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    新型眼鏡表現真實空間裏的虛擬三維全(quán)息圖(tú)像

    2015/10/20      點(diǎn)擊:

    頭戴科幻(huàn)感十足的黑色“眼鏡”,一(yī)個一(yī)身黑衣(yī)的男(nán)子踱步到舞台中央,他麵前擺著一(yī)張空無一(yī)物的方桌。

    就在這張(zhāng)小(xiǎo)小的方桌上,他當著在場幾百人(rén)的麵,表演“憑空造物”。

    全息成像

    這不是黑魔法,他(tā)也(yě)不是“造物之神(shén)”,而是一位工程師。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擬仙境“搬到了”舞台中央的方(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,看起來觸手可及。

    “創(chuàng)造一個世界。”當他平靜地(dì)念出這句“咒語”時,現場爆發出掌聲和驚歎。曾經(jīng)的(de)科幻場景,現在變成了科學事實。 

    我在火星上邁了一步,真實到我雙腿打顫

    “憑空造物”的秘密,藏在工(gōng)程師頭戴(dài)的(de)“眼鏡”中——微(wēi)軟的*新產品,HoloLens。

    它是世界上第一款,也是目前唯一一款獨(dú)立的“全息計算機”。能讓(ràng)使用者在真實物理空間內,看到虛擬的三(sān)維全息圖像,並與之互動(dòng),因(yīn)其“魔法”般的酷炫功能,被戲稱為“黑科(kē)技”。

    在今年1月亮相後,它引起了持續關注。來自各地的記(jì)者在春寒料峭時(shí)節湧到西雅圖的微軟總部(bù)試戴機器。到了夏天,E3展會上的遊戲玩家又為它的“魔力”沸騰。

    “創造一個世界。”工程師對著眼前空空的桌麵說,一團流沙般的白色物質隨即從桌子中心湧出,迅速擴散,然後均勻地(dì)鋪滿了桌麵。

    很快,沿著桌邊(biān),一圈圍欄又“長了出來”,“沙地”中(zhōng)心隨即塌陷,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、宏偉的(de)城堡和蔥蘢的樹(shù)木。一切如(rú)樂高(gāo)積木,有著實物的形體,但它們又全是光(guāng)的幻象。

    記錄這神奇一幕(mù)的視頻在YouTube上被全球(qiú)觀眾點(diǎn)播了270多萬(wàn)次,一(yī)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(qián),微軟還不急(jí)。短(duǎn)期內,他們瞄準的,是一些“更嚴肅的事業”。*先(xiān)用上這款產品的可能是建築師、醫學生和宇(yǔ)航員。

    正(zhèng)如工程師在一張小桌上構造(zào)虛擬(nǐ)建築,真正的建築師也能通過這款(kuǎn)產(chǎn)品,直接在現實(shí)空間(jiān)構造虛擬的三維建築模(mó)型,並快捷(jié)地修改其形狀和大(dà)小。

    通過與凱斯西儲大學(xué)和克利夫蘭醫學中心的合作,該(gāi)團隊(duì)在醫學教學領域也開發出了創新性的應用。

    無需進入解剖室,也無需(xū)劃開誰的皮囊(náng),在整潔的教(jiāo)室裏,戴上這款產品的(de)學生,輕盈地在空中一點,一個三(sān)維人體就會出現;手指再橫向一撥,人體一(yī)分為四,其(qí)他三個“分身”是血液係(xì)統、骨骼和肌肉組(zǔ)織。

    學生還可以從骨架(jià)中抽出一根,把它“折斷”,以觀察不同的骨折情形。心髒等器官也可被單獨抽出,並被剖開,好讓學習者觀察其內部(bù)結構。同理,這款產(chǎn)品也可以用來觀測化學分(fèn)子結構、DNA結構、建(jiàn)築和(hé)雕塑。

    對等不及想試戴它的人來說(shuō),《連線》雜誌(zhì)記者傑西·亨佩爾是另(lìng)一位值得羨慕的人。去年10月,她就(jiù)見(jiàn)到了還未發布的原型機,是第一個試用HoloLens的“外人”。

