八大高科技產(chǎn)品：神奇機(jī)器眼和360度3D顯示器

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)年度會(huì)議Siggraph于近日落下帷幕，迪尼斯研究人員研制的一款電子動(dòng)畫(huà)技術(shù)機(jī)器眼成為一大焦點(diǎn)。這個(gè)機(jī)器眼能夠像真眼一樣上下左右移動(dòng)，可以進(jìn)行眼神交流并跟蹤過(guò)往行人。

此次Siggraph盛會(huì)新技術(shù)單元共有23件展品，迪斯尼的電子動(dòng)畫(huà)技術(shù)機(jī)器眼便是其中之一。Siggraph 2010新技術(shù)單元負(fù)責(zé)人普雷斯頓·史密斯說(shuō)：“每一年的Siggraph都有一些一致的主題。這一年，沒(méi)有一個(gè)展品曾在其他地方展出過(guò)?！背说纤鼓岬臋C(jī)器眼外，其他一系列技術(shù)同樣引起極大關(guān)注，其中包括新3D顯示器技術(shù)、現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)技術(shù)以及機(jī)器人技術(shù)。Siggraph 2010展出的技術(shù)既有大學(xué)的研究成果，也有企業(yè)實(shí)驗(yàn)室的努力結(jié)晶，例如迪斯尼和索尼的實(shí)驗(yàn)室。

1.機(jī)器眼

“迪斯尼研究”的電子動(dòng)畫(huà)技術(shù)機(jī)器眼在設(shè)計(jì)上較為簡(jiǎn)單。這只眼睛擁有一個(gè)透明塑料制成的內(nèi)球，周圍裝有一組磁鐵，通過(guò)著色使其擁有與人類眼睛一模一樣的外表。內(nèi)球懸浮在液體中，擁有一個(gè)透明的外殼。借助于外部的電磁鐵，機(jī)器眼可以上下左右移動(dòng)，整個(gè)過(guò)程平滑流暢并且非常容易。

“迪斯尼研究”（由迪斯尼公司的一系列實(shí)驗(yàn)室構(gòu)成）資深研究科學(xué)家蘭尼·斯穆特表示：“我們希望這只眼睛具備兩個(gè)功能。一個(gè)就是能看見(jiàn)東西或者說(shuō)擁有視覺(jué)，另一個(gè)則是能夠像人類的眼睛一樣平滑而流暢地移動(dòng)?！?/p>

斯穆特說(shuō)：“它的移動(dòng)速度與人眼沒(méi)什么兩樣，功能上也和人眼不相上下?！蓖缀脱劬Ρ巢烤捎猛该髟O(shè)計(jì)，安裝在背部的一架攝像機(jī)幫助眼睛看到東西。斯穆特希望這項(xiàng)技術(shù)可以被用于研制假眼。他說(shuō)：“雖然立基于這項(xiàng)技術(shù)的假眼不可能讓人恢復(fù)視力，但失去一只眼睛的人卻可以因此找回曾經(jīng)的容貌?！痹谶@一年的Siggraph盛會(huì)上，迪斯尼的電子動(dòng)畫(huà)技術(shù)機(jī)器眼獲得最佳展品獎(jiǎng)。

2. 360度3D顯示器

不需佩戴3D眼鏡便可欣賞到3D影像足以讓絕大多數(shù)人陷入興奮之中。索尼研制的一款3D顯示器讓我們?cè)趯?shí)現(xiàn)這一夢(mèng)想的道路上又向前邁進(jìn)一步。這款顯示器并不是平的，同時(shí)無(wú)需用戶佩戴3D眼鏡。給人的感覺(jué)是，它好像是一部科幻影片的道具。

索尼推出的大屏幕平板3D電視需要用戶佩戴一種特殊的眼鏡。在自己的實(shí)驗(yàn)室，這家公司研制出一款3D顯示器原型，包裹在一個(gè)高10英寸（約合 25.4厘米），直徑5英寸（約合12.7 厘米）的柱形結(jié)構(gòu)內(nèi)。這款3D顯示器的尺寸比電視小，由于特殊的形狀，站在顯示器前面的用戶無(wú)論從任何地方都能欣賞到3D影像，有點(diǎn)像《星球大戰(zhàn)》中萊婭 公主的全息投影儀。

用戶甚至可以將手伸進(jìn)顯示器，將里面的物體轉(zhuǎn)動(dòng)，讓自己可以從所有角度看到它們。史密斯說(shuō)：“如果你正在盯著一個(gè)頭部小雕像看，你可以把手伸出來(lái)，在顯示器內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)這個(gè)物體。這項(xiàng)技術(shù)所能實(shí)現(xiàn)的互動(dòng)是你們此前從未看到過(guò)的?！?/p>

