新型(xíng)眼(yǎn)鏡表現真(zhēn)實空間裏的(de)虛擬三維全息圖像
頭戴(dài)科幻(huàn)感十足(zú)的黑色“眼鏡”,一個一(yī)身黑衣的男子踱步到舞台中央,他麵前擺著一張(zhāng)空無一物的方桌。
就在這張小小的方桌上,他當著在場幾百人的麵,表演“憑空造物”。
這不(bú)是黑魔法,他也不是“造物之神”,而是一位工程師。在6月15日(rì)舉行的美國(guó)E3遊戲會展上,他成功地把(bǎ)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(gè)有山川、城堡、樹木的世(shì)界在桌上誕生(shēng),看起(qǐ)來觸手可及。
“創造一個(gè)世界(jiè)。”當他平靜地念出這句“咒語(yǔ)”時,現場爆發出掌聲和驚歎。曾經的科(kē)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(zài)工程師頭戴(dài)的“眼鏡(jìng)”中——微軟的*新產(chǎn)品,HoloLens。
它是世界(jiè)上第一款,也是目前唯一一款獨立(lì)的“全息計算機(jī)”。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,因其“魔(mó)法”般的酷炫功能,被戲稱為“黑科技(jì)”。
在今年1月(yuè)亮相後(hòu),它引起了持續關注。來自各地的記者在春寒料峭時節湧到(dào)西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(jiè)。”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(kuò)散,然後均勻地鋪滿了桌麵。
很快,沿著桌邊,一圈圍欄又“長了出來”,“沙地”中心隨即塌陷,一(yī)個奇妙的世界從桌底(dǐ)緩緩升起,展現(xiàn)在眼前的是陡峭的懸崖、宏偉的(de)城堡和蔥蘢的樹木。一切如樂高積木,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(wàn)次,一條得到數百(bǎi)次點(diǎn)讚的評論(lùn)寫道:“快(kuài)拿走我的錢!”
賺大眾的錢,微軟還不急。短(duǎn)期內,他們瞄準的,是一些“更嚴肅的事業”。*先用上這款產品的可能是建築師、醫學生和宇航(háng)員(yuán)。
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款(kuǎn)產品,直(zhí)接在現實空間構造虛擬的三維建(jiàn)築模型,並(bìng)快捷(jié)地修改其形狀和大小。
通過與(yǔ)凱斯西儲大學和克利夫蘭醫(yī)學中心的(de)合作,該團隊在醫學教學(xué)領域也開發出了創新性(xìng)的應用。
無需進入解剖室(shì),也無(wú)需劃(huá)開誰的(de)皮囊,在整潔的教(jiāo)室裏,戴上這(zhè)款產品(pǐn)的學生(shēng),輕盈地在(zài)空中一點,一個三維人體就會出現;手指再橫(héng)向一撥,人體一分(fèn)為四,其他三個“分身(shēn)”是血液係統、骨骼和肌肉組織(zhī)。
學生還可以從骨架中抽出一(yī)根,把它“折斷”,以(yǐ)觀察不同的骨折情形。心髒等(děng)器官也可被單獨抽出,並被剖開,好讓學(xué)習(xí)者觀察(chá)其內部結構。同理,這款產品也可以用來(lái)觀(guān)測化學分子結構、DNA結構、建築和雕塑。
對等不及想試戴它的人來說,《連線》雜誌記者傑西·亨佩爾是另一位值得羨慕(mù)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(gè)秘密的地下實驗室裏,每個(gè)房間都在測試產品應(yīng)用(yòng)。其(qí)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,就“實實在在地(dì)踏上(shàng)了(le)火星”。
隔壁房間的NASA(美(měi)國宇航(háng)局)科學家傑夫·諾裏斯(sī)也加入了她的“火星探索”。他與微軟的(de)團隊一同(tóng)開發了此應用。
“他(tā)出現在我的視野裏,是一個金色的三維人形。”亨佩爾說。
這(zhè)涉及(jí)HoloLens的一項重要功能:不同使用者之間的遠程交(jiāo)流(liú)。
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(chū)一道虛線,指(zhǐ)向他正在(zài)觀察的物體。
順著這(zhè)道虛線,亨佩爾蹲下來(lái)檢查一塊岩石碎片,通過(guò)幾個手勢,她向(xiàng)“好奇號”探測器發出指令,搜集這(zhè)塊沉積物。在(zài)未來實際的太空探索中,宇航員將能借助這款(kuǎn)產品控製真實的探測器。
這是除了“與全息圖像互動”“多人遠(yuǎn)程合作”外,該產品(pǐn)的另一個重要應用方式:通過融合虛擬與現實,實現新型的人機互動(dòng)和人與(yǔ)環境的互動。
回想起這次火星(xīng)漫步,亨佩爾字裏行間透出激動:“我在火星上邁了一步,這(zhè)實在太真實了,以致我雙腿打顫。”
這些技術的實現,都有賴於強大的計算能力,“全息處理器”(HPU),每秒可以傳輸兆兆字節(2^40字(zì)節)的數據(jù)
令普通人震驚到“雙腿打顫”的HoloLens,在(zài)科學(xué)界看來,並不新鮮。其背後的“增強現實技術”曆(lì)史(shǐ)悠久。
近100年前(qián),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——光學瞄準圈。這種投射在戰鬥機座艙罩上的虛擬光環可以(yǐ)自動修正,鎖定敵機(jī)。
就功能和原理而言,HoloLens也不新(xīn)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”的風險,人類就第一次在現實空(kōng)間裏看(kàn)到了虛擬的三維圖像——雖然那隻是一個透明的(de)立方體邊(biān)框。
