新型眼鏡表現真實空間裏的虛(xū)擬三維全息(xī)圖像
頭戴科幻感十(shí)足的(de)黑色“眼鏡”,一個一身黑衣的男(nán)子踱步到(dào)舞台中央,他麵前擺著一張空無一物的方桌。
就在(zài)這張小小的方桌上(shàng),他當著在場幾百人的麵,表演“憑空造物”。
這不是(shì)黑魔法,他也不(bú)是(shì)“造物之神”,而是一位工程(chéng)師。在6月15日(rì)舉(jǔ)行的美國E3遊(yóu)戲會展上(shàng),他成功(gōng)地把遊戲中的虛擬(nǐ)仙境“搬到了”舞(wǔ)台中央的方桌上。隨著工程師的指令(lìng),一個有山川、城堡、樹木的世界在桌上誕生(shēng),看起來觸手可及。
“創造一個世界。”當他(tā)平靜地念出(chū)這句“咒語”時(shí),現場爆發出掌聲和驚歎。曾經的科幻場景,現在變(biàn)成了科學事實。
我在(zài)火星上(shàng)邁(mài)了(le)一步,真實(shí)到我雙腿打顫
“憑空造物”的秘密,藏在工程師頭戴的“眼鏡”中——微軟的*新產品,HoloLens。
它是世界上第一款,也是目前(qián)唯一一款獨(dú)立的“全(quán)息計算(suàn)機”。能讓使用者在真實物理空間內,看到虛擬的三維全息圖像,並與之互動,因(yīn)其“魔法”般的酷炫功能,被戲稱為“黑科技(jì)”。
在今(jīn)年1月亮相後,它引起了持續關注。來(lái)自各(gè)地的記者在春寒料峭時(shí)節湧到西雅圖的微軟總部試戴機器。到了夏天,E3展會上的遊(yóu)戲玩家(jiā)又為它的“魔力”沸騰。
“創造一個世(shì)界。”工程(chéng)師對(duì)著眼前空空的桌麵說,一團流沙般的白(bái)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,一圈圍欄又“長(zhǎng)了出來”,“沙地”中心隨即塌陷,一個奇妙的世界從桌底緩緩升起,展現在眼前的是陡峭(qiào)的懸崖、宏偉的城堡和蔥蘢(lóng)的樹木。一切如樂高積木,有(yǒu)著實物的形體,但它們(men)又全是光的幻象。
記錄這神奇一幕的視頻在YouTube上被全球觀眾點播了270多(duō)萬次,一條得到數百次點(diǎn)讚的評論寫道:“快拿走我的錢!”
賺大眾的錢,微軟還不急。短期內,他們瞄準的,是一些“更嚴肅的事業”。*先用上這款產(chǎn)品的可能是建築師、醫學生和宇航員。
正如工程師(shī)在一張小桌上構造虛擬建築,真正的建築師也能(néng)通過這款產品,直接在現實空(kōng)間構造虛擬(nǐ)的三維建築模型,並快捷地(dì)修改其形(xíng)狀和大小。
通過與凱(kǎi)斯西儲大學和(hé)克利夫蘭(lán)醫學中(zhōng)心的合作,該團隊在醫學教學領域也開發出了(le)創新性的應用。
無需進入解剖室,也無需劃開誰的皮囊,在整潔的教室(shì)裏,戴上這款(kuǎn)產品(pǐn)的學生,輕盈地在空中(zhōng)一點,一個三維人體就會出現;手指再橫向一撥,人體一分為(wéi)四,其他三個“分身”是血液係統、骨骼和肌肉(ròu)組織。
學生(shēng)還可以(yǐ)從骨架中(zhōng)抽出一(yī)根(gēn),把它“折斷”,以觀察不同的(de)骨折情(qíng)形。心髒等器官也可(kě)被單獨抽出,並被剖開,好讓學習者觀察其內部結構。同理,這款產品也(yě)可以(yǐ)用來觀測化學分子結構、DNA結構(gòu)、建築和雕塑。
對等不及想試戴它的人來說,《連線》雜誌(zhì)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“外人”。
在一個秘密的地下實驗室裏,每個房間都在測試產品應用。其中,讓亨佩爾*難忘的“魔法房間”是“火星”。
她(tā)打(dǎ)了一個向上的手勢,一(yī)下子,就“實實在在地踏上了火星(xīng)”。
隔壁房間(jiān)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”。他與微軟的團隊一(yī)同(tóng)開發了此應用。
