新型眼鏡表現真實(shí)空間里的虛擬三維全息圖像
頭戴科幻感十足的黑色“眼鏡”，一個(gè)一身黑衣的男子踱步到舞臺中央，他面前擺著(zhù)一張空無(wú)一物的方桌。
就在這張小小的方桌上，他當著(zhù)在場(chǎng)幾百人的面，表演“憑空造物”。
這不是黑魔法，他也不是“造物之神”，而是一位工程師。在6月15日舉行的美國E3游戲會(huì )展上，他成功地把游戲中的虛擬仙境“搬到了”舞臺中央的方桌上。隨著(zhù)工程師的指令，一個(gè)有山川、城堡、樹(shù)木的世界在桌上誕生，看起來(lái)觸手可及。
“創(chuàng )造一個(gè)世界?！碑斔届o地念出這句“咒語(yǔ)”時(shí)，現場(chǎng)爆發(fā)出掌聲和驚嘆。曾經(jīng)的科幻場(chǎng)景，現在變成了科學(xué)事實(shí)。
我在火星上邁了一步，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(chǎn)品，HoloLens。
它是世界上第一款，也是目前唯一一款獨立的“全息計算機”。能讓使用者在真實(shí)物理空間內，看到虛擬的三維全息圖像，并與之互動(dòng)，因其“魔法”般的酷炫功能，被戲稱(chēng)為“黑科技”。
在今年1月亮相后，它引起了持續關(guān)注。來(lái)自各地的記者在春寒料峭時(shí)節涌到西雅圖的微軟總部試戴機器。到了夏天，E3展會(huì )上的游戲玩家又為它的“魔力”沸騰。
“創(chuàng )造一個(gè)世界?！惫こ處煂χ?zhù)眼前空空的桌面說(shuō)，一團流沙般的白色物質(zhì)隨即從桌子中心涌出，迅速擴散，然后均勻地鋪滿(mǎn)了桌面。
很快，沿著(zhù)桌邊，一圈圍欄又“長(cháng)了出來(lái)”，“沙地”中心隨即塌陷，一個(gè)奇妙的世界從桌底緩緩升起，展現在眼前的是陡峭的懸崖、宏偉的城堡和蔥蘢的樹(shù)木。一切如樂(lè )高積木，有著(zhù)實(shí)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(guān)眾點(diǎn)播了270多萬(wàn)次，一條得到數百次點(diǎn)贊的評論寫(xiě)道：“快拿走我的錢(qián)！”
賺大眾的錢(qián)，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(chǎn)品的可能是建筑師、醫學(xué)生和宇航員。
正如工程師在一張小桌上構造虛擬建筑，真正的建筑師也能通過(guò)這款產(chǎn)品，直接在現實(shí)空間構造虛擬的三維建筑模型，并快捷地修改其形狀和大小。
通過(guò)與凱斯西儲大學(xué)和克利夫蘭醫學(xué)中心的合作，該團隊在醫學(xué)教學(xué)領(lǐng)域也開(kāi)發(fā)出了創(chuàng )新性的應用。
無(wú)需進(jìn)入解剖室，也無(wú)需劃開(kāi)誰(shuí)的皮囊，在整潔的教室里，戴上這款產(chǎn)品的學(xué)生，輕盈地在空中一點(diǎn)，一個(gè)三維人體就會(huì )出現；手指再橫向一撥，人體一分為四，其他三個(gè)“分身”是血液系統、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(guān)察不同的骨折情形。心臟等器官也可被單獨抽出，并被剖開(kāi)，好讓學(xué)習者觀(guān)察其內部結構。同理，這款產(chǎn)品也可以用來(lái)觀(guān)測化學(xué)分子結構、DNA結構、建筑和雕塑。
對等不及想試戴它的人來(lái)說(shuō)，《連線(xiàn)》雜志記者杰西·亨佩爾是另一位值得羨慕的人。去年10月，她就見(jiàn)到了還未發(fā)布的原型機，是第一個(gè)試用HoloLens的“外人”。
在一個(gè)秘密的地下實(shí)驗室里，每個(gè)房間都在測試產(chǎn)品應用。其中，讓亨佩爾*難忘的“魔法房間”是“火星”。
她打了一個(gè)向上的手勢，一下子，就“實(shí)實(shí)在在地踏上了火星”。
隔壁房間的NASA(美國宇航局)科學(xué)家杰夫·諾里斯也加入了她的“火星探索”。他與微軟的團隊一同開(kāi)發(fā)了此應用。
“他出現在我的視野里，是一個(gè)金色的三維人形?！焙嗯鍫栒f(shuō)。
這涉及HoloLens的一項重要功能：不同使用者之間的遠程交流。
諾里斯能看到亨佩爾眼中的世界，而在亨佩爾看來(lái)，“人偶諾里斯”的眼部會(huì )射出一道虛線(xiàn)，指向他正在觀(guān)察的物體。