    在一個秘密的地下實驗室裏,每(měi)個房間都在測試產品應(yīng)用。其(qí)中,讓亨佩爾*難忘的“魔法房間”是“火星”。

    她打(dǎ)了一個(gè)向上的手勢,一下子,就“實實在在地踏上了火星”。

    隔壁房間的NASA(美國宇航局)科學家傑夫·諾(nuò)裏斯也加入了(le)她的“火星探索”。他與微(wēi)軟的團隊一同開發了此應用。

    “他出(chū)現在我的視野(yě)裏,是一個金色的三維人形。”亨(hēng)佩爾說。

    這涉(shè)及HoloLens的一項(xiàng)重要功能:不同使(shǐ)用者之間的遠程交流(liú)。

    諾裏斯能看到亨(hēng)佩爾眼中的世界,而在亨佩(pèi)爾看來,“人偶諾裏(lǐ)斯”的眼部會射出一(yī)道虛線,指向他正在觀察的物體。

    順著這道虛線,亨(hēng)佩爾蹲下(xià)來檢查一塊岩石碎片,通過幾個手勢,她向“好奇號”探(tàn)測器發出指令,搜集這塊沉積物。在未來實際的太空探(tàn)索中,宇航(háng)員將能借助這款產(chǎn)品(pǐn)控製真實的探測(cè)器(qì)。

    這是(shì)除了“與全息圖像互動”“多人遠程合作”外,該產品的(de)另一個重要應用方式:通過融(róng)合虛擬與現(xiàn)實,實現新(xīn)型的人機互(hù)動和人與環(huán)境的互動。

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

    這些技(jì)術的實現,都(dōu)有賴於強大的計(jì)算能力,“全(quán)息處理(lǐ)器”(HPU),每秒可以傳輸兆兆字節(2^40字節)的數據

    令普(pǔ)通人震驚到“雙腿打顫”的HoloLens,在(zài)科學界看(kàn)來,並不新鮮。其背後的“增(zēng)強現(xiàn)實技術”曆史悠久。

    近100年前,增強現實技術的雛形就已出現,其*早應用是一戰時的一種殺人利器——光學瞄準(zhǔn)圈。這種(zhǒng)投射在戰鬥機座(zuò)艙罩上的虛擬光環可以自(zì)動修正(zhèng),鎖定敵機。

    就功能和(hé)原理而言(yán),HoloLens也不新鮮。其實(shí)早在1968年,頭戴“機械章(zhāng)魚”一樣的巨大設備(bèi),冒著被“燒腦”的風險,人(rén)類就第一次(cì)在現實空間裏看到了虛擬的三維圖像——雖然那隻是一個透明的立方(fāng)體邊框。

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

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

    僅有“光之魔(mó)法”還不夠。和營造虛擬環境(jìng)的“虛擬現實”技術不同,增強現實技術還需要天衣無縫地融合虛(xū)與實。這就需要(yào)識別和跟蹤技術(shù)。“識別”指識別現實空間,以(yǐ)保證虛擬物體落(luò)在正確(què)的(de)位置;跟蹤,則是跟(gēn)蹤使用者的移動軌跡,以保證使用者在移動時,眼中的“光之幻象”能處於固定(dìng)位置。

    在具體運行時,該產品會先用(yòng)深度攝像頭收集真實(shí)空間的信息,這種攝像頭(tóu)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(tú),疊加成完整(zhěng)的三(sān)維場景(jǐng)。如此(cǐ),在E3會展上,那位演示者才能(néng)把遊戲(xì)場景不偏(piān)不倚地搬到小桌上。

    以上所有技術的實現,都有(yǒu)賴於強大的(de)計算能力。除了一般計算機(jī)擁有的“中央處理器”(CPU)和“圖形處理器”(GPU),這款產品中(zhōng)還內置(zhì)了一(yī)個微軟自己研發的“全息處理(lǐ)器”(HPU),每秒可(kě)以(yǐ)傳輸兆兆字節(240字節)的數據,是該產品的核心部件。

    為了配合使用者的移動,打造環繞聲效果,並實現“眼神”“手勢”“語音”等多種互動方式,該產品中還裝載了許多其他傳感器,它們都不露聲(shēng)色地藏在其流暢的外表下。

