術。“識別”指識別現實空間,以保證虛(xū)擬(nǐ)物體落在正確(què)的(de)位置;跟蹤,則是(shì)跟蹤使用者的移動軌跡,以保證使用者在移動時,眼中的(de)“光之幻(huàn)象”能處於固定(dìng)位(wèi)置。

    在具體運行(háng)時,該產品(pǐn)會先用深度攝像頭收集真(zhēn)實空間的信息,這種攝像頭能獲取標示了真實物體到攝像頭距離的“深度圖”。接著,“同步定(dìng)位與建圖係統”會用多張深度圖,疊加成完整的三維場景(jǐng)。如此,在E3會展上,那位演示者才能把遊戲場景不偏不倚(yǐ)地搬(bān)到小(xiǎo)桌上(shàng)。

    以上所有技術的實現(xiàn),都有賴於(yú)強大(dà)的計算能力。除了一般計(jì)算機擁(yōng)有的(de)“中(zhōng)央處理器”(CPU)和“圖形處理器”(GPU),這款產品中還(hái)內置了(le)一個微軟自己研(yán)發(fā)的“全息處理器”(HPU),每秒可以傳輸兆兆字節(240字節(jiē))的數據,是該產品的核心部(bù)件。

    為了配合使用者的移動,打造環繞聲效果,並實現“眼神(shén)”“手(shǒu)勢”“語音”等多種互(hù)動方式,該產品中還裝載了許(xǔ)多(duō)其他傳感器,它們都不露聲色地藏在其流暢的外(wài)表下。

    如今,在各類科技大會(huì)上,HoloLens屢(lǚ)屢成為焦點。為了拍好它(tā),記者爭相踮起腳尖,或單膝跪地。相比於前輩“機械章魚”,它美得像一個(gè)皇冠。

    HoloLens還(hái)能做什麽,全球開發者來定

    14個月前,沒有皇冠,也沒有哢哢(kā)的閃光燈,在西雅圖微軟遊客中(zhōng)心的地下室裏,*初的原型機被各種線路纏繞,像一(yī)個臍帶未斷的胎兒(ér)。

    當(dāng)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。他們對產品本身很有信心,但(dàn)也擔(dān)心,正著手(shǒu)削減開支的納德(dé)拉會因風險過大或過於超前,選擇讓這個小怪物“流產”。

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

    從那時(shí)起,這台原型機斷掉了一根根(gēn)有形的“臍帶”,逐漸(jiàn)向“純粹”“優雅”進化(huà)。但納德拉知道,要使這款產品茁壯成長,還需要(yào)另一(yī)種“無形的臍帶”——一個麵向全球、吸納更多(duō)應用(yòng)開發者智慧的平台。

    在隨後的會議(yì)中,納德拉和(hé)HoloLens項目的研發(fā)負責人亞曆(lì)克斯·吉普曼一致同意,為了方便開發,應該讓這款產品融(róng)入人人熟知的Windows操(cāo)作(zuò)係統。

    4月29日的“微(wēi)軟開發者大會”上,吉普曼不再緊張,而是(shì)微笑著感歎(tàn):“能存在於此刻,我是多麽幸運,不同的技術正在各就(jiù)各位。”

    這位留(liú)著齊(qí)肩中長發的發明家,身材清瘦,帶著一種使人愉悅的笑容,正鼓(gǔ)動到場的開發者為他的(de)產品生產內容。也就是說,HoloLens還能怎麽(me)玩兒,將由全球開發者來決定。

    對開發者來說,一(yī)個好消息是,微軟(ruǎn)已在Windows 10中內置了支持(chí)這(zhè)款產品(pǐn)的(de)“應用程序(xù)接口”(API),其(qí)開發語言,將與Windows係統的已有框架相似。

    微軟還專門為它啟動了一個有獎學(xué)術項(xiàng)目,以“了解全息計算機(jī)的(de)社會角色(sè)和可能的應(yīng)用方(fāng)式”。獲獎(jiǎng)者將獲得兩台HoloLens和(hé)10萬美元獎(jiǎng)金。

    中國IT論壇上(shàng),也有人躍躍欲試地問道:“成為HoloLens開發者需要什(shí)麽(me)技(jì)能?”

    鮑虎軍告訴中國青年報記者,要製作這種增強現實設備能使用(yòng)的內(nèi)容,目前的代價仍很高(gāo)。降低內容生產成本,是一個難(nán)點(diǎn),同時(shí)也是一(yī)個(gè)很有前景的領域(yù)。

    他同時認為,短期內,這款產品不適合普通消費者,因為“識別技術”也是一個難點,在隨機場景內,該(gāi)產品也許不能如演示中那樣,對(duì)真(zhēn)實房間進行準確建模。

    這款(kuǎn)新產品需要解決的問題還包括視(shì)野較(jiào)小(xiǎo)。據試(shì)日本中出视频介紹,在側頭或向下看時,視線容易遊離(lí)出它的“魔法(fǎ)場”。

    續航能力和(hé)充電速度也是問題,要替代(dài)目前的(de)智(zhì)能手機終端,這款產品要保證數小時(shí)以上的續航。

    至於價(jià)格,在(zài)《紐約時報(bào)》5月(yuè)的一篇報道中,一位微軟(ruǎn)高(gāo)管說,它會比售價超(chāo)過400美元(約2400元人(rén)民幣)的遊戲設備貴很多,但(dàn)“很多”是(shì)多少,目前仍(réng)未知。

    可以(yǐ)確(què)定的是,微軟已宣布,在2016年推出這(zhè)款產品的企業版;納德拉還聲稱,在(zài)Windows 10的時間框架(jià)內,將推出消費者版。

    近100年過(guò)去了,用於戰鬥機瞄準圈(quān)的技術,如今化身增強現實的酷炫設備。不遠的將來,它真能啟動那句令人沸騰的“咒語”嗎?——“創造一個世界!”


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