國內“虛擬現實”領域(yù)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,限製增強現實技術發展的主要是計算能力和算法,及如(rú)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(gè)沒有外連(lián)線路的輕量硬件內(nèi),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(dà)小(xiǎo)。
“顯示技術(shù)”能使我們看到虛擬的(de)三維全息圖像。這是一(yī)場“光(guāng)的(de)魔術”——全息圖像其實是設備自身投射的(de)光線,這些光線通過該產品鏡片(piàn)中的數層(céng)彩色透鏡,*終抵達眼底(dǐ),讓大腦以為看到了(le)真實的物體。
僅有“光之魔法”還不夠(gòu)。和營造虛擬環境的(de)“虛擬現實”技術不同,增強現實技術還需(xū)要天衣無縫地融合虛與實。這就需要識別和跟蹤技術。“識別”指識別(bié)現實空(kōng)間(jiān),以保證虛擬(nǐ)物體落在正確的位置;跟蹤,則是跟蹤使用(yòng)者的移動軌跡,以保證使用者在移動時,眼(yǎn)中的“光之幻(huàn)象”能(néng)處於固定位置。
在具體(tǐ)運行時,該產(chǎn)品會先用深度攝像頭收集(jí)真實空(kōng)間的信息,這種攝像頭能獲取(qǔ)標示了真實物(wù)體到攝像頭距離的“深度圖”。接著,“同步定位與建圖係統(tǒng)”會用多張深度圖,疊加成完整的三維場景(jǐng)。如此,在(zài)E3會(huì)展上,那位演示(shì)者才能把遊(yóu)戲場景(jǐng)不偏不倚地(dì)搬到(dào)小桌上。
以(yǐ)上所有技術的(de)實現,都有賴於強大的計算能力。除了一般計算機擁有的“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(ruǎn)自己研發的“全息處理器”(HPU),每秒可以傳輸兆兆(zhào)字節(240字節)的數據,是該產品的(de)核心部件。
為了配合(hé)使用者的移動,打(dǎ)造環繞聲(shēng)效果,並實(shí)現“眼神”“手勢”“語音”等(děng)多種互動方式(shì),該產品中還裝載了(le)許多其他傳感器,它們都不露聲色地藏在其流暢的外表(biǎo)下。
如今,在(zài)各類科技大會上,HoloLens屢屢成為焦點。為了(le)拍好它,記者(zhě)爭相踮起腳尖,或單膝跪地。相比於前輩“機械章魚”,它美得像(xiàng)一個(gè)皇冠。
HoloLens還能做什麽,全球開發者來定
14個月前,沒有皇冠,也沒有哢哢的閃光(guāng)燈,在西雅圖微軟遊客(kè)中心的地下室裏,*初的原型機被(bèi)各(gè)種線路纏繞,像一個臍(qí)帶未斷的胎兒。
當時(shí),正在此等待微軟新任總(zǒng)裁薩(sà)提亞·納德拉的(de)HoloLens團隊緊張不已(yǐ)。他們對產品本身很有(yǒu)信心,但也擔心(xīn),正著手削減開支的納德拉會因風險過大或(huò)過於超前,選擇讓這個小怪物(wù)“流產”。
可是,當納德拉透過鏡片看到貼(tiē)合在真實物(wù)體上的三維圖像後,他馬上說(shuō):“這(zhè)正是(shì)我們要做的事。”
從那時起,這台原型機斷掉了一根根有形的“臍(qí)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(xū)要另(lìng)一種“無(wú)形的臍帶”——一個麵向全球、吸納更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(mù)的(de)研發負責人亞曆克斯·吉普(pǔ)曼一致同意,為了方便開發,應該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”上,吉普曼不再緊張,而是微笑著(zhe)感歎:“能存(cún)在於此刻,我是多(duō)麽幸運,不同(tóng)的技術正在(zài)各就各位。”
這位留著齊肩中長發的(de)發明(míng)家,身材清瘦,帶著一種使人愉悅的笑容,正鼓動到場的開(kāi)發者為他的產品生產內容。也就是說,HoloLens還能怎麽玩兒,將由全球開發者來決定。
對開發者來說(shuō),一個好消息是,微(wēi)軟已在Windows 10中(zhōng)內置了支持這款產品的“應用程序接口”(API),其開發(fā)語言,將與Windows係統的已有框架(jià)相似。
微軟還專(zhuān)門為它啟動了一個有(yǒu)獎學術項目,以“了解全(quán)息計算機的(de)社會角色和可能的應用方式(shì)”。獲獎(jiǎng)者(zhě)將獲得(dé)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開發者需要什麽技能?”
鮑虎軍告訴中國青年報記者,要製作這種增(zēng)強現實設備能使用的內容,目前的代價仍很(hěn)高。降低內容(róng)生(shēng)產(chǎn)成本,是一個難點,同時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,在隨機場景內,該產品也許不能如演示中那樣,對真實房間進行準確建模。
這款新產(chǎn)品需要解決的問題還包括視野較小。據試正能量网(dá)介紹,在側頭或向下看時,視線容易遊離出它的“魔法場”。
續航能力和充電速度也是問題,要替代目前的智能手機終端,這(zhè)款產品要保(bǎo)證數小時以上的續航(háng)。
至於價格,在《紐約時(shí)報》5月的一(yī)篇報道中,一位微軟高管說,它會(huì)比售價超過400美元(約2400元人民(mín)幣)的遊戲(xì)設備貴很多(duō),但“很多”是多少,目前仍未知(zhī)。
可以確定的是,微軟已宣布,在2016年推出(chū)這款產(chǎn)品的企業版;納德拉還聲稱,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(dòu)機瞄準圈的技(jì)術,如今化(huà)身增強(qiáng)現實的酷(kù)炫設備。不遠的將來(lái),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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