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全息投影离我们有多远?

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文/晓生

很多人知道,去年Facebook投资了20亿美元给VR(虚拟现实)公司Oculus,但可能不知道Google领投5亿美元给了一家AR(增强现实)相关公司Magic Leap。虽然这家公司至今没有产品面市,但它们申请的专利与“如何实现钢铁侠中得全息投影”有关。

AR到底是什么样子的?

AR,即增强现实,一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的技术。提起AR头显的形态,Google Glass算是消费级AR头显代表,但和我们想象的AR头显还相差很多。微软的Hololens作为AR头显,没有达到它宣传视频的效果,但总的来说,它有着AR该有的功能和形态。

全息投影离我们有多远?

进入布局模式 国外巨头下本投AR

在微软推出Windows10的发布会上,一半的时间介绍了Hololens AR头显。其实对于微软这样一家在操作系统上有深厚功底的公司而言,微软没有太强调这个AR头显设备,而是背后的AR操作系统,或者说全息操作系统。据业内人士表示,微软在这上面至少花费了7年以上的功夫。

除了微软耗费了这么大的精力,还有其他巨头没闲着。如最开始所说的,Google领投的5亿美元给了一家至今没有产品面市,只有专利申请消息的AR相关公司Magic Leap。英特尔携手谷歌入局AR——前一阵子的IDF大会就证明了一切。你认为苹果已安逸现状了吗?苹果年初收购了一家有171个增强现实的相关专利德国创业公司Metaio;再追溯到2013年,苹果收购了一家研发感知动作的摄像技术和设备的公司PrimeSense。

全息投影离我们有多远?
AR头显相关专利图

你没看错,微软、苹果、谷歌、英特尔这四家大公司已不是耍嘴皮子、造概念,而是在AR领域偷偷摸摸布局了。不仅是巨头,据业内人士对智东西表示,除了这四个巨头,索尼、三星、华为、联想也都已经在涉足这一领域了。国内也有一些AR相关公司,但不多。据某个行业人士介绍,大致有10个左右的AR公司在上海、北京、深圳、浙江等地。

这里就想吐槽一句,国内有几家公司敢花巨资如此布局未来?不敢下大手笔给未来,只想着圈眼下的钱,要么在“手机拼装”市场拼个你死我活,但有几个手机核心技术是中国制造?硬件又有几个是我们的,屏幕、摄像头还是CPU?要么烧钱血拼O2O,这样如何成为伟大的公司?

AR都能应用到那些领域?

回过头看,AR到底有多诱人,让这么多公司下本?据某权威机构的数据表示,AR未来的市场会是VR的四倍,在千亿级别。那依据是什么?一些领域已经表现出对AR的强需求。

全息投影离我们有多远?

首先是航空领域,对于飞行员来说,AR头显可以让他们的操作更方便快捷。以F-35战机为例,其头盔面罩便是一个被称为“任务系统架构的组成部分”的AR头显。它就像一个小型的透明电影屏幕,能够显示飞机飞行数据、敌方目标位置以及飞行员可以用哪些武器攻击目标。飞行员转头时,显示场景也随之更改,在飞行员和飞机前所未有的计算能力之间建立直接的联系,就像科幻电影中的场景。这个小部件是使F-35成为世界上最尖端的战斗机的关键。

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第二个是工业领域,对于工人来说,可以更容易的检修、维护。比如一个人检修一块已经封在了墙里面的管道,按照以前,他需要查看图纸,计算检修点的相对位置,划线找出位置,然后检修;AR头显可以将这个管道系统即时投影到墙面,实时查看“管道透视画面”。电力管线、热力管线、化工管道、下水道…很多地方有这种用途。当然,在工业领域AR的用途很有很多,比如电路图的焊接与检测、警报信息的即时推送(解放双手)。

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还有很多领域,比如教育领域,一个具象的、可操控的虚拟物体或许比用嘴讲或平面投影容易让人理解,比如培训领域,尤其是汽车培训领域,已经很强的需求了。

这些应用看似很好,是不是只是一些人的臆想?虽然现在的AR头显不能实现我们希望的全视野的全息投影,但现在的技术实现上面需要的功能已经没有问题。另外,根据AR行业人士所说,已经有很多上游厂商有这个需求并专门找上门了。

相比VR AR在实现上增加了什么困难?

