新型眼鏡表現真實空間裏的虛擬三維全息圖像
頭戴科幻感十(shí)足的黑色“眼鏡”,一個一身黑衣(yī)的男子踱步到舞台中央,他麵前(qián)擺著(zhe)一張空無一(yī)物的方桌。
就(jiù)在這張小小(xiǎo)的方桌上,他(tā)當著(zhe)在場幾百(bǎi)人的麵,表演(yǎn)“憑空(kōng)造物”。
這不(bú)是黑魔(mó)法,他也不是(shì)“造物之神”,而是一位(wèi)工程師。在6月15日(rì)舉(jǔ)行的美國E3遊戲會展上,他(tā)成功地把遊戲中的虛擬仙(xiān)境“搬到了”舞(wǔ)台中央的方桌上(shàng)。隨著工程師的指令,一個有山川(chuān)、城堡、樹(shù)木(mù)的世(shì)界在桌上誕生,看起來觸手可及。
“創造一個(gè)世界。”當(dāng)他平靜地念出(chū)這(zhè)句(jù)“咒語”時,現場爆發出掌聲和驚歎(tàn)。曾經的科幻場景,現在(zài)變成了科學事實(shí)。
我在(zài)火星上(shàng)邁了一步,真實到我雙腿打顫
“憑空造物”的秘密,藏在工程師(shī)頭戴的“眼鏡”中——微軟的*新產品,HoloLens。
它是世界(jiè)上第一款,也是目前唯(wéi)一一款獨立的“全息計算機”。能讓使用者在真實物理(lǐ)空間(jiān)內,看到虛(xū)擬的三維(wéi)全息圖(tú)像,並與之(zhī)互動,因其“魔(mó)法”般的酷炫功能,被戲稱(chēng)為“黑科技”。
在今年1月亮(liàng)相後,它引(yǐn)起了持續關注。來(lái)自各地的記者在(zài)春寒料峭時節湧到西雅圖的微軟總部試戴(dài)機器。到了夏天,E3展會上的遊戲玩家又為(wéi)它的“魔力”沸(fèi)騰。
“創造一個世界。”工(gōng)程師對著(zhe)眼前空空的桌麵說,一團流沙般(bān)的白(bái)色物質隨即從桌子中心湧出,迅速擴散,然後均勻地鋪滿了桌麵。
很快,沿著桌邊,一圈(quān)圍欄又“長了出來”,“沙地”中(zhōng)心隨即塌(tā)陷,一個奇妙的世界從桌底緩緩升起,展現在眼前的是(shì)陡峭(qiào)的懸崖、宏偉的城(chéng)堡和蔥蘢的樹木。一(yī)切如樂高(gāo)積木,有著實物的形體,但它們又全是光的幻象。
記錄這神奇一幕的視頻在YouTube上被全球觀眾點播了270多萬次,一條得到數百次(cì)點讚的(de)評論(lùn)寫道:“快拿走我的錢!”
賺大眾的錢,微軟還不急。短期(qī)內,他們(men)瞄準(zhǔn)的,是一些“更嚴肅的事業”。*先用(yòng)上這款(kuǎn)產品的(de)可能是(shì)建築師、醫學生和宇航員。
正如工程師在一張小桌上構造虛擬(nǐ)建築,真(zhēn)正的建築師也能通過這(zhè)款產(chǎn)品,直接在現實空間構造虛擬的三維建築模型,並快捷地修(xiū)改(gǎi)其形狀和大小。
通過(guò)與凱斯西儲大學和克利夫蘭醫學中心的合作(zuò),該團隊在醫學教學領域也開發出了創(chuàng)新性的應用。
無需進入解剖室,也無需劃開(kāi)誰的皮囊,在整潔的教室裏(lǐ),戴上(shàng)這款(kuǎn)產品的學生,輕盈地在(zài)空(kōng)中一點(diǎn),一個三維人體就會出現;手(shǒu)指再橫向(xiàng)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”,以觀察不同的骨折情形。心髒等器(qì)官(guān)也可被單獨抽出,並被剖開,好讓學習者觀察其(qí)內部結構。同理,這(zhè)款產(chǎn)品也可(kě)以用來觀測化學分子結構、DNA結構、建築和雕塑。
對等(děng)不(bú)及想試戴(dài)它的人來說,《連線》雜誌記者傑西·亨佩爾是(shì)另一位值得羨慕的人。去年10月,她就見到了還未發布的原型機,是(shì)第一個(gè)試用HoloLens的“外人”。
在一個秘密的地下實驗室裏,每個房(fáng)間都(dōu)在測試產品應用。其中,讓亨佩爾*難忘的“魔法房間”是“火(huǒ)星(xīng)”。
她打了一個向上的手勢(shì),一(yī)下子,就“實實在在地(dì)踏上了(le)火星”。
隔壁房間的NASA(美國宇航局)科學家(jiā)傑夫·諾裏斯也加入了(le)她的“火(huǒ)星探索”。他與微軟的團隊一同(tóng)開發了此應用。
