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| 本文作者： ArkinAi | 2016-01-05 09:05 |
【編者按】本文作者艾韜，易瞳科技CTO，多倫多大學(xué)計(jì)算機(jī)工程專業(yè)畢業(yè)。多年跟隨“世界穿戴電腦之父”Steve Mann教授，專注于智能眼鏡的基礎(chǔ)研究。
智能眼鏡的崛起，是必然的趨勢。大約在四年前，我認(rèn)識Steve Mann教授時(shí)，就毅然決然地去研究智能眼鏡了。Steve Mann，世界穿戴電腦之父，是一個(gè)瘋狂的全才，號稱“當(dāng)代達(dá)芬奇”。沒事作個(gè)小曲，有空印個(gè)電路，搞搞服裝設(shè)計(jì)，解個(gè)微分方程，閑時(shí)寫個(gè)劇本，熬夜擼個(gè)代碼在他那兒完全不是事兒。
穿戴電腦是個(gè)大交叉學(xué)科。在他的實(shí)驗(yàn)室里忙碌的這三年，不但學(xué)到了各種奇葩技能，更重要的，是讓我系統(tǒng)地了解到一個(gè)從事穿戴電腦研究長達(dá)四十年之久的教授的思想體系，讓我了解到智能眼鏡的方方面面。從今年年初畢業(yè)回國到現(xiàn)在也快一年了，在國內(nèi)看到了智能眼鏡越來越旺的發(fā)展勢頭，內(nèi)心非常激動。
在這里，我想把自己所學(xué)到的關(guān)于智能眼鏡的淺薄知識分享給大家。同時(shí)也歡迎大家抱著純潔的心態(tài)與我討論接下來會提到的一些觀點(diǎn)。有不當(dāng)之處，請讀者諒解指正。只要不打臉，一切好說。
首先，虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality, 或VR），增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality, 或AR）和介導(dǎo)現(xiàn)實(shí)（Mediated Reality, 或MR）不是技術(shù)而是概念。在智能眼鏡硬件上實(shí)現(xiàn)這些概念的方法才是技術(shù)。拋開各個(gè)公司各種越來越多的營銷名詞，我們需要來系統(tǒng)地理解一些基礎(chǔ)知識。
智能眼鏡的這些核心概念是一個(gè)連續(xù)體，像愛因斯坦提出的由時(shí)間和空間共同組成的時(shí)空連續(xù)體（Space-Time Continuum）一樣, 真實(shí)的物理世界和虛擬的數(shù)字世界也共同組成了一個(gè)叫介導(dǎo)現(xiàn)實(shí)連續(xù)體（Mediated-Reality Continuum）的東西。在這個(gè)連續(xù)體中，我們可以清楚地理解虛擬現(xiàn)實(shí)， 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和介導(dǎo)現(xiàn)實(shí)的區(qū)別和聯(lián)系。
需要指出的是，在論文中的這個(gè)連續(xù)體是一個(gè)龐大的體系。為了增加閱讀性，從而讓大家簡單地了解最近聽到的這些名詞，我會用自己的理解把它暴力地做一個(gè)非學(xué)術(shù)性的簡化。
讓我們先從一個(gè)點(diǎn)R0開始聊，這個(gè)點(diǎn)叫做原生感知現(xiàn)實(shí)。這是正常人類的視覺系統(tǒng)能看到并理解的世界。簡單點(diǎn)來說，這就是一對叫“人眼”的相機(jī)拍到的一組照片，就是裸眼畫面。
以此為原點(diǎn)，向右延伸，我們就有了一根數(shù)軸。數(shù)軸上的標(biāo)度代表了我們往裸眼畫面上投放數(shù)字信息的多少（Amount of Augmentation）。投放后呈現(xiàn)在我們眼中的畫面就是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。