以去年为节点,国内掀起了一股VR创业热,先后有90家VR相关公司成立。但被人认为“有着更大市场”的AR,在国内很少有人关注。

说起原因,大致有这么几个方面:1、Facebook用20亿美元收购了Oculus后,无论是创业者还是投资人,都对VR行业有了更足的信心;2、随着Facebook先手收购至少5家VR相关公司,VR的生态架构基本清晰,Facebook这棵大树提供的开源信息也越来越多,做一款头戴显示器的相关技术基本都有据可循,甚至模具都有现成的。3、AR在技术层面上更难实现,尤其是近眼虚拟场景与现实场景构造的光学双通道系统,有人表示,VR所使用的技术是AR的四分之一,当AR头戴显示设备遮挡了现实场景,就是VR。

全息投影离我们有多远?

好事多磨,AR这个大餐可没那么容易吃到。智东西和做AR头盔的SEER团队CEO卫荣杰深入对话。他们的产品年初在众筹网站Kickstarter上16万美元。智东西了解到,至少有三个问题是AR有而VR没有的。

全息投影离我们有多远?

首先,在AR头显中,需要解决虚拟世界和现实世界叠加在一起的光学双通道系统问题;无论是VR还是AR头显,都需要实现虚拟世界的近眼投射,即头显一定是戴在眼睛附近的,而不是像PC、电视那样离用户至少几十厘米的距离。近眼投射在VR头显中很好实现,目前使用最多的方案便是用单片凸透镜将显示屏放大、拉远成像,但AR头显不能这么做,因为还要让现实世界的光线进入——这很困难。目前两个常见的方法是Google Glass的微投影仪加折射和SEER这种把虚拟世界投射到半透半反膜上,据业内人士称,虽然微软没有公布Hololens的光学成像原理,但离不开这两种成像原理。

其次,把现实世界的光捕捉、识别成具体的物体并建立3D模型,给虚拟世界一个承载基础。据业内人士称,微软的Hololens便至少利用了4个摄像头捕捉现实世界的画面。

全息投影离我们有多远?

最后,在AR头显中多了现实世界和虚拟世界的交互问题,即如何在现实世界虚拟出一个物体并和现实世界交互,比如在上一步建立的3D模型如桌子上虚拟一个杯子,并用真实的手拿起虚拟的杯子。

上面这三点基本就是AR头显的基础技术了,从微软给出的宣传视频来看,Hololens基本做到了。但很多人不买账——要么不相信,要么觉着VR头显也能做到且更容易实现。

有人提出,VR头显同样可以利用摄像头捕捉现实世界,并将其叠加到虚拟世界中——这和AR头显“把虚拟世界叠加到现实世界”的想法正好相反。很显然,VR的AR化更容易实现,与此相反,AR头显不但难实现而且在实现过程中还有很多棘手的“小麻烦”。

全息投影离我们有多远?

比如现实世界与虚拟世界要在人眼融合成一个“增强现实”世界(AR世界),即保证现实世界、虚拟世界、人眼在一条线上,防止AR头显投射的虚拟世界相对眼睛发生位置改变,导致虚拟世界与现实世界错位——戴眼镜的人都清楚,眼镜很容易下滑。(大多数情况下,扶眼镜这个姿势并不是为了耍帅)

全息投影离我们有多远?

再比如人眼可聚焦远近,看远景则近景模糊,虚拟世界的画面应该和现实世界同步焦距,但目前AR头显投射的虚拟世界基本都是定焦的,看远景时虚拟世界是模糊的。

就上面提到的“小麻烦”,已经有了一些解决方案,比如SEER的头盔方案降低虚拟世界错位的可能性,用户还可根据需要调整虚拟画面距人眼的成像距离,300mm到7000mm。但显然,这些方案是过渡性的,不能解决根本问题。或许追踪人眼的移动以及焦距才能彻底改善这些“小麻烦”。

全息投影离我们有多远?

回过头去看,AR头显似乎太难实现,而VR利用摄像头捕捉现实世界并将其叠加在虚拟世界里的方法却可以很容易的实现,为什么不呢?不过,AR从业者自然更看好AR头显,“通过摄像头捕捉到的现实世界没有质感、有延迟,目前的方案还有纱窗效应、色偏移等,而光场的还原也难度极高。”

总结

正如上面所述,巨头在下本投资AR领域;在航空、工业、培训、教育领域,AR也都已经有很好的应用场景了;AR实现起来还有很多技术障碍。不过这丝毫不影响一群像卫荣杰这样的人向AR靠拢。人眼全视角的虚拟世界以及虚拟物体和现实世界的完美融合是AR设备研发者追求的,AR隐形眼镜是AR头显比较理想的形态了——这在很多电影中便可看到,但显然在现阶段不可能实现,只能退而求其次,让AR头显像戴着一副眼镜那样——微软Hololens基本做到了。或许等AR火了的时候便不叫AR了,而是我们在钢铁侠中看到的景象——全息投影。

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