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从Magic Leap和HoloLens看增强现实的原理及挑战

2016-02-14 00:22
木中君
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   最近Magic Leap和HoloLens很火。它们是什么?为什么这么火?什么时候能做成?还面临哪些挑战?Botao同学在知乎上谈了不少3D感知部分,我来补充补充别的。

  注:本文仅代表个人观点,和我的公司无关。文章内容都是基于公开信息。

   Magic Leap 和 HoloLens 是什么?

  Magic Leap 和 HoloLens 都是 Augmented Reality (AR)眼镜的代表。

  AR 和 VR 眼镜的区别是什么?

  AR 眼镜是透明的,让你能同时看到现实世界,和叠加在上面的虚拟成像。应用例子:赶不上 Lady Gaga 的演唱会?没关系,戴上眼镜她就在你家里开一个。代表产品原型:Magic Leap 和微软的 HoloLens。

  VR 眼镜是不透明的,只显示虚拟世界,把物理世界完全挡住。应用例子:坐在家里也能去大溪地“潜水”。代表产品:三星的 Gear VR,谷歌 Cardboard,Oculus Rift。

  Magic Leap 和 Microsoft 为什么要做 AR 眼镜?

  总的来说,这是计算机的必然发展趋势。2007 年苹果推出 iPhone 以来,手机发展太迅猛,用户随时随地带着它,各项使用数据毫无悬念地都在超越 PC 端。所以,人机交互界面的未来主要在于移动。但现在的手机局限在于:

  (1)既然要便于携带屏幕就做得小,屏幕小了某些功能就得受限;

  (2)显示屏幕是平面也就是二维的,而真实世界是三维的。

  未来的 AR 眼镜有望实现大突破,就是既能让用户随身携带,又能在他眼前显示超大屏幕,还能把以假乱真的 3D 内容渲染到他看到的真实世界里(想象你坐在教室里听课,你的老师看起来真实无比,但其实就是在你的眼镜上虚拟出来的)。这样的眼镜大概不会完全取代手机,但毫无疑问潜力无穷。

  跟 VR 比较,AR 的应用场景也更广阔(你总不能带着 VR 头盔大街上走吧)。本质上,AR 是 VR 的超集,镜片前面一挡就成了 VR(前提是视角能做到差不多大)。

  戴眼镜好麻烦,为什么不直接像《星球大战》一样在空气中显示全息图(Hologram)?

  Holography 是人类的美好愿景,有一天也许能做成,但近期看离实用还早。现在有一些大学实验室在研究裸眼光场显示器(light field display),但需要很复杂笨重昂贵的设备,还只能在安装了的地方用。相对而言,眼镜的可行性要大得多。如果能做成轻便的 AR 眼镜,将是移动人机交互界面上也是计算机发展的重大革新。

  在 VR 头盔上加个前视摄像头不也就成 AR 了吗?为什么非要透明的?

  好问题。说起来 AR 有两种,一种是前面所说的透明 AR(optical see-through)——现实世界是透过镜片直接看到的。另一种就是“视频叠加”(video see-through 或者 video overlay)——现实世界是通过摄像头捕捉,然后以视频的方式呈现给用户(在上面再渲染一些东西)。事实上,现在手机和平板上已经出现了很多 video overlay 的应用,比如看星空,求翻译,选家具等。

  那为什么不用 VR 头盔加摄像头实现这种 AR 呢?当然可以,现在很多 VR 头盔都在试探这种做法。它和透明 AR 相比各有优劣,比如优势在于用视频实现的虚拟和现实的叠加(overlay)要比透明 AR 简单得多,这也是为什么它已经开始在移动端商用的原因。

  但劣势也可想而知,用户看到的毕竟只是一个 2D 视频,质量跟眼睛直接看到的世界还是差很大的。而且视频从采集到显示总归是有延迟的,如果跟体感信号不一致的话会造成身体不适。所以不管怎样都还是会有公司前仆后继地去做透明 AR 的,Magic Leap 和 Microsoft HoloLens 就是例子。

  Magic Leap 为什么那么牛能融到 5.42 亿?(最近的 C 轮在融 8亿)

  前面说的应用潜力无穷肯定是助力,同时还有技术,创始人,团队的原因。

  Magic Leap 的核心技术是来自华盛顿大学前研究员 Brian Schowengerdt 的,他导师 Eric Seibel 是光纤扫描内窥镜(Scanning Fiber Endoscope)的专家。大家都知道内窥镜就是医生们做手术时用来体内成像的,本质是个微小摄像头。Brian 很聪明地逆转光路把这个技术用到了显示上,这样通过极细的光纤用激光就可以打出彩色的图像(如图所示)。这个技术十几年前就发表了,后来又不断改进,生成了一堆专利。Magic Leap 很大程度上是基于 Brian 的这些专利。

  那这种技术为什么重要呢?我们后面留成一个专门的问题讲。

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