當(dāng)數(shù)軸上的標(biāo)度不斷增加，我們會離R0越來越遠(yuǎn)。最終，我們會得到一個(gè)極端情形，即虛擬現(xiàn)實(shí)。在這個(gè)離R0無窮遠(yuǎn)的點(diǎn)上，我們的裸眼畫面完全被數(shù)字內(nèi)容覆蓋。現(xiàn)實(shí)中的事物，也和我們的雙眼毫不相關(guān)。因此，VR是AR軸上的一個(gè)點(diǎn)，是AR的一個(gè)極端情形。我們說VR是AR的一個(gè)真子集。如下圖。
根據(jù)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)量的多少，我們可以標(biāo)出各個(gè)主流智能眼鏡在數(shù)軸上的位置。接下來，我們來看幾個(gè)眼鏡形態(tài)例子，并對它們進(jìn)行標(biāo)注：
1. 輕量級AR — 類似Google Glass的智能眼鏡
輕量級AR只可以小范圍的顯示數(shù)字信息。由于不需要生成電腦圖像，通常是單眼棱鏡光學(xué)透視的設(shè)計(jì)方案。我們把這類眼鏡稱為Notification System（提示型系統(tǒng)）。這類眼鏡的市場是在于拍照，里面有個(gè)指導(dǎo)思想叫做Equivalence，大概講的是如何通過分布在每個(gè)人身上的相機(jī)來構(gòu)建和諧社會。這個(gè)有機(jī)會我以后再跟大家分享。
2. 中量級AR — 類似Microsoft Hololens的智能眼鏡
這類眼鏡視角最大達(dá)到50度，是中量級AR，可以在視野里疊加3D數(shù)字模型。為了立體效果，通常是雙目棱鏡光學(xué)透視。微軟也把這類眼鏡叫Mixed Reality（混合現(xiàn)實(shí)）。但這是他們做AR眼鏡的商用名稱，有別于學(xué)術(shù)上的概念。為了防止大家混淆，真正的混合現(xiàn)實(shí)涉及的范圍在我們的文中沒有提及，以后有機(jī)會再聊。在國內(nèi)，有一家做中度AR的公司叫亮風(fēng)臺，創(chuàng)始人和我一樣都是云南人，也是巧得一逼。
3. 重量級AR — 類似HTC和The Void的所謂動態(tài)VR眼鏡
戴上VR頭顯，背上電腦，在一個(gè)布滿標(biāo)記和外置相機(jī)的體驗(yàn)館里進(jìn)行游戲。大家把這種體驗(yàn)叫做動態(tài)VR（真實(shí)環(huán)境會被渲染成游戲場景）。在我們的圖上，大家可以看到它離VR很近，但已經(jīng)不屬于純VR了。理論上來講，它實(shí)際上是重量級AR體驗(yàn)。雖然用的是VR頭顯，但形態(tài)不能決定本質(zhì)，所以大家要認(rèn)識清楚。我相信動態(tài)VR是虛擬現(xiàn)實(shí)行業(yè)下一步的發(fā)展方向，也可以看出VR在從一個(gè)點(diǎn)慢慢往左延伸。
4. 純VR眼鏡
純VR頭顯大家就見得比較多了。今年在國內(nèi)涌現(xiàn)出了大批的VR頭顯設(shè)備。個(gè)人覺得頭顯硬件做的不錯(cuò)的公司是樂相科技。純VR體驗(yàn)設(shè)備一般是固定式的，打個(gè)游戲、坐個(gè)過山車啊什么的，這種體驗(yàn)做得好的公司很多，大家碰到的時(shí)候可以花個(gè)幾十塊錢去體驗(yàn)一下。
從以上例子不難看出VR和AR的融合趨勢，一方面輕量級AR開始在視角擴(kuò)大的進(jìn)程中向著中量級AR靠攏；另一方面，像The Void一樣的體驗(yàn)館，將現(xiàn)實(shí)環(huán)境的幾何結(jié)構(gòu)融入VR體驗(yàn)中，使得VR向重量級AR轉(zhuǎn)變。那AR之后的MR如何實(shí)現(xiàn)呢？要實(shí)現(xiàn)MR，只需要在頭戴顯示器中加入一對特殊的相機(jī)。剛才理清楚了VR和AR的關(guān)系，我們就開始聊聊MR了。
