新型眼鏡表現真實空間(jiān)裏的(de)虛擬三維全息圖像
頭戴科幻感十足的黑色“眼鏡”,一(yī)個一身黑(hēi)衣的男子踱步(bù)到舞台中央,他麵前擺著一張空無一物(wù)的方桌。
就在這張小小的方(fāng)桌上,他當著(zhe)在場幾百人的麵,表演“憑空造物”。
這不是(shì)黑魔法,他也不是“造物之神”,而是一(yī)位工程師。在6月15日舉行的美國E3遊戲會展上(shàng),他成功地把遊(yóu)戲中(zhōng)的虛擬(nǐ)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(shù)木的世界在桌上誕生,看起來觸手可及。
“創造一個世界。”當他(tā)平靜(jìng)地念出這句“咒語”時,現場爆發出掌聲和驚歎。曾經的科幻場景,現在變成(chéng)了科(kē)學事實。
我在火星上邁了一步(bù),真實到我雙腿打顫
“憑空造物”的(de)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(dì)一款,也是目前(qián)唯一一款獨立的“全(quán)息計算機”。能讓使用(yòng)者在真實物理空間內,看到(dào)虛擬的三維全息圖像,並與之互動,因其“魔法”般的酷炫功能,被戲稱為“黑科技”。
在今年1月亮相後,它引起(qǐ)了持續關注。來自各地的記者在春寒料峭時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(sè)物質隨(suí)即從桌子中心湧出,迅速(sù)擴散,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緩緩升起,展現在眼前的是陡峭的懸(xuán)崖、宏偉的城堡(bǎo)和蔥蘢的樹木(mù)。一切如樂高積木(mù),有著實物的形體(tǐ),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(le)270多萬次,一條得到數(shù)百次(cì)點讚的評論寫道:“快拿走我的錢!”
賺大眾的錢,微軟還不急。短(duǎn)期內,他(tā)們瞄準的,是一些“更嚴肅(sù)的事業”。*先用上(shàng)這款產品的(de)可(kě)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,真正的建築師也能通過這款產(chǎn)品,直接在現實空間(jiān)構造虛擬的三維建築(zhù)模型,並快捷地修改其形狀和大小。
通過與凱斯(sī)西儲大學(xué)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新性的應用。
無需(xū)進入解剖室(shì),也無需劃開誰的皮囊,在整潔的教室裏,戴上這款產品的學生,輕盈地在空中一點,一個三維人體就會出現;手指再橫向一撥,人體一(yī)分為四,其(qí)他三個“分身”是血液係統、骨骼和肌肉組織。
學生還可以從骨架中抽出一根,把它“折(shé)斷”,以觀察不同的骨折情形。心(xīn)髒等器(qì)官(guān)也可被單獨抽出(chū),並被(bèi)剖開,好讓學習者觀察其內部結(jié)構。同理(lǐ),這款產品也可以用來觀測化(huà)學分子結構、DNA結構(gòu)、建築和雕(diāo)塑。
對等不及想(xiǎng)試戴它的人(rén)來說,《連(lián)線》雜誌記者傑西·亨佩爾是另一位值得羨慕的人。去(qù)年10月,她就(jiù)見(jiàn)到了(le)還未發(fā)布的原型機,是(shì)第一個試用HoloLens的“外人”。
在(zài)一個秘密(mì)的(de)地下(xià)實驗室裏,每個房間都在測(cè)試產品應用。其中,讓亨佩爾*難忘的(de)“魔法房間”是(shì)“火星”。
她打了一(yī)個(gè)向上的手勢(shì),一下子,就“實(shí)實(shí)在在地踏上了(le)火星”。
隔壁房(fáng)間的NASA(美國宇航局)科學家傑夫·諾裏斯也加入(rù)了她的“火星探索”。他與微軟的團隊一同開發了此應用。
“他出(chū)現在我(wǒ)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(xiàng)重要功(gōng)能:不同使(shǐ)用者之間的遠程交流。
諾裏斯能看到亨(hēng)佩爾眼中的世界,而在亨佩爾看來,“人偶諾裏斯”的眼(yǎn)部(bù)會射出(chū)一道虛線(xiàn),指向(xiàng)他正在觀察的物體。
順著這道虛線,亨(hēng)佩爾蹲下來檢查一塊岩石碎片,通(tōng)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(jì)的(de)太空探索中,宇航員將能借助這款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,該產品的另一個重要應用方(fāng)式:通過融(róng)合虛擬與現實,實現新(xīn)型的人機互動和人(rén)與環境的互(hù)動。
回(huí)想起這次火星漫步,亨佩爾字裏行間透出激(jī)動:“我在火星上邁了一(yī)步,這實在太真實了,以致我雙腿打顫。”
這些技術的實(shí)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字節)的數據
令普通人震驚到“雙(shuāng)腿打(dǎ)顫”的HoloLens,在科學界看來,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(de)雛形就已出現,其*早應用是(shì)一(yī)戰時的一種殺人利器(qì)——光學瞄準圈(quān)。這種投射在戰鬥機座(zuò)艙罩(zhào)上(shàng)的虛擬光(guāng)環可以自動修(xiū)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(tóu)戴“機械章魚”一樣的巨大設備,冒著被“燒腦”的風(fēng)險(xiǎn),人類就第一次在現實空(kōng)間裏看到了虛(xū)擬的三維(wéi)圖像——雖然那隻是一(yī)個透(tòu)明的立方體(tǐ)邊框。