“他出現在我的視野裏,是一個金色的三維人形。”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(chéng)交流。
諾裏斯能(néng)看到亨佩爾眼中的世界,而在(zài)亨佩爾(ěr)看來,“人偶諾裏(lǐ)斯”的眼部會射出一道(dào)虛線,指向他正在觀察的物體。
順著(zhe)這道虛(xū)線,亨佩爾蹲下來檢查一塊(kuài)岩石(shí)碎片,通過幾個手勢,她向“好奇號”探測器發出指令,搜集這塊沉積物。在未來實際的太空探索中,宇航員將能借助這款產品控(kòng)製真實的探測器。
這是除了(le)“與全息圖像互動”“多人遠程(chéng)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,實現新型的人機(jī)互動和人與(yǔ)環境(jìng)的互動。
回想起這次火星漫步,亨佩爾字(zì)裏行間透出激(jī)動:“我在火星上邁了一步,這實在太真(zhēn)實(shí)了,以致我雙腿打顫。”
這些技術的實現,都(dōu)有賴(lài)於強大的計算能力,“全息處理器”(HPU),每秒可以傳輸兆兆字節(jiē)(2^40字節)的數據
令普(pǔ)通人震驚到(dào)“雙腿打顫”的HoloLens,在科學(xué)界看來,並不新鮮。其背後的“增強現實技術”曆史悠(yōu)久。
近100年(nián)前,增強現實技術的(de)雛形就已出(chū)現,其*早應用是一戰時的一種殺人利器——光學瞄準圈。這種投射在戰(zhàn)鬥機座艙罩上的(de)虛擬光環可(kě)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(zǎo)在1968年,頭戴“機械章魚”一樣的巨大設備,冒著被“燒腦”的(de)風險,人類(lèi)就第一次(cì)在現實空間(jiān)裏看到(dào)了虛擬的三維圖像——雖(suī)然那隻是一個透明的立方體邊框。
國內“虛擬現實”領域專家(jiā)、浙江大學CAD&CG(計算機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(zhǎng)久以來,限製增強現實技術發展的主(zhǔ)要是計算能力和算法,及如何做出更小(xiǎo)更輕的硬件。微軟的這款新產品之所以能引起轟動,在於它在(zài)一個沒有外連線路的輕量(liàng)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。
“顯示技術”能使我們看到虛擬的三維全(quán)息圖像。這是一場“光的魔術”——全息圖像其實是設備自身投(tóu)射的(de)光線(xiàn),這些(xiē)光線通過該產品鏡(jìng)片中的數層彩色透鏡,*終抵達眼(yǎn)底,讓大腦以為(wéi)看到了真實的物體。
僅(jǐn)有“光之魔法”還不夠。和營造虛擬環境的“虛(xū)擬現實”技術不同,增強現實技術還需要天衣無(wú)縫地融合虛與實。這就需(xū)要識別和跟蹤(zōng)技術。“識(shí)別”指識別現實空間,以保證虛擬物體落在正確的位置;跟蹤,則是跟蹤使用者的移動軌跡,以保(bǎo)證使用者在(zài)移動(dòng)時,眼中的“光之幻象”能處於固定位置(zhì)。
在具體運行時,該產品會先用深度攝像頭收集真實空間的信息,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,“同步定位與建圖係統”會用(yòng)多張深(shēn)度圖,疊加成完整的三維場景。如此,在E3會展上,那位(wèi)演示者才(cái)能把遊(yóu)戲場景不偏不倚(yǐ)地搬到小桌上。
以上所有技術的實現,都有賴於強大的(de)計算能(néng)力。除了一般計算機擁有的“中央處(chù)理器”(CPU)和“圖形(xíng)處理器”(GPU),這款產品中還內置了一個微軟自己研發(fā)的“全息(xī)處理器”(HPU),每秒可以傳輸(shū)兆兆字節(240字節)的數據(jù),是該產品的核心部件。
為了(le)配合使用者的移動,打造環繞聲效果,並實現“眼(yǎn)神”“手勢”“語(yǔ)音(yīn)”等(děng)多種互動方式,該產品中還裝載了許多其他傳感器,它們都(dōu)不露聲色地藏在其流暢的外表下。
