光場(chǎng)技術(shù)：讓用戶擁有更自然的景深

當(dāng)你走過一扇窗，你會(huì)發(fā)現(xiàn)什么？也許是窗外色彩繽紛的景色，也許是徐徐吹來的涼風(fēng)，但最重要的是，你在窗子的正面和左右角度看到的東西有很大差異。

那么，如果說你剛才經(jīng)過的不是窗戶，而是一臺(tái)電視機(jī)呢？當(dāng)然，眼下的電視機(jī)是無法達(dá)到這種體驗(yàn)的——因?yàn)樗皇菃渭兊?D平面。要讓電視機(jī)真正實(shí)現(xiàn)“窗戶”的感覺就要倚仗光場(chǎng)技術(shù)，而這也很有可能是未來VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）/AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）的顯示技術(shù)。

“嚴(yán)格來說，國(guó)內(nèi)VR領(lǐng)域的企業(yè)缺乏核心技術(shù)?！闭劶凹夹g(shù)，疊境數(shù)字科技（上海）有限公司創(chuàng)始人、上海科技大學(xué)教授虞晶怡毫不留情地說。

目前，VR內(nèi)容制作主要有兩種主流方法：一是利用全景相機(jī)拍攝360度視頻，即360度環(huán)拍技術(shù);二是利用更加高端的軟件建模技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)工具打造更具沉浸感的VR游戲或視頻。但在虞晶怡看來，這些都不是VR內(nèi)容制作最理想的方法。

大約20年前，出現(xiàn)了一種影響深遠(yuǎn)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)叫QuickTime VR。這項(xiàng)技術(shù)很簡(jiǎn)單：拿手機(jī)拍一圈，把照片拼成一個(gè)360度的圖片，現(xiàn)在手機(jī)上就能實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能?！艾F(xiàn)在市面上很多做虛擬現(xiàn)實(shí)的公司就是用的這樣的技術(shù)！1996年的技術(shù)！”

“360度環(huán)拍技術(shù)最大的問題就是無法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)視覺?！庇菥р忉?，人眼重疊的區(qū)域特別大，在重疊區(qū)域里，由于左眼和右眼看到的東西一樣，就會(huì)形成動(dòng)態(tài)的視野，這就是人眼的3D識(shí)別。然而，360度環(huán)拍技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)這一功能。

早在1995年，蘋果就發(fā)布了一款主要拍攝360度圖片的QuickTime VR相機(jī)。虞晶怡試圖將QuickTime VR相機(jī)的技術(shù)運(yùn)用到旅游上，并用360度環(huán)拍技術(shù)拍攝了拉斯維加斯賭場(chǎng)等地的全景照片，但最后卻發(fā)現(xiàn)做出來的全景照片并不怎么吸引人。虞晶怡認(rèn)為這個(gè)問題直到今天依然存在。

同樣，軟件建模技術(shù)雖然更高端，但不夠真實(shí)的缺點(diǎn)依然存在?，F(xiàn)在很多虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景，如VR看房，都是采用三維建模實(shí)現(xiàn)的——需要先建模、貼“皮膚”以及大量的人工，而且不可能做到非常精細(xì)，導(dǎo)致最后的效果相當(dāng)粗糙。

光場(chǎng)技術(shù)應(yīng)用到VR領(lǐng)域，給VR帶來了巨大的發(fā)展變革（圖/東方IC）

什么是光場(chǎng)技術(shù)？虞晶怡舉了個(gè)例子：“人眼就是兩個(gè)天然的光場(chǎng)捕捉器?！比搜塾^看3D世界覺得真實(shí)，是因?yàn)殡p目視覺看到的是立體而非平面圖像，在三維空間圍繞觀看可實(shí)現(xiàn)360度的視覺構(gòu)建，而且人眼具有對(duì)焦功能。

人眼之所以能實(shí)現(xiàn)這些復(fù)雜的功能，是因?yàn)槿搜鄄杉饩€空間。而光場(chǎng)技術(shù)就是把人眼看到的光線空間采集下來，再將光線進(jìn)行重組，可以讓虛擬現(xiàn)實(shí)模擬出人眼基于距離對(duì)物體聚焦、移動(dòng)的效果，捕捉光線信息，重現(xiàn)三維世界，讓用戶擁有更自然的景深。