柱形3D顯示器裝有一個(gè)視頻輸入端口，能夠與PC相連，讓來(lái)自PC的視頻數(shù)據(jù)在顯示器上重現(xiàn)。顯示器的一個(gè)圖形處理器負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)產(chǎn)生圖像。此外，這種顯示器同樣裝有一個(gè)動(dòng)作傳感器，用戶在顯示器前揮手，便可以改變顯示器內(nèi)圖像的方向。這個(gè)系統(tǒng)既可以呈現(xiàn)靜態(tài)圖像，也可以呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)圖像。對(duì)于這款目前 似乎還只是一個(gè)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的3D顯示器，索尼希望它能夠在視頻游戲、博物館和廣告界找到自己的立足之處。

3.空中鍵入界面

雖然并不是每一個(gè)人都會(huì)注意到它們，但在手機(jī)觸摸屏上不斷堆積的指印確實(shí)令人非常討厭。一種讓觸摸屏保持清潔的方式就是隨身攜帶一塊清潔布，隨臟隨擦。另一種更為理想的方式便是在敲擊鍵盤的時(shí)候不觸摸屏幕。

借助于一種新型用戶界面——空中鍵入界面，用戶可以在鍵盤上方完成輸入過(guò)程，無(wú)需直接觸碰鍵盤。這個(gè)系統(tǒng)裝有一個(gè)微型攝像頭，鏡頭采用廣角鏡頭，同時(shí)借助軟件精確鎖定指尖在空中的位置?？罩墟I入界面需要手機(jī)安裝額外的硬件——安裝在手機(jī)底部一個(gè)大約2英寸（約合5厘米）寬的擴(kuò)展內(nèi)。

Siggraph 2010新技術(shù)單元負(fù)責(zé)人史密斯說(shuō)：“你只要把手指放在手機(jī)上方，手機(jī)立即就能探測(cè)到指尖的位置，同時(shí)對(duì)這個(gè)設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。此時(shí)，你便可以在鍵盤上方選擇自己需要的字母，完成輸入過(guò)程。”

考慮到觸覺(jué)反饋在快速輸入過(guò)程中的重要性，研究人員在顯示屏背部安裝了一個(gè)馬達(dá)。這個(gè)馬達(dá)會(huì)在用戶“敲擊”一個(gè)按鍵時(shí)短暫振動(dòng)，給用戶反饋。目前，這一系統(tǒng)還只能識(shí)別一根手指，因此對(duì)習(xí)慣于“一指禪”的用戶再合適不過(guò)。史密斯對(duì)這項(xiàng)研究成果的未來(lái)應(yīng)用前景非常樂(lè)觀。他說(shuō)：“這只是第一步。多年來(lái)，我看到太多的‘第一步’準(zhǔn)備在5年內(nèi)走向市場(chǎng)。類似這樣的事情很多，這項(xiàng)技術(shù)將成為其中之一。”

4.面向未來(lái)的西洋鏡

西洋鏡（活動(dòng)連環(huán)畫(huà)轉(zhuǎn)筒）是最為古老的動(dòng)畫(huà)之一，通過(guò)轉(zhuǎn)筒上一系列圖像的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生圖像動(dòng)起來(lái)的錯(cuò)覺(jué)。通常情況下，西洋鏡外形呈柱形，上面有狹縫或者鏡子，用于隔開(kāi)圖像并產(chǎn)生動(dòng)畫(huà)效果。西洋鏡發(fā)明于19世紀(jì)50年代，一度成為頗為流行的客廳娛樂(lè)設(shè)備。

即使到了今天，這項(xiàng)技術(shù)仍有用武之地。2007年，迪斯尼皮克斯動(dòng)畫(huà)工作室研制出一款令人驚奇的西洋鏡，使用了影片《玩具總動(dòng)員》中的動(dòng)畫(huà)形象。類似皮克斯打造的現(xiàn)代版西洋鏡用LED閃光燈取代狹縫，用3D圖像取代2D圖像，進(jìn)而讓老式的西洋鏡實(shí)現(xiàn)升級(jí)換代。

斯密特表示西洋鏡存在一個(gè)巨大缺陷，那就是圖像重復(fù)。他說(shuō)：“西洋鏡一圈一圈地轉(zhuǎn)，所呈現(xiàn)的都是同樣的東西。我們希望做到的是奉獻(xiàn)一場(chǎng)不間斷的演出，并且讓人們與之進(jìn)行互動(dòng)?！睘榇耍纤鼓岬难芯咳藛T利用8個(gè)乒乓球打造了一個(gè)互動(dòng)式西洋鏡，每個(gè)球上都被畫(huà)上一張笑臉，彼此之間略有不同。乒乓球被放在一個(gè)旋轉(zhuǎn)的大淺盤上。整個(gè)西洋鏡使用LED閃光燈照明。欣賞時(shí)，觀眾要朝著麥克風(fēng)說(shuō)話，西洋鏡根據(jù)聲音大小展示不同的笑臉，一次只展示一個(gè)。斯穆特說(shuō)：“這是一種互動(dòng)式實(shí)時(shí)定格動(dòng)畫(huà)?！?/p>