如今,在各(gè)類(lèi)科技大會上,HoloLens屢屢成為焦點。為了(le)拍好(hǎo)它,記者爭相踮起腳尖,或單膝跪地。相(xiàng)比於前輩“機械章魚(yú)”,它美得像一個皇冠。
HoloLens還(hái)能做什麽,全球開發者來定
14個月前,沒有皇冠(guàn),也沒有哢(kā)哢的閃光燈,在(zài)西雅圖微軟遊客中心的地下室裏,*初的原(yuán)型機被各種(zhǒng)線路纏繞,像一(yī)個臍帶未斷的胎兒。
當(dāng)時,正在此等待微軟新任總裁薩提亞(yà)·納德拉的HoloLens團隊緊張不已。他們對產品本身很有信(xìn)心,但也擔心,正著(zhe)手削減開(kāi)支的納德拉會因風險過大或過於超前,選擇讓這個小(xiǎo)怪物“流產”。
可是,當納(nà)德(dé)拉透過鏡片看到貼(tiē)合在真實物體上的三維圖像後,他馬(mǎ)上說:“這正是我們要做(zuò)的事。”
從那時起,這台原型機斷掉了一根根有形的(de)“臍(qí)帶”,逐(zhú)漸(jiàn)向“純粹”“優雅”進化。但(dàn)納德拉知道,要使(shǐ)這款產品茁壯成長,還需要另一(yī)種“無形的臍帶”——一個麵向全球、吸納更多(duō)應用開發者智慧的平台。
在隨後的會議中,納德拉和HoloLens項目的研發負(fù)責人亞曆克斯·吉普曼一(yī)致同意,為了(le)方便開發,應該讓這款產品融入(rù)人人熟知的Windows操作係統。
4月(yuè)29日的“微軟開發者大會”上,吉普曼不再緊張,而是微笑著感歎:“能存在於此(cǐ)刻(kè),我是(shì)多麽幸運,不同(tóng)的技術正在各就各位。”
這位留著齊肩中長發的發明家,身材清瘦,帶著一種(zhǒng)使人愉悅的笑容(róng),正鼓動到場的開發者為(wéi)他的產品生產內容。也就是(shì)說,HoloLens還(hái)能怎麽玩兒,將由全球開發者來決定。
對開發者來說,一個好消息(xī)是,微軟已在Windows 10中內(nèi)置了支持這(zhè)款產(chǎn)品的“應用程序接口”(API),其開發(fā)語言,將與Windows係(xì)統的已有框架相似。
微軟還專門為它啟動了一個有獎學術項目,以“了解(jiě)全息計算機的社會角色和可能的應用方式”。獲獎者將獲得兩台HoloLens和10萬美元獎金。
中國IT論(lùn)壇上,也有人躍躍欲試地問道:“成為HoloLens開發者需要什麽技(jì)能?”
鮑虎(hǔ)軍告訴中國(guó)青年報記者,要製(zhì)作這種增強現實設備能使用的內容,目前的代價(jià)仍很高。降低內容生產成本,是一個難(nán)點,同時也是一個很有前景的領域。
他同時認(rèn)為,短期內,這款產品不適合(hé)普通消費者,因為“識別技術”也是一(yī)個難點,在隨機場景內,該產品也許不能如演示中那樣,對真實房間進行(háng)準確建模。
這款新產品需要解決的問題還包括視野較小。據試密桃直播介紹,在側頭或向下看時,視(shì)線(xiàn)容易遊離(lí)出它的“魔法場”。
續航能力和充電速度也是問題,要替代目前的(de)智能手機終端,這款產(chǎn)品要保證數小時(shí)以上的續航。
至於價格(gé),在《紐約時報》5月(yuè)的一篇報道中,一(yī)位微軟(ruǎn)高管說,它會比(bǐ)售價超過400美(měi)元(約2400元人(rén)民(mín)幣)的遊戲設備貴很多,但(dàn)“很多”是多少(shǎo),目前仍未知。
可以確定的是,微軟已宣布,在2016年推出這款產品的企(qǐ)業版;納德(dé)拉還聲(shēng)稱,在Windows 10的時間框(kuàng)架內,將推出消費者版(bǎn)。
近100年過去了(le),用於(yú)戰鬥機瞄準圈的技術,如今化身增強現(xiàn)實(shí)的酷炫設備。不遠的將(jiāng)來,它真能(néng)啟(qǐ)動那句令人沸騰的“咒語”嗎?——“創(chuàng)造一(yī)個世界!”
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