    如今,在(zài)各類科技大會上,HoloLens屢屢成(chéng)為焦點。為(wéi)了(le)拍好它,記者爭相踮起腳尖,或單膝跪地。相比於前輩“機械章魚(yú)”,它美得像一個皇冠。

    HoloLens還能做什麽(me),全(quán)球開發者來定

    14個(gè)月(yuè)前,沒有皇(huáng)冠,也沒有哢哢的閃光燈,在西雅圖微軟遊客中心的地下室裏,*初的原型機被各種線路纏繞(rào),像一個臍帶未斷的胎兒。

    當時,正在此(cǐ)等待微軟新任總裁薩提亞·納德拉的HoloLens團隊緊張不已。他們對產品本(běn)身很有信心,但(dàn)也擔心,正著手削減(jiǎn)開(kāi)支的納(nà)德拉會(huì)因風險過大或過於(yú)超前,選擇讓這個小怪物“流產”。

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

    從那時起,這台原型機斷掉了一根根有形(xíng)的“臍帶”,逐漸向“純粹”“優雅”進化。但納德拉知道,要使這款產品茁壯成長,還(hái)需要另一種“無形的臍帶”——一個麵向全球、吸納更多應用開發(fā)者智慧的平台。

    在隨後的會(huì)議中,納德拉和HoloLens項目的(de)研發負責人亞曆克斯·吉普曼一致同意,為了方便開發,應該(gāi)讓這款產品融入人人熟知的Windows操作係統。

    4月29日的“微軟開發者大會(huì)”上,吉普曼不再緊張(zhāng),而是微笑著感歎:“能存在於此刻,我是(shì)多麽(me)幸運,不(bú)同的技術正在各就各位。”

    這位留著齊(qí)肩(jiān)中長(zhǎng)發的發(fā)明(míng)家,身材清瘦,帶著一種使人愉悅的笑容,正鼓動到場的開發者(zhě)為他的產品生產內容。也就是說,HoloLens還能怎麽玩兒,將由全球開發者來(lái)決定(dìng)。

    對開發者來說,一(yī)個好消(xiāo)息是,微軟已在Windows 10中內置了支持這款產品的“應用程序接口”(API),其開發語(yǔ)言(yán),將與(yǔ)Windows係統的已有框架(jià)相似(sì)。

    微軟還專門為它啟動了一個有獎學術項目,以“了解(jiě)全息計算(suàn)機的(de)社會角色和可能的應用方式(shì)”。獲獎者將獲得兩台HoloLens和10萬美元獎金。

    中國IT論壇上,也有人躍躍欲試地問道(dào):“成為HoloLens開發者需要(yào)什麽技能?”

    鮑虎軍告訴中國青年(nián)報記者,要製作這種增強現實設備能使用的內容,目前的代價仍很高。降低內容生產成本,是一個難點,同時也是一個很有前景的領(lǐng)域。

    他同時認為,短期內(nèi),這款產品不適合(hé)普通消(xiāo)費者,因為“識別技術”也是一個難點(diǎn),在隨機場景(jǐng)內,該(gāi)產品(pǐn)也許不(bú)能如演示中那樣,對真實房間進行準確建模。

    這款新產品需要解決的問題還包括視野較小。據試91网站入口(dá)介紹,在側頭或向下看時,視線容易遊離出它(tā)的“魔法場”。

    續航能力和充電速度也是問題,要替代(dài)目前的智能手機終端,這款產品要保證數小時以(yǐ)上的續航。

    至於價格,在《紐約時報》5月的一(yī)篇報道中,一位微軟高管說(shuō),它會比售價超(chāo)過(guò)400美(měi)元(約2400元人民幣)的遊戲設備貴(guì)很(hěn)多,但(dàn)“很多”是多少,目前仍未知。

    可以確定(dìng)的是,微(wēi)軟已宣布,在2016年(nián)推出這款(kuǎn)產品的企業版;納德拉還聲(shēng)稱,在Windows 10的時間框架內,將推出消費者版。

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


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