新型眼鏡表現(xiàn)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(tái)中央，他面前擺著一張空無一物的方桌。
就在這張小小的方桌上，他當(dāng)著在場(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(guó)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(tái)中央的方桌上。隨著工程師的指令，一個(gè)有山川、城堡、樹木的世界在桌上誕生，看起來觸手可及。
“創(chuàng)造一個(gè)世界。”當(dāng)他平靜地念出這句“咒語”時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)爆發(fā)出掌聲和驚嘆。曾經(jīng)的科幻場(chǎng)景，現(xiàn)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(dú)立的“全息計(jì)算機(jī)”。能讓使用者在真實(shí)物理空間內(nèi)，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，被戲稱為“黑科技”。
在今年1月亮相后，它引起了持續(xù)關(guān)注。來自各地的記者在春寒料峭時(shí)節(jié)涌到西雅圖的微軟總部試戴機(jī)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。”工程師對(duì)著眼前空空的桌面說，一團(tuán)流沙般的白色物質(zhì)隨即從桌子中心涌出，迅速擴(kuò)散，然后均勻地鋪滿了桌面。
很快，沿著桌邊，一圈圍欄又“長(zhǎng)了出來”，“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(xiàn)在眼前的是陡峭的懸崖、宏偉的城堡和蔥蘢的樹木。一切如樂高積木，有著實(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上被全球觀眾點(diǎn)播了270多萬次，一條得到數(shù)百次點(diǎn)贊的評(píng)論寫道：“快拿走我的錢！”
賺大眾的錢，微軟還不急。短期內(nèi)，他們瞄準(zhǔn)的，是一些“更嚴(yán)肅的事業(yè)”。*先用上這款產(chǎn)品的可能是建筑師、醫(yī)學(xué)生和宇航員。
正如工程師在一張小桌上構(gòu)造虛擬建筑，真正的建筑師也能通過這款產(chǎn)品，直接在現(xiàn)實(shí)空間構(gòu)造虛擬的三維建筑模型，并快捷地修改其形狀和大小。
通過與凱斯西儲(chǔ)大學(xué)和克利夫蘭醫(yī)學(xué)中心的合作，該團(tuán)隊(duì)在醫(yī)學(xué)教學(xué)領(lǐng)域也開發(fā)出了創(chuàng)新性的應(yīng)用。
無需進(jìn)入解剖室，也無需劃開誰的皮囊，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(xiàn)；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(tǒng)、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”，以觀察不同的骨折情形。心臟等器官也可被單獨(dú)抽出，并被剖開，好讓學(xué)習(xí)者觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。同理，這款產(chǎn)品也可以用來觀測(cè)化學(xué)分子結(jié)構(gòu)、DNA結(jié)構(gòu)、建筑和雕塑。
對(duì)等不及想試戴它的人來說，《連線》雜志記者杰西·亨佩爾是另一位值得羨慕的人。去年10月，她就見到了還未發(fā)布的原型機(jī)，是第一個(gè)試用HoloLens的“外人”。
在一個(gè)秘密的地下實(shí)驗(yàn)室里，每個(gè)房間都在測(cè)試產(chǎn)品應(yīng)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(shì)，一下子，就“實(shí)實(shí)在在地踏上了火星”。
隔壁房間的NASA(美國(guó)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(tuán)隊(duì)一同開發(fā)了此應(yīng)用。
“他出現(xiàn)在我的視野里，是一個(gè)金色的三維人形。”亨佩爾說。
這涉及HoloLens的一項(xiàng)重要功能：不同使用者之間的遠(yuǎn)程交流。
諾里斯能看到亨佩爾眼中的世界，而在亨佩爾看來，“人偶諾里斯”的眼部會(huì)射出一道虛線，指向他正在觀察的物體。
順著這道虛線，亨佩爾蹲下來檢查一塊巖石碎片，通過幾個(gè)手勢(shì)，她向“好奇號(hào)”探測(cè)器發(fā)出指令，搜集這塊沉積物。在未來實(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(cè)器。
這是除了“與全息圖像互動(dòng)”“多人遠(yuǎn)程合作”外，該產(chǎn)品的另一個(gè)重要應(yīng)用方式：通過融合虛擬與現(xiàn)實(shí)，實(shí)現(xiàn)新型的人機(jī)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。”
這些技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，都有賴于強(qiáng)大的計(jì)算能力，“全息處理器”(HPU)，每秒可以傳輸兆兆字節(jié)(2^40字節(jié))的數(shù)據(jù)
令普通人震驚到“雙腿打顫”的HoloLens，在科學(xué)界看來，并不新鮮。其背后的“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)”歷史悠久。
近100年前，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的雛形就已出現(xiàn)，其*早應(yīng)用是一戰(zhàn)時(shí)的一種殺人利器——光學(xué)瞄準(zhǔn)圈。這種投射在戰(zhàn)斗機(jī)座艙罩上的虛擬光環(huán)可以自動(dòng)修正，鎖定敵機(jī)。
