新型眼鏡表現真實(shí)空間裏的虛擬三維全息圖像
頭戴科幻感十足的黑色“眼鏡”,一個一身黑衣的男子踱步到舞台中央,他麵前擺著一張空無一(yī)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”。
這不是黑魔法,他也不是“造物(wù)之神”,而是一位工程師。在6月15日舉行的美國(guó)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。”當他平靜地念出這句“咒語”時,現場爆發出掌聲和(hé)驚歎。曾經的科幻場景,現在變成了科(kē)學事實。
我在火星上邁了一步,真實到我雙腿打(dǎ)顫
“憑空造物”的秘密(mì),藏在工程師頭(tóu)戴的“眼鏡”中——微軟的*新(xīn)產品,HoloLens。
它是世界(jiè)上第一款,也是目前唯(wéi)一一(yī)款獨立的(de)“全息計算機”。能讓使用者在真實物(wù)理空間內,看到(dào)虛擬的三維全息圖像,並與之互(hù)動,因其“魔法”般的酷(kù)炫功能,被戲稱為“黑科技”。
在(zài)今年1月亮相後,它引(yǐn)起了持續關注。來自各地(dì)的記者在春寒料峭時(shí)節湧到西(xī)雅圖的微軟總部試戴機器。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(gè)世界。”工程師對著眼前空空的桌(zhuō)麵說(shuō),一團流沙般的白色物質隨即從桌子中(zhōng)心湧出,迅(xùn)速擴散,然後均勻地鋪滿了桌麵(miàn)。
很快,沿著(zhe)桌邊,一圈圍欄又“長了出來”,“沙地”中心隨即塌陷,一個(gè)奇(qí)妙的世界從桌底緩緩升起,展現在眼前(qián)的是(shì)陡峭的懸崖、宏偉(wěi)的(de)城堡和蔥蘢的樹木。一切如樂(lè)高積木,有著實物的形體,但它們又全是光的(de)幻象。
記錄這(zhè)神奇一幕的視頻在YouTube上被(bèi)全球觀眾點播了270多(duō)萬(wàn)次,一條得(dé)到數百次點讚的評論寫道:“快拿走我(wǒ)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(yè)”。*先用上這款產品的可能(néng)是建築師、醫學生和宇航員。
正如工程師在(zài)一張小桌上(shàng)構造虛擬(nǐ)建(jiàn)築,真正的建築師也能通過這款產品,直(zhí)接在現實(shí)空間構造(zào)虛擬的三維(wéi)建築(zhù)模型,並快捷地修改(gǎi)其形狀和(hé)大小。
通過與凱斯西儲大學和克利(lì)夫蘭(lán)醫學中心的合(hé)作,該團隊(duì)在醫學(xué)教學領域(yù)也開發出了創(chuàng)新性的應用。
無需進入解剖室,也無需劃開誰的皮囊,在整潔的教室裏,戴(dài)上這款產品的學生,輕盈地在(zài)空中一(yī)點,一個三維人體就會出現;手指再橫向(xiàng)一撥,人體一分為四,其他三個(gè)“分身”是血液係統、骨骼和肌肉組織。
學(xué)生還可以從骨架中抽出一根,把它“折斷”,以觀察不同的(de)骨折情形(xíng)。心髒等器官也可被單獨抽出,並被剖開,好讓學習者觀察其(qí)內部結構。同理,這(zhè)款產(chǎn)品也可以用來觀測化學分子結(jié)構、DNA結構、建築和雕塑。
對等不及想試戴它的人來(lái)說,《連線》雜誌記者傑西·亨佩爾是另(lìng)一位值得羨慕的人。去年10月(yuè),她就見到了還未發布(bù)的(de)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(pǐn)應用(yòng)。其中,讓亨佩爾(ěr)*難忘的“魔法房間”是“火星”。
她打了一個向上的手勢,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·諾裏斯也加入了她的“火星探索”。他與微軟的(de)團隊一同開發了此應用。
“他出現在我的(de)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(yào)功能:不(bú)同使用者(zhě)之間的遠程交流。
諾(nuò)裏斯能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(de)物(wù)體。
順著這道虛線,亨佩爾蹲下來檢查一塊岩石碎片,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(kōng)探索中(zhōng),宇航員(yuán)將能借助這款產品控製(zhì)真實的探測器。
這是除了“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(yòng)方式:通過融合(hé)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(huǒ)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,都有賴於強大的計算能(néng)力,“全息處理器”(HPU),每秒可(kě)以傳輸兆兆字節(jiē)(2^40字節)的數據
令普通人震驚到“雙腿打顫”的HoloLens,在科學界(jiè)看來(lái),並不新鮮。其背後的“增強現實技術”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(yī)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光環可以自動修正,鎖定敵機。
就功能和(hé)原理而言,HoloLens也(yě)不新鮮。其實早在1968年,頭戴“機械章魚”一樣的巨大設(shè)備,冒著被“燒腦”的(de)風險,人類就第一次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(de)立方體邊框(kuàng)。
國內“虛擬現(xiàn)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(shí)驗室教授鮑虎軍介紹(shào),長久以來,限製(zhì)增強現實(shí)技術發展的主要是計(jì)算能力和算(suàn)法,及如何做出(chū)更小更輕的硬件(jiàn)。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線路的輕量硬件內,集(jí)成了“顯示”“跟蹤與識別”“交互”和“計算(suàn)”等多(duō)種技術,通體也就一副滑雪眼鏡大小。