“他出現在我的視野裏,是一個金色的三維(wéi)人形。”亨佩(pèi)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)看到亨佩爾眼中的世界,而在亨佩爾看來,“人偶諾裏斯”的眼部會射出一道虛線,指向他正在觀察的物體。
順著這(zhè)道虛線,亨佩爾蹲下來檢查(chá)一塊岩石碎片,通過(guò)幾個手勢,她向“好奇號”探測器發出指令,搜集這塊沉(chén)積物。在未(wèi)來實際的(de)太(tài)空探索(suǒ)中,宇航員將能借(jiè)助這款產(chǎn)品控製真實的探測器。
這是除了“與全息(xī)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(xiàn)實,實現新型的人機(jī)互動和人與環境的互動(dòng)。
回想起這次火星漫步,亨佩爾字裏(lǐ)行間(jiān)透出激動:“我在火星上邁了一步,這實在太真實(shí)了,以致我雙腿打顫。”
這些技術的實現,都有賴於(yú)強(qiáng)大的計算能力,“全息處理器”(HPU),每秒可以傳輸兆兆字節(2^40字節)的數據
令(lìng)普通人震驚到(dào)“雙腿打顫”的HoloLens,在科學界看來,並不新鮮(xiān)。其背後的(de)“增(zēng)強(qiáng)現實技術”曆史悠久。
近100年前,增(zēng)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——光學瞄準圈。這種投射在戰鬥機座艙罩上的虛擬(nǐ)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(jī)械(xiè)章魚”一樣的巨大設備(bèi),冒著被“燒腦”的風險(xiǎn),人類就第一次在現實空間裏看到了虛擬的(de)三維(wéi)圖(tú)像——雖然那隻是(shì)一個透明的立方體邊(biān)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(jì)術發展的(de)主要是計算能力和算法,及如何做出更小更輕的硬件。微軟的這款新產品之所以能引起轟動,在於它在一個沒有外連(lián)線路的輕(qīng)量硬件內,集成了“顯示”“跟(gēn)蹤與識別”“交互(hù)”和“計算”等多種技術(shù),通體也就一副滑雪眼鏡大小(xiǎo)。
“顯示技術”能使我們看到虛擬(nǐ)的三維全息圖像。這是一場“光的魔術”——全息圖像其實是設備自身投射的光線,這些光線(xiàn)通過(guò)該產品鏡片中的數層彩色透鏡,*終抵達眼底,讓大腦以為看到了真(zhēn)實的物體。
僅有“光之魔法(fǎ)”還不夠。和營造虛擬環境的“虛擬現實”技(jì)術不同(tóng),增強現實技術還需要天衣無縫地融合虛與(yǔ)實。這就需要(yào)識別和跟蹤技術。“識別”指識別現實空間,以保證(zhèng)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(yǐ)保(bǎo)證使用者在移動時,眼中的“光之幻象”能處於固定位置。
在具體運行時,該產品會(huì)先用(yòng)深度攝(shè)像頭收集真實空(kōng)間的信息,這種(zhǒng)攝像頭能獲取標(biāo)示了真(zhēn)實物體到攝像頭距離的(de)“深度圖”。接著,“同步定位與建(jiàn)圖(tú)係統”會用(yòng)多張深度圖,疊加成完整的(de)三維場景。如此,在(zài)E3會展上,那位演(yǎn)示者才能把遊戲場景不偏不倚地(dì)搬到(dào)小桌上(shàng)。
以上所有技術的實現,都有賴於強大的計算能力。除了一般計算機擁有(yǒu)的“中央處理器”(CPU)和“圖形處理器”(GPU),這款產品中還內置了一個微軟自(zì)己研(yán)發的“全息處理器”(HPU),每秒可以傳輸兆兆字節(240字節)的數據,是該產品的核心(xīn)部件(jiàn)。
為了配合使用者的移動,打(dǎ)造環繞聲效果(guǒ),並實現“眼神”“手勢”“語音”等多種互動方(fāng)式,該產品中(zhōng)還裝載了許多其他傳感(gǎn)器,它們都(dōu)不(bú)露聲色地藏在其流暢的外表下。