讓我們再回到R0，并開始另一個(gè)維度的延伸。之前說R0是裸眼畫面，不同的人甚至是不同的物種，各自的裸眼畫面是不一樣的。有的人高，有的人矮，老鷹看得遠(yuǎn)，馴鹿看得暗。因此，在對現(xiàn)實(shí)本身的感知能力上我們還有另一條線。這條數(shù)軸從R0往豎直方向延伸，標(biāo)度代表視覺感知能力的大小。這條線和原先的AR軸相交構(gòu)成一個(gè)平面，這個(gè)平面就是之前提到的叫MR Continuum的東西。
在我看來，智能眼鏡終極理想不是變成游戲機(jī)，而是革新人類視覺感知。智能眼鏡不但要讓人們看到比裸眼更多或更少的現(xiàn)實(shí)畫面，還要在這畫面上任意疊加數(shù)字內(nèi)容。因此，可以修改的眼前畫面就包括了現(xiàn)實(shí)畫面和要疊加的數(shù)字畫面。在下圖中，裸眼無法直視的燒焊場景在MR眼鏡中變得清晰柔和，眼鏡使得佩戴者在看清場景的同時(shí)通過數(shù)字內(nèi)容的指導(dǎo)去完成正在進(jìn)行的工作。
我還在實(shí)驗(yàn)室時(shí)，曾經(jīng)幫助一家美國的醫(yī)療成像公司做膚下血管成像的相關(guān)算法。這也是MR的一種應(yīng)用。眼鏡佩戴者就像有了X射線般的超級視力，即使是在具有挑戰(zhàn)性的臨床環(huán)境，也能快速容易地確定血管位置。
腦洞如果開大點(diǎn)，基于可以被數(shù)字化的現(xiàn)實(shí)，我們可以試著去做一些很神奇的事情。像下圖這種立體街頭藝術(shù)可以做到眼鏡中來。
甚至，我們可以通過各種濾鏡把雙眼看到的景物以某種畫風(fēng)重新渲染。讓你身處在一片花園中看到梵高或達(dá)利眼中的世界。
實(shí)現(xiàn)了MR概念的智能眼鏡，就是給你一雙神奇的眼睛，然后根據(jù)你的需要再讓你看增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。因此，AR比MR少了一個(gè)維度，是MR的一個(gè)真子集。這樣我們在MR連續(xù)體中就衍生出下圖關(guān)系。
看到這里，有心人可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)易瞳科技設(shè)計(jì)師的匠心了。除了像大眼套小眼外，它表示的就是MR連續(xù)體。實(shí)際上Logo有四個(gè)圈，那少了的一個(gè)圈（虛線部分）包含的部分是什么呢，我這里先賣個(gè)關(guān)子，大家不妨來猜猜。
較之VR和AR，MR的概念范圍更大，不僅要身兼AR和VR，還需要在協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上，開創(chuàng)新的技術(shù)，鉆研新的算法。以這些概念為核心的智能眼鏡的出現(xiàn)將使人們對計(jì)算機(jī)的認(rèn)識產(chǎn)生觀念上的變化。這是一個(gè)哲理，也是人類史上計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)潮流。
接下來，我會陸續(xù)發(fā)文，講一些關(guān)于智能眼鏡其他方面的知識。有興趣聊聊的，可發(fā)郵件給我。如果文中有誤，歡迎指正。（附上公司郵箱，：info@visionertech.com）
關(guān)于作者：艾韜，在讀期間獲全額獎(jiǎng)學(xué)金，其研究領(lǐng)域涉及半制定芯片和計(jì)算攝影學(xué)，研究成果多次發(fā)表在IEEE和ACM的國際知名研討會上，并通過實(shí)驗(yàn)室對相關(guān)行業(yè)多個(gè)公司提供技術(shù)支持。作為推動智能眼鏡行業(yè)的核心研究員，曾為加拿大國防研究部（DRDC）部長Dr. Guy Vezina做軍用智能眼鏡的學(xué)術(shù)研究報(bào)告。其歸國創(chuàng)業(yè)獲得導(dǎo)師Steve Mann和其實(shí)驗(yàn)室全力支持。
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