《西部世界》科幻場(chǎng)景成現(xiàn)實(shí) “全息投影”，南京創(chuàng)造了“世界第一”

熱播美劇《西部世界》中，人們可以通過(guò)一個(gè)全息沙盤(pán)觀察人工制造世界里的一舉一動(dòng)，并和沙盤(pán)上的虛擬模型進(jìn)行互動(dòng)。這一科幻場(chǎng)景近日變?yōu)榱爽F(xiàn)實(shí)——類(lèi)似的全息沙盤(pán)在南京軟件谷智能仿真技術(shù)研究院亮相。人們可以通過(guò)三維激光掃描儀，將現(xiàn)實(shí)世界的任何區(qū)域掃描，并由全息技術(shù)投放在沙盤(pán)上，從而實(shí)現(xiàn)很多真實(shí)世界里沒(méi)法呈現(xiàn)的展示。

據(jù)悉，該全息沙盤(pán)是目前世界上唯一支持多人同時(shí)互動(dòng)體驗(yàn)的全息虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品。現(xiàn)已有不少國(guó)內(nèi)外訂單，將廣泛運(yùn)用在工業(yè)生產(chǎn)、模擬教學(xué)以及文化遺產(chǎn)保護(hù)中。

第一印象

全息沙盤(pán)仿佛會(huì)動(dòng)的真模型

紫牛新聞?dòng)浾邅?lái)到南京智能仿真技術(shù)研究院全息技術(shù)研究所，這臺(tái)全息沙盤(pán)放置在遮光環(huán)境中，外形酷似一臺(tái)麻將機(jī)，只是中間嵌入了顯示屏。然而戴上特殊的眼鏡后，這臺(tái)簡(jiǎn)單的“桌子”上立刻呈現(xiàn)奇妙景象。

眼前看到的影像和我們平時(shí)觀看的3D電影不同，立體感不是淺淺的幾個(gè)層次，而是完全立體地呈現(xiàn)。環(huán)繞桌子一周就可以看到顯示景物的前后左右，感覺(jué)就在眼前觸手可及。

沙盤(pán)可實(shí)現(xiàn)多用戶互動(dòng)操作，不同的用戶可以同時(shí)看到顯示物體的多個(gè)角度，互不干擾，與一個(gè)三維的沙盤(pán)模型完全相同。技術(shù)負(fù)責(zé)人楊威威告訴紫牛新聞?dòng)浾撸@是世界上第一臺(tái)多人交互式全息沙盤(pán)。配套的眼鏡自帶傳感器，將觀看者的主視角反饋給主機(jī)，隨著變化計(jì)算出結(jié)果反饋給眼鏡上的頻率分離晶體膜，對(duì)當(dāng)前位置應(yīng)該接收的光信號(hào)進(jìn)行篩選。一座城市實(shí)景、一臺(tái)跑車(chē)、一段3D的動(dòng)畫(huà)都可以通過(guò)沙盤(pán)呈現(xiàn)在用戶眼前。

深度體驗(yàn)

全息室里看清羅馬雕塑紋理

利用相同技術(shù)研發(fā)的全息室，是一個(gè)有著四塊大屏幕的半開(kāi)放式空間，紫牛新聞?dòng)浾吣弥倏v手柄走進(jìn)全息投影區(qū)，戴上眼鏡，進(jìn)入一座古羅馬時(shí)期的建筑。在全息室中轉(zhuǎn)動(dòng)頭部，畫(huà)面隨之流暢變化。與大小商場(chǎng)里看到的VR設(shè)備不同的是，身臨其境時(shí)可以看到自己的雙手和雙腳，走動(dòng)時(shí)身體的感覺(jué)和視覺(jué)結(jié)合得比較完美。觀察者不需要佩戴頭盔，大大減輕了眩暈感。包括手持的操縱手柄全是無(wú)線設(shè)備，眼睛看到的就像現(xiàn)實(shí)生活的真實(shí)呈現(xiàn)，增強(qiáng)了空間沉浸感。

拉近畫(huà)面，可欣賞每個(gè)羅馬柱石上的沙礫，看清雕塑上古人鑿出的紋理。

步入羅馬的浴池，藍(lán)色水波上下浮動(dòng)，蹲下身子就可以把頭埋進(jìn)水底，泡沫、陽(yáng)光在水下的斑斕，一切都感覺(jué)非常真實(shí)。

搬來(lái)一座“圣彼得大教堂”

在全息室，紫牛新聞?dòng)浾叽魃先⒀坨R，“步入”一座圣彼得大教堂。通過(guò)控制，不僅可以在教堂內(nèi)前后走動(dòng)，還可以“飛”到空中仔細(xì)端詳一幅壁畫(huà)、一尊雕塑。這一切都是通過(guò)實(shí)景掃描生成的數(shù)據(jù)。