其實(shí)，光場(chǎng)技術(shù)已經(jīng)有幾十年的發(fā)展歷史。1936年，一個(gè)名叫Gershun的人提出用光場(chǎng)來描述光通過空間中某一點(diǎn)時(shí)在給定方向上的輻亮度。后來，多位科學(xué)家輪番登場(chǎng)，想用各種公式告訴人們光場(chǎng)到底是什么，但受限于技術(shù)水平的發(fā)展，光場(chǎng)一直處于小打小鬧、不溫不火的狀態(tài)。直到20世紀(jì)末期，光場(chǎng)技術(shù)得益于計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的迅速發(fā)展而實(shí)現(xiàn)了技術(shù)上的又一次飛躍。

近幾年，光場(chǎng)技術(shù)搭上VR/AR這趟高速行駛的“列車”，吸引了資本和巨頭的廣泛關(guān)注。至此，這項(xiàng)起源于20世紀(jì)初期的技術(shù)，在經(jīng)歷近一百年的寂寞浮沉之后，才真正迎來了高速發(fā)展的春天。

光場(chǎng)技術(shù)應(yīng)用到VR領(lǐng)域，給VR帶來了巨大的發(fā)展變革，它幾乎滿足了人們對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的所有要求：立體視差可以帶給人們真實(shí)的體驗(yàn)，運(yùn)動(dòng)視差讓走入走出更加自然，對(duì)焦功能可以讓人更加舒服地感受VR內(nèi)容而不至于引起任何身體的不適，大大改善了目前VR沉浸感不足、頭痛、眩暈等問題，保證最真實(shí)的VR體驗(yàn)。因此，業(yè)界普遍認(rèn)為，光場(chǎng)VR是未來虛擬現(xiàn)實(shí)行業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)。

需要特別注意的是，光場(chǎng)并不是一項(xiàng)只能應(yīng)用于VR/AR領(lǐng)域的技術(shù)。它的應(yīng)用極具想象力，并革命性地滲入虛擬電商、影視制作、教育、醫(yī)療、旅游、博物館展示展覽等各個(gè)領(lǐng)域。它的底層技術(shù)和計(jì)算機(jī)視覺有很多重疊，因此光場(chǎng)技術(shù)方面的突破也會(huì)促進(jìn)甚至顛覆一些計(jì)算機(jī)視覺方面的進(jìn)展。

前景雖好但需下功夫。國(guó)內(nèi)光場(chǎng)技術(shù)還處于發(fā)展階段，仍存在諸多不足。

上?？萍即髮W(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)與可視計(jì)算實(shí)驗(yàn)室博士曹煊認(rèn)為，光場(chǎng)顯示現(xiàn)在面臨的最大困難就是顯示器件的革新，這需要材料學(xué)、光學(xué)、半導(dǎo)體等多個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科的共同努力。光場(chǎng)采集不依賴于特殊的光學(xué)器件，用傳統(tǒng)的單反相機(jī)組成陣列即可采集光場(chǎng)，算法才是光場(chǎng)采集的核心。換句話說，光場(chǎng)顯示更依賴于特殊的顯示器件（硬件），而光場(chǎng)采集更依賴于算法（軟件）。所以光場(chǎng)技術(shù)必須采取軟硬兼施策略，缺一不可。

中國(guó)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)聯(lián)盟秘書處主任牛一鳴表示，光場(chǎng)本身還處在概念驗(yàn)證階段，目前顯示設(shè)備及光學(xué)組件、計(jì)算設(shè)備滿足不了光場(chǎng)技術(shù)的要求，自然沒有成型的光場(chǎng)產(chǎn)品。

而且光場(chǎng)產(chǎn)品要往高分辨率、輕型化和小型化方向發(fā)展，這其中還有很多的問題需要解決。例如，如何能在單個(gè)場(chǎng)景中以快速、方便、低廉的形式來采集光場(chǎng)信息就是很大的難點(diǎn)。即使光場(chǎng)采集之后，這些龐大的光場(chǎng)信息也需要計(jì)算，并將虛擬物體呈現(xiàn)出來，疊加在一定場(chǎng)景中。其次，將這些光場(chǎng)信息從采集設(shè)備中輸出，這對(duì)計(jì)算機(jī)圖形算法提出了高要求。最后，目前光場(chǎng)顯示設(shè)備還沒有達(dá)到小型化程度，這也是個(gè)不小的難題。

牛一鳴認(rèn)為，光場(chǎng)技術(shù)還處于發(fā)展初期，相比之下，國(guó)外取得了領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，但國(guó)內(nèi)外差距可能只有三五年。國(guó)內(nèi)如果要追趕，既可從成像技術(shù)、光學(xué)等方面切入，也可以從材料、設(shè)備制作工藝方面下手，發(fā)揮國(guó)內(nèi)制造優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)光場(chǎng)產(chǎn)品的率先規(guī)?；a(chǎn)。（本刊綜合）※