順著(zhù)這道虛線(xiàn)，亨佩爾蹲下來(lái)檢查一塊巖石碎片，通過(guò)幾個(gè)手勢，她向“好奇號”探測器發(fā)出指令，搜集這塊沉積物。在未來(lái)實(shí)際的太空探索中，宇航員將能借助這款產(chǎn)品控制真實(shí)的探測器。
這是除了“與全息圖像互動(dòng)”“多人遠程合作”外，該產(chǎn)品的另一個(gè)重要應用方式：通過(guò)融合虛擬與現實(shí)，實(shí)現新型的人機互動(dòng)和人與環(huán)境的互動(dòng)。
回想起這次火星漫步，亨佩爾字里行間透出激動(dòng)：“我在火星上邁了一步，這實(shí)在太真實(shí)了，以致我雙腿打顫?！?/span>
這些技術(shù)的實(shí)現，都有賴(lài)于強大的計算能力，“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“雙腿打顫”的HoloLens，在科學(xué)界看來(lái)，并不新鮮。其背后的“增強現實(shí)技術(shù)”歷史悠久。
近100年前，增強現實(shí)技術(shù)的雛形就已出現，其*早應用是一戰時(shí)的一種殺人利器——光學(xué)瞄準圈。這種投射在戰斗機座艙罩上的虛擬光環(huán)可以自動(dòng)修正，鎖定敵機。
就功能和原理而言，HoloLens也不新鮮。其實(shí)早在1968年，頭戴“機械章魚(yú)”一樣的巨大設備，冒著(zhù)被“燒腦”的風(fēng)險，人類(lèi)就第一次在現實(shí)空間里看到了虛擬的三維圖像——雖然那只是一個(gè)透明的立方體邊框。
國內“虛擬現實(shí)”領(lǐng)域專(zhuān)家、浙江大學(xué)CAD&CG(計算機輔助設計和高級繪制語(yǔ)言)國家重點(diǎn)實(shí)驗室教授鮑虎軍介紹，長(cháng)久以來(lái)，限制增強現實(shí)技術(shù)發(fā)展的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(chǎn)品之所以能引起轟動(dòng)，在于它在一個(gè)沒(méi)有外連線(xiàn)路的輕量硬件內，集成了“顯示”“跟蹤與識別”“交互”和“計算”等多種技術(shù)，通體也就一副滑雪眼鏡大小。
“顯示技術(shù)”能使我們看到虛擬的三維全息圖像。這是一場(chǎng)“光的魔術(shù)”——全息圖像其實(shí)是設備自身投射的光線(xiàn)，這些光線(xiàn)通過(guò)該產(chǎn)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實(shí)的物體。
僅有“光之魔法”還不夠。和營(yíng)造虛擬環(huán)境的“虛擬現實(shí)”技術(shù)不同，增強現實(shí)技術(shù)還需要天衣無(wú)縫地融合虛與實(shí)。這就需要識別和跟蹤技術(shù)?！白R別”指識別現實(shí)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(dòng)軌跡，以保證使用者在移動(dòng)時(shí)，眼中的“光之幻象”能處于固定位置。
在具體運行時(shí)，該產(chǎn)品會(huì )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(shí)物體到攝像頭距離的“深度圖”。接著(zhù)，“同步定位與建圖系統”會(huì )用多張深度圖，疊加成完整的三維場(chǎng)景。如此，在E3會(huì )展上，那位演示者才能把游戲場(chǎng)景不偏不倚地搬到小桌上。
以上所有技術(shù)的實(shí)現，都有賴(lài)于強大的計算能力。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(chǎn)品中還內置了一個(gè)微軟自己研發(fā)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(chǎn)品的核心部件。
為了配合使用者的移動(dòng)，打造環(huán)繞聲效果，并實(shí)現“眼神”“手勢”“語(yǔ)音”等多種互動(dòng)方式，該產(chǎn)品中還裝載了許多其他傳感器，它們都不露聲色地藏在其流暢的外表下。