就功能和原理而言，HoloLens也不新鮮。其實(shí)早在1968年，頭戴“機(jī)械章魚”一樣的巨大設(shè)備，冒著被“燒腦”的風(fēng)險(xiǎn)，人類就第一次在現(xiàn)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(guó)內(nèi)“虛擬現(xiàn)實(shí)”領(lǐng)域?qū)＜摇⒄憬髮W(xué)CAD&CG(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和高級(jí)繪制語言)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授鮑虎軍介紹，長(zhǎng)久以來，限制增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展的主要是計(jì)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)沒有外連線路的輕量硬件內(nèi)，集成了“顯示”“跟蹤與識(shí)別”“交互”和“計(jì)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(shè)備自身投射的光線，這些光線通過該產(chǎn)品鏡片中的數(shù)層彩色透鏡，*終抵達(dá)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(xiàn)實(shí)”技術(shù)不同，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)還需要天衣無縫地融合虛與實(shí)。這就需要識(shí)別和跟蹤技術(shù)。“識(shí)別”指識(shí)別現(xiàn)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(yùn)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(biāo)示了真實(shí)物體到攝像頭距離的“深度圖”。接著，“同步定位與建圖系統(tǒng)”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(xiàn)，都有賴于強(qiáng)大的計(jì)算能力。除了一般計(jì)算機(jī)擁有的“中央處理器”(CPU)和“圖形處理器”(GPU)，這款產(chǎn)品中還內(nèi)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(jié)(240字節(jié))的數(shù)據(jù)，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(xiàn)“眼神”“手勢(shì)”“語音”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，在各類科技大會(huì)上，HoloLens屢屢成為焦點(diǎn)。為了拍好它，記者爭(zhēng)相踮起腳尖，或單膝跪地。相比于前輩“機(jī)械章魚”，它美得像一個(gè)皇冠。
HoloLens還能做什么，全球開發(fā)者來定
14個(gè)月前，沒有皇冠，也沒有咔咔的閃光燈，在西雅圖微軟游客中心的地下室里，*初的原型機(jī)被各種線路纏繞，像一個(gè)臍帶未斷的胎兒。
當(dāng)時(shí)，正在此等待微軟新任總裁薩提亞·納德拉的HoloLens團(tuán)隊(duì)緊張不已。他們對(duì)產(chǎn)品本身很有信心，但也擔(dān)心，正著手削減開支的納德拉會(huì)因風(fēng)險(xiǎn)過大或過于超前，選擇讓這個(gè)小怪物“流產(chǎn)”。
可是，當(dāng)納德拉透過鏡片看到貼合在真實(shí)物體上的三維圖像后，他馬上說：“這正是我們要做的事。”
從那時(shí)起，這臺(tái)原型機(jī)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(zhǎng)，還需要另一種“無形的臍帶”——一個(gè)面向全球、吸納更多應(yīng)用開發(fā)者智慧的平臺(tái)。
在隨后的會(huì)議中，納德拉和HoloLens項(xiàng)目的研發(fā)負(fù)責(zé)人亞歷克斯·吉普曼一致同意，為了方便開發(fā)，應(yīng)該讓這款產(chǎn)品融入人人熟知的Windows操作系統(tǒng)。
4月29日的“微軟開發(fā)者大會(huì)”上，吉普曼不再緊張，而是微笑著感嘆：“能存在于此刻，我是多么幸運(yùn)，不同的技術(shù)正在各就各位。”
這位留著齊肩中長(zhǎng)發(fā)的發(fā)明家，身材清瘦，帶著一種使人愉悅的笑容，正鼓動(dòng)到場(chǎng)的開發(fā)者為他的產(chǎn)品生產(chǎn)內(nèi)容。也就是說，HoloLens還能怎么玩兒，將由全球開發(fā)者來決定。
對(duì)開發(fā)者來說，一個(gè)好消息是，微軟已在Windows 10中內(nèi)置了支持這款產(chǎn)品的“應(yīng)用程序接口”(API)，其開發(fā)語言，將與Windows系統(tǒng)的已有框架相似。
微軟還專門為它啟動(dòng)了一個(gè)有獎(jiǎng)學(xué)術(shù)項(xiàng)目，以“了解全息計(jì)算機(jī)的社會(huì)角色和可能的應(yīng)用方式”。獲獎(jiǎng)?wù)邔@得兩臺(tái)HoloLens和10萬美元獎(jiǎng)金。
中國(guó)IT論壇上，也有人躍躍欲試地問道：“成為HoloLens開發(fā)者需要什么技能？”
鮑虎軍告訴中國(guó)青年報(bào)記者，要制作這種增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備能使用的內(nèi)容，目前的代價(jià)仍很高。降低內(nèi)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(rèn)為，短期內(nèi)，這款產(chǎn)品不適合普通消費(fèi)者，因?yàn)椤白R(shí)別技術(shù)”也是一個(gè)難點(diǎn)，在隨機(jī)場(chǎng)景內(nèi)，該產(chǎn)品也許不能如演示中那樣，對(duì)真實(shí)房間進(jìn)行準(zhǔn)確建模。
這款新產(chǎn)品需要解決的問題還包括視野較小。據(jù)試萬視達(dá)介紹，在側(cè)頭或向下看時(shí)，視線容易游離出它的“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(jī)終端，這款產(chǎn)品要保證數(shù)小時(shí)以上的續(xù)航。
至于價(jià)格，在《紐約時(shí)報(bào)》5月的一篇報(bào)道中，一位微軟高管說，它會(huì)比售價(jià)超過400美元(約2400元人民幣)的游戲設(shè)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，在Windows 10的時(shí)間框架內(nèi)，將推出消費(fèi)者版。
近100年過去了，用于戰(zhàn)斗機(jī)瞄準(zhǔn)圈的技術(shù)，如今化身增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的酷炫設(shè)備。不遠(yuǎn)的將來，它真能啟動(dòng)那句令人沸騰的“咒語”嗎？——“創(chuàng)造一個(gè)世界！”
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