如今(jīn),在各類科技大(dà)會(huì)上,HoloLens屢屢(lǚ)成為焦點(diǎn)。為了拍好它,記者爭(zhēng)相(xiàng)踮起腳尖,或單膝跪地。相比(bǐ)於前輩“機械章魚”,它美得像(xiàng)一個皇冠。
HoloLens還能做(zuò)什麽,全球開發者來(lái)定
14個(gè)月前,沒有皇冠,也(yě)沒有哢哢的閃光(guāng)燈,在(zài)西雅圖(tú)微軟遊客中心的地下室裏(lǐ),*初的原型機被各種線路纏繞,像一(yī)個臍帶未斷(duàn)的胎兒。
當時,正在(zài)此等待微軟新任總裁薩提亞·納德拉的(de)HoloLens團隊緊張不已。他們對產品(pǐn)本身很有(yǒu)信心(xīn),但也擔心,正著手削減開支(zhī)的納德拉會因風險過大或過於超前,選擇(zé)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(tǐ)上的三維圖像後,他馬上說:“這正是我們要做的事。”
從那(nà)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”進化。但納德拉知道,要使這款(kuǎn)產品茁壯成長,還需要另(lìng)一種“無形的臍帶”——一個麵向全球、吸納更(gèng)多應用開發者智慧的平台。
在隨後的會議中,納德拉和HoloLens項目的研發負責(zé)人亞曆克斯·吉普曼一(yī)致同意,為了方便開發,應該讓這款產品(pǐn)融入人人熟(shú)知的Windows操作係(xì)統。
4月29日的“微軟開發者大會(huì)”上(shàng),吉普曼不再緊張,而是微笑著感歎:“能(néng)存在於此刻,我是多麽幸運,不同的技術正在(zài)各就各位。”
這位留(liú)著齊肩中長(zhǎng)發的發明家,身材清(qīng)瘦,帶著一種使(shǐ)人愉悅的笑容,正鼓動到(dào)場的開發者為(wéi)他的產品(pǐn)生產內容。也就是說,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(xiāo)息是,微軟已在(zài)Windows 10中(zhōng)內置了(le)支持這款產品的“應用程序(xù)接口”(API),其開發(fā)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術(shù)項目,以“了解全息計算機(jī)的社會角色和可能的應用(yòng)方式”。獲獎者將獲得兩台HoloLens和(hé)10萬美元獎金。
中國IT論壇上,也有人躍躍欲試地問道:“成為HoloLens開發者需要什麽技能(néng)?”
鮑虎軍告訴中國青年(nián)報記者,要製作這種增強(qiáng)現實設備能(néng)使用的內(nèi)容,目前的代價仍很高。降(jiàng)低內容生產成本,是一個難點,同時也是(shì)一個很有前景的領域。
他同時認為,短期內(nèi),這款產品(pǐn)不適合普通消費者,因為“識別技術”也是一個難點(diǎn),在隨(suí)機場景內,該(gāi)產品也許不能如演示中那樣,對真實房間進行準確建模。
這(zhè)款新產(chǎn)品需要解決的問題還包(bāo)括視野較小。據試91网站入口介(jiè)紹,在(zài)側頭或向下看時,視線(xiàn)容(róng)易遊離出它的(de)“魔法場(chǎng)”。
續(xù)航能力和充電速度也是問題,要替代目前的智能手機終端,這款產品要保證數(shù)小時以上的續航。
至於價格,在《紐約時報》5月的一篇報道中,一位微軟高管說,它會比售價超過400美元(約2400元人民幣)的遊戲設備貴(guì)很(hěn)多,但“很多”是多少,目前仍未知。
可以確定的是,微軟已(yǐ)宣布,在2016年推出這款產品的企(qǐ)業版;納德拉還聲稱,在Windows 10的時(shí)間框架內(nèi),將(jiāng)推(tuī)出消費者版。
近(jìn)100年過去了,用於戰鬥機瞄準圈的技術,如今化身增強(qiáng)現實的酷炫設備(bèi)。不遠的將來,它真能(néng)啟(qǐ)動那句(jù)令人沸騰的“咒語”嗎?——“創造一(yī)個世界!”
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