5.Acroban機(jī)器人

Acroban并不是類似“馬文”那樣患有妄想狂的機(jī)器人，它的性格非常陽(yáng)光，特別適合小孩子。Acroban由法國(guó)國(guó)家信息與自動(dòng)化研究所（INRIA）研制，是一款“既愛(ài)玩又聽(tīng)話”的機(jī)器人。在與人類互動(dòng)過(guò)程中，這款機(jī)器人可以保持平衡，這要感謝在設(shè)計(jì)上模擬人體的脊柱、臀部和腳踝。

Acroban最有趣的地方莫過(guò)于在各種情形下的靈活反應(yīng)，簡(jiǎn)直就和人類一模一樣。在Acroban行走時(shí)，你可以抬起這個(gè)機(jī)器人的胳膊，讓它朝任何一個(gè)方向移動(dòng)。研究人員說(shuō)，這就像指導(dǎo)剛開(kāi)始學(xué)習(xí)走路的孩子一樣。完成所有這些動(dòng)作并不需要向Acroban下達(dá)任何口頭命令。這款機(jī)器人是高精尖技術(shù)的產(chǎn)物，可以移動(dòng)物體并與孩子進(jìn)行互動(dòng)，成為他們的朋友。

6.飄浮頭全息圖

讓腦袋飄浮在空中與周圍的其他人聊天似乎是《哈利波特》中才有的場(chǎng)景，又或者是一項(xiàng)研究人們?nèi)绾闻c全息圖互動(dòng)的實(shí)驗(yàn)。美國(guó)鹽湖城公司Holorad打造了能夠在空中飄浮的3D全息圖像，并且無(wú)需特殊的眼鏡便可看到這些圖像。這家公司與“迪斯尼研究”合作，打造了8個(gè)飄浮的頭。用戶對(duì)著麥克風(fēng)說(shuō)話，便會(huì)有一個(gè)飄浮的頭出現(xiàn)，跟他們聊天。聽(tīng)起來(lái)是不是有些恐怖？現(xiàn)在就鍛煉膽量為未來(lái)做好準(zhǔn)備吧。在將來(lái)的某一天，這項(xiàng)技術(shù)將應(yīng)用到主題公園和零售商，用以吸引消費(fèi)者。

7.智能激光投影儀

下一代激光投影儀可以同時(shí)進(jìn)行信息發(fā)送和數(shù)據(jù)收集。在發(fā)射激光束形成影像過(guò)程中，智能激光投影儀也可以充當(dāng)一個(gè)探測(cè)器，對(duì)一個(gè)表面的形狀、位置、方向和質(zhì)地進(jìn)行評(píng)估。這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于能夠改進(jìn)交互式顯示，因?yàn)樗恍枰M(jìn)行投影照相機(jī)校準(zhǔn)或者跟蹤投影面。

8.專為演員準(zhǔn)備的頭盔

類似《阿凡達(dá)》和《指環(huán)王》系列這樣的影片均采用電腦CG動(dòng)畫(huà)技術(shù)制作，每一位演員都要與這項(xiàng)技術(shù)打交道，這是他們的“必修課”。通常情況下，CG動(dòng)畫(huà)制作需要在演員臉上涂上大量標(biāo)記，用于捕捉他們的動(dòng)作同時(shí)將數(shù)據(jù)傳給電腦。具體到《阿凡達(dá)》身上，導(dǎo)演詹姆斯·卡梅隆嘗試過(guò)一種頭戴式系統(tǒng)，所采用的軟件可以利用攝像機(jī)跟蹤面部移動(dòng)，捕捉的動(dòng)作被實(shí)時(shí)投向一個(gè)3D模型。

捕捉細(xì)微的面部表情變化——尤其是眼睛和嘴巴周圍的表情——對(duì)頭戴式攝像機(jī)來(lái)說(shuō)難度較大。這也就是為什么研究人員決定利用一項(xiàng)被稱之為“光度立體”的LED照明技術(shù)對(duì)這一系統(tǒng)加以改進(jìn)。這項(xiàng)技術(shù)幫助評(píng)估不同照明條件下的動(dòng)作表情。Siggraph負(fù)責(zé)人史密斯說(shuō)：“只要將這個(gè)頭盔戴在頭上，你就能捕捉所有面部表情，包括最細(xì)微的皮膚抽動(dòng)。借助于這種頭盔，演員在表演時(shí)無(wú)需在臉上涂滿斑點(diǎn)標(biāo)記。表演過(guò)程變得更為自然。”