國內(nèi)“虛擬(nǐ)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(jiè)紹,長久以(yǐ)來,限製增強現實技術發展(zhǎn)的主要是計算能力和算(suàn)法,及如(rú)何做出(chū)更(gèng)小更輕的硬件。微軟的這款新(xīn)產品之所以能引(yǐn)起轟動,在(zài)於它在(zài)一個沒有外連線路的輕量硬件內,集成了“顯示(shì)”“跟蹤與(yǔ)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(wǒ)們看到虛擬的三維全息(xī)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)通過該產品鏡片中的數層彩色透鏡,*終抵達眼底(dǐ),讓大腦以為看(kàn)到了真實的物體。
僅有“光之(zhī)魔法(fǎ)”還(hái)不夠。和營造虛擬(nǐ)環(huán)境的“虛擬現實”技術不同,增強現實(shí)技術還需要天衣無縫地融合虛與實。這就需要識(shí)別和跟蹤技術。“識別”指識別現實空間,以保(bǎo)證虛擬物體落在正確的位置;跟蹤,則是跟蹤使(shǐ)用(yòng)者的移動軌跡,以保證使用者在移動時,眼中的“光之幻象”能處於固定位置。
在具體(tǐ)運行時,該(gāi)產品會先用深度攝像頭收集真實(shí)空間的信息,這種攝像頭能獲取標示了真實物體到攝(shè)像頭距離的“深度圖”。接著,“同(tóng)步定位與建圖係統”會用多張深度圖(tú),疊加成完整的三維場景。如此,在E3會展上,那位演示者才能把遊(yóu)戲場景不偏不倚地搬到小桌上。
以上所(suǒ)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(hái)內置了一個微軟自己研發(fā)的“全息處理器”(HPU),每秒可以傳輸兆兆(zhào)字節(240字節(jiē))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(qì),它們都不露聲色地藏在其流(liú)暢的外表下(xià)。
如(rú)今,在各類科技大會上,HoloLens屢屢成為焦點。為了拍好它,記者爭相踮起(qǐ)腳(jiǎo)尖,或單膝跪地(dì)。相比於前輩(bèi)“機械章魚(yú)”,它美得像一個皇冠。
HoloLens還能做什麽,全(quán)球開發者來定
14個月前,沒有皇冠,也沒有哢哢的閃(shǎn)光燈(dēng),在西雅圖微軟遊客中心(xīn)的地下室裏,*初的原型機被各種線路纏繞,像一個臍帶未斷的胎兒。
當時,正在此等待(dài)微軟新任總裁薩提亞·納(nà)德拉的HoloLens團隊緊張不已。他們對產品本身很有信心,但也擔心,正著(zhe)手削減(jiǎn)開支的納德拉會因(yīn)風險過大或過於(yú)超前,選擇讓這個小(xiǎo)怪物“流產”。
可是,當納德拉透(tòu)過鏡片看(kàn)到貼合在真實物體上的三維圖像後,他馬上說:“這正是我們要做的事(shì)。”
從那時(shí)起,這台原型機斷掉了一根根有形的“臍帶”,逐漸(jiàn)向“純粹”“優雅(yǎ)”進化。但納(nà)德拉知道,要(yào)使這款產(chǎn)品茁壯成長,還需要另一種“無形的臍帶”——一個(gè)麵向(xiàng)全球(qiú)、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項目的研發負責人亞曆克斯·吉普曼一致同意,為了方便(biàn)開發,應該讓這款產品融入人人熟知的Windows操(cāo)作係統。
4月29日的“微軟開(kāi)發者大會”上,吉普曼不再(zài)緊張,而是微笑著感歎:“能存在於此刻,我(wǒ)是多(duō)麽幸運,不同的技術正在各就各位。”
這(zhè)位留著齊肩中長發的發明家,身材清瘦(shòu),帶著一種使人愉悅的笑容,正鼓動到場的開發者為(wéi)他的產品生(shēng)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,一(yī)個好消息是,微(wēi)軟已在Windows 10中內置了支持這(zhè)款產品的“應用程(chéng)序接(jiē)口”(API),其開發語言,將與(yǔ)Windows係統的已有框架相似。
微軟(ruǎn)還專門為它啟動了一個有獎學(xué)術(shù)項目,以“了解全息計(jì)算機的社會角(jiǎo)色和(hé)可能的應(yīng)用方式”。獲獎(jiǎng)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(yuè)欲試(shì)地問道:“成為HoloLens開發者需要什麽技能?”
鮑(bào)虎軍告訴中國青(qīng)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域。
他同時(shí)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(shì)中那樣,對真實房間進行準(zhǔn)確建模。
這款新產(chǎn)品需要解決的問題還包(bāo)括視野較小。據試91影视免费版下载介紹(shào),在側頭或向下看時,視線容易(yì)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(chǎn)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(bào)道中,一位微軟高管說,它會比售(shòu)價超過400美元(yuán)(約2400元人民幣)的遊戲設(shè)備貴很多,但“很多”是多少,目前仍(réng)未知。
可(kě)以確定(dìng)的是,微軟已宣布,在2016年推出這款產品的企業版;納(nà)德拉還聲稱,在Windows 10的時間框架(jià)內,將推出消(xiāo)費者版(bǎn)。
近100年(nián)過(guò)去了,用於戰鬥機瞄(miáo)準圈的技術(shù),如今化身增強現實的酷炫設備。不遠的(de)將來,它真能啟動那句令人沸騰的“咒語”嗎?——“創造一個(gè)世界!”
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