如今，在各類(lèi)科技大會(huì )上，HoloLens屢屢成為焦點(diǎn)。為了拍好它，記者爭相踮起腳尖，或單膝跪地。相比于前輩“機械章魚(yú)”，它美得像一個(gè)皇冠。
HoloLens還能做什么，全球開(kāi)發(fā)者來(lái)定
14個(gè)月前，沒(méi)有皇冠，也沒(méi)有咔咔的閃光燈，在西雅圖微軟游客中心的地下室里，*初的原型機被各種線(xiàn)路纏繞，像一個(gè)臍帶未斷的胎兒。
當時(shí)，正在此等待微軟新任總裁薩提亞·納德拉的HoloLens團隊緊張不已。他們對產(chǎn)品本身很有信心，但也擔心，正著(zhù)手削減開(kāi)支的納德拉會(huì )因風(fēng)險過(guò)大或過(guò)于超前，選擇讓這個(gè)小怪物“流產(chǎn)”。
可是，當納德拉透過(guò)鏡片看到貼合在真實(shí)物體上的三維圖像后，他馬上說(shuō)：“這正是我們要做的事?！?/span>
從那時(shí)起，這臺原型機斷掉了一根根有形的“臍帶”，逐漸向“純粹”“優(yōu)雅”進(jìn)化。但納德拉知道，要使這款產(chǎn)品茁壯成長(cháng)，還需要另一種“無(wú)形的臍帶”——一個(gè)面向全球、吸納更多應用開(kāi)發(fā)者智慧的平臺。
在隨后的會(huì )議中，納德拉和HoloLens項目的研發(fā)負責人亞歷克斯·吉普曼一致同意，為了方便開(kāi)發(fā)，應該讓這款產(chǎn)品融入人人熟知的Windows操作系統。
4月29日的“微軟開(kāi)發(fā)者大會(huì )”上，吉普曼不再緊張，而是微笑著(zhù)感嘆：“能存在于此刻，我是多么幸運，不同的技術(shù)正在各就各位?！?/span>
這位留著(zhù)齊肩中長(cháng)發(fā)的發(fā)明家，身材清瘦，帶著(zhù)一種使人愉悅的笑容，正鼓動(dòng)到場(chǎng)的開(kāi)發(fā)者為他的產(chǎn)品生產(chǎn)內容。也就是說(shuō)，HoloLens還能怎么玩兒，將由全球開(kāi)發(fā)者來(lái)決定。
對開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，一個(gè)好消息是，微軟已在Windows 10中內置了支持這款產(chǎn)品的“應用程序接口”(API)，其開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，將與Windows系統的已有框架相似。
微軟還專(zhuān)門(mén)為它啟動(dòng)了一個(gè)有獎學(xué)術(shù)項目，以“了解全息計算機的社會(huì )角色和可能的應用方式”。獲獎?wù)邔@得兩臺HoloLens和10萬(wàn)美元獎金。
中國IT論壇上，也有人躍躍欲試地問(wèn)道：“成為HoloLens開(kāi)發(fā)者需要什么技能？”
鮑虎軍告訴中國青年報記者，要制作這種增強現實(shí)設備能使用的內容，目前的代價(jià)仍很高。降低內容生產(chǎn)成本，是一個(gè)難點(diǎn)，同時(shí)也是一個(gè)很有前景的領(lǐng)域。
他同時(shí)認為，短期內，這款產(chǎn)品不適合普通消費者，因為“識別技術(shù)”也是一個(gè)難點(diǎn)，在隨機場(chǎng)景內，該產(chǎn)品也許不能如演示中那樣，對真實(shí)房間進(jìn)行準確建模。
這款新產(chǎn)品需要解決的問(wèn)題還包括視野較小。據試萬(wàn)視達介紹，在側頭或向下看時(shí)，視線(xiàn)容易游離出它的“魔法場(chǎng)”。
續航能力和充電速度也是問(wèn)題，要替代目前的智能手機終端，這款產(chǎn)品要保證數小時(shí)以上的續航。
至于價(jià)格，在《紐約時(shí)報》5月的一篇報道中，一位微軟高管說(shuō)，它會(huì )比售價(jià)超過(guò)400美元(約2400元人民幣)的游戲設備貴很多，但“很多”是多少，目前仍未知。
可以確定的是，微軟已宣布，在2016年推出這款產(chǎn)品的企業(yè)版；納德拉還聲稱(chēng)，在Windows 10的時(shí)間框架內，將推出消費者版。
近100年過(guò)去了，用于戰斗機瞄準圈的技術(shù)，如今化身增強現實(shí)的酷炫設備。不遠的將來(lái)，它真能啟動(dòng)那句令人沸騰的“咒語(yǔ)”嗎？——“創(chuàng )造一個(gè)世界！”
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