戴上這副“魔鏡”，造物吧！

程曼祺

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(wú)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”。

這不是魔法，黑衣男子也不是“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(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。”當(dāng)他平靜地念出這句“咒語(yǔ)”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)。

“憑空造物”的秘密

“憑空造物”的秘密，藏在工程師戴的“眼鏡”中——微軟的最新產(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，HoloLens引起了持續(xù)關(guān)注。來(lái)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?！惫こ處煂?duì)著眼前空空的桌面說(shuō)，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(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(xiàn)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網(wǎng)上被全球觀眾點(diǎn)播了270多萬(wàn)次。

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(guò)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(guò)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(kāi)發(fā)出了創(chuàng)新性的應(yīng)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(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(kāi)，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(lái)觀測(cè)化學(xué)分子結(jié)構(gòu)、DNA結(jié)構(gòu)、建筑和雕塑。

戴上魔鏡，踏上“火星”

對(duì)等不及想試戴它的人來(lái)說(shuō)，《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(jiàn)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，讓亨佩爾最難忘的“魔法房間”是“火星”。

她打了一個(gè)向上的手勢(shì)，一瞬間，就“實(shí)實(shí)在在地踏上了火星”。隔壁房間的美國(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(kāi)發(fā)了此應(yīng)用?！八霈F(xiàn)在我的視野里，是一個(gè)金色的三維人形?！焙嗯鍫栒f(shuō)。

HoloLens投射新聞信息流

HoloLens模擬游戲

HoloLens輔助3D建模

HoloLens收看視頻和查看天氣

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(lái)，“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(lái)檢查一塊巖石碎片，通過(guò)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(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(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(guò)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)：“我在火星上漫步，這實(shí)在太真實(shí)了，以致我雙腿打顫?！?/p>

魔鏡背后的技術(shù)并不新鮮

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(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)，其最早應(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(yú)”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。

“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(guò)該產(chǎn)品鏡片中的數(shù)層彩色透鏡，最終抵達(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(wú)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”和“圖形處理器”，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”，每秒可以傳輸兆兆字節(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(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。

真能啟動(dòng)“咒語(yǔ)”創(chuàng)造一個(gè)世界嗎？

浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院教授鮑虎軍表示，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)行精確建模。

這款新產(chǎn)品需要解決的問(wèn)題還包括視野較小。據(jù)試戴過(guò)真機(jī)的人介紹，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(wèn)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。

微軟已宣布，將在2016年推出這款產(chǎn)品的企業(yè)版;納德拉還聲稱，在Windows10的時(shí)間框架內(nèi)，將推出消費(fèi)者版。

近100年過(guò)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(lái)，它真能啟動(dòng)那句令人沸騰的“咒語(yǔ)”創(chuàng)造一個(gè)世界嗎？那會(huì)是一個(gè)怎樣的世界呢？