“顯示(shì)技術”能使我(wǒ)們看到虛擬的三維全息圖像。這是一場“光的魔術”——全息(xī)圖像其(qí)實是設備自身投射的(de)光線,這些光線通過該產品鏡片中的數層彩(cǎi)色透鏡,*終抵達眼底,讓大腦以為看到了(le)真(zhēn)實的物體。
僅有“光(guāng)之魔法”還不夠。和營造虛擬環境的“虛擬現實”技術不同,增強現實技術還需要天衣無縫地(dì)融合虛與實。這就需要識別和跟蹤技術。“識別”指識別現實空(kōng)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(de)移動軌跡,以保(bǎo)證使用者在移動時,眼中的“光之幻象”能處(chù)於固定位置(zhì)。
在具(jù)體運(yùn)行時,該(gāi)產品會(huì)先用深度攝像頭收集(jí)真實空間的信息,這種攝像頭能獲取標示了(le)真實物體到攝像頭(tóu)距離的“深度圖”。接著,“同步定位與建圖係統(tǒng)”會用多張深度圖,疊加成完整的(de)三維場景。如此,在E3會展上,那位演示者才能把遊戲場景不偏不倚地搬到小桌上。
以上所有技術的實現,都有賴(lài)於強大(dà)的(de)計(jì)算(suàn)能力。除了一般計(jì)算機擁有的“中央處理器”(CPU)和“圖形處理器”(GPU),這款產品(pǐn)中還內置了一個(gè)微軟自己研發的“全息處理器”(HPU),每秒可以傳輸兆兆字節(240字節)的數據,是該產品的核心部件(jiàn)。
為了配合使用者的移動,打造環繞聲效果(guǒ),並實現“眼神”“手勢”“語音”等(děng)多種互動方式,該(gāi)產品(pǐn)中(zhōng)還裝載了許多其他傳感器,它們都不露聲色地藏(cáng)在其流暢(chàng)的外表下。
如今,在各類科技大會上,HoloLens屢屢成為焦(jiāo)點。為了拍好它,記(jì)者爭相踮起腳尖,或單膝跪地。相比於前輩“機械(xiè)章魚”,它美得像一個皇冠。
HoloLens還能做什麽,全球開發者來(lái)定
14個月前,沒有皇冠,也沒有哢哢的閃光燈,在西雅圖(tú)微軟(ruǎn)遊客中(zhōng)心的地下室裏,*初(chū)的原型機被各種線路纏繞(rào),像一個(gè)臍帶未斷的胎兒。
當(dāng)時,正在此等待(dài)微軟新任總裁薩提(tí)亞·納德拉的HoloLens團隊(duì)緊(jǐn)張不(bú)已(yǐ)。他們對產(chǎn)品本身很有信心,但也擔心,正著手削減開支的(de)納德拉(lā)會因風險(xiǎn)過(guò)大或過於超前,選擇讓(ràng)這個小怪物“流(liú)產”。
可是,當納德拉透過鏡片看到貼合在真實物體上(shàng)的三維圖(tú)像後,他馬上說:“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(yǒu)形的“臍帶”,逐漸向“純粹”“優雅”進化。但納(nà)德拉知道,要使(shǐ)這款(kuǎn)產品茁壯成(chéng)長,還需要另一種“無形(xíng)的臍帶”——一個麵向全(quán)球、吸納更多應用開發者智慧的平台(tái)。
在隨(suí)後的會議中(zhōng),納德拉和HoloLens項目的(de)研發(fā)負責人亞曆克斯·吉普曼一致同意,為了方便開發,應該讓(ràng)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”上,吉(jí)普曼不再緊張,而是微笑著感歎:“能存在於(yú)此刻(kè),我是多麽幸(xìng)運,不同的技術正在各就(jiù)各位。”
這(zhè)位(wèi)留著齊肩中長發的(de)發明家,身(shēn)材清瘦,帶著一種使人愉悅的笑容,正鼓動到場的(de)開發者為他(tā)的產品(pǐn)生產內容。也就是說,HoloLens還能怎麽玩兒,將由全球開發者來決定。
對開(kāi)發者(zhě)來說,一個好消息是,微軟已在Windows 10中內置了支持這款產品的“應用(yòng)程(chéng)序(xù)接口”(API),其開(kāi)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(gè)有獎學術項目,以“了解全息計算機的社會角色和可(kě)能的應用方式”。獲獎者將(jiāng)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:“成為HoloLens開發(fā)者需要什麽技能?”
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(shǐ)用(yòng)的內容,目(mù)前的代價仍很高。降低內容生產成本,是一個難點,同時(shí)也是一個很有前景的領域。
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(chǎng)景內,該產品也許不能如演示中那樣,對(duì)真實(shí)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(jù)試日本中出视频介紹,在(zài)側頭或向下看時(shí),視線容易遊離出它的“魔法場”。
續航能力和充(chōng)電速度也是問題,要替代目前的智能(néng)手機終端,這款產品要保證數小時以上的續航。
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(xì)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2016年推出(chū)這款產品的(de)企業版;納德拉還聲稱,在Windows 10的時(shí)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,如今化身(shēn)增強現實的酷炫設備。不(bú)遠的(de)將來,它真能啟動那句令人沸騰的“咒語”嗎?——“創造一個世界!”
- 上一篇:iphoness瞬(shùn)間變身3D掃描儀 2015/11/6
- 下一篇(piān):慣性(xìng)傳感器知識 2015/10/15