“我們的一位同事在那兒舉辦婚禮，他就把整個(gè)教堂掃描下來(lái)。”楊威威介紹，這個(gè)浪漫的想法變成現(xiàn)實(shí)大概花了一周的時(shí)間，“如今各種場(chǎng)景掃描設(shè)備已經(jīng)非常成熟了，這一個(gè)教堂內(nèi)部全部掃描下來(lái)，大概需要花費(fèi)一周時(shí)間，當(dāng)時(shí)正好教堂在進(jìn)行維修，我們?cè)谡鞯猛夂螅M(jìn)去把它全部掃描了下來(lái)，然后通過(guò)數(shù)據(jù)的形式‘搬’到了我們的全息場(chǎng)景中來(lái)。”

技術(shù)解析

全息投影非投影儀，靠的是追蹤系統(tǒng)

全息投影并不是這套投影儀器有多厲害，比拼的還是畫(huà)面呈現(xiàn)背后的系統(tǒng)。楊威威告訴紫牛新聞?dòng)浾撸麄冄邪l(fā)的這套全息室和全息沙盤(pán)，所使用的視覺(jué)技術(shù)和大家平時(shí)看的3D電影差不多，都是利用一副眼鏡來(lái)營(yíng)造出感覺(jué)。“一般的3D眼鏡有最原始的紅藍(lán)眼鏡，偏振眼鏡，我們目前用的是主動(dòng)快門(mén)式眼鏡，通過(guò)提高畫(huà)面的刷新率來(lái)實(shí)現(xiàn)3D效果。”

能夠稱之為全息投影，主要在于屏幕和人之間有一套追蹤系統(tǒng)。紫牛新聞?dòng)浾呖吹剑@副眼鏡左右各裝了一個(gè)電子設(shè)備，上面各有一個(gè)白色的小圓球，而這就是這副眼鏡的感應(yīng)裝置。通過(guò)眼鏡兩側(cè)的兩個(gè)感應(yīng)裝置，屏幕上方的接受裝置可以追蹤到人所站的位置，雙眼看向的方向，從而通過(guò)一套視覺(jué)呈現(xiàn)系統(tǒng)來(lái)計(jì)算出屏幕上投影出的圖像，也就是說(shuō)眼睛看向哪里，哪里就根據(jù)視覺(jué)角度，呈現(xiàn)出全息圖像。

全息投影、沙盤(pán)背后比拼算法技術(shù)

“目前市場(chǎng)上3D可視化應(yīng)用中，超過(guò)10個(gè)G的數(shù)據(jù)處理就成了一個(gè)瓶頸，在計(jì)算機(jī)模擬中，海量的數(shù)據(jù)加載是個(gè)難題。”楊威威告訴記者，他們這套系統(tǒng)基于無(wú)限細(xì)節(jié)的算法技術(shù)，可以在不到一秒時(shí)間內(nèi)，加載無(wú)限量超大點(diǎn)云數(shù)據(jù)集，一個(gè)TB的數(shù)據(jù)可以在0.8秒內(nèi)呈現(xiàn)。并且這個(gè)能力不受電腦硬件限制，普通電腦即可完成，大大拓展實(shí)用性。

“像我們這樣一種全息呈現(xiàn)，一般的系統(tǒng)可能需要八臺(tái)主機(jī)來(lái)工作完成，但是運(yùn)用了優(yōu)立這套算法以后，只需要一臺(tái)主機(jī)就可以流暢運(yùn)行了。它使得專業(yè)人士可以輕松使用各種巨量激光雷達(dá)數(shù)據(jù)，攝影測(cè)量數(shù)據(jù)。”原來(lái)的一個(gè)場(chǎng)景，考慮到數(shù)據(jù)處理可能需要建模等方式制作，耗費(fèi)大量時(shí)間制作，現(xiàn)在則可以完全進(jìn)入這個(gè)區(qū)域，將整個(gè)空間掃描下來(lái)，再通過(guò)運(yùn)算搭建一個(gè)虛擬的模型。

一座城市全息掃描需要1PB容量

“我們這套全息技術(shù)目前的應(yīng)用還是比較廣泛的，之前做過(guò)一個(gè)案例，就是掃描匈牙利布達(dá)佩斯的全部交通系統(tǒng)，包括航運(yùn)河道、地下鐵、公路等等，掃描之后通過(guò)我們的全息室和沙盤(pán)就可以呈現(xiàn)出來(lái)，便于有關(guān)部門(mén)進(jìn)行管理。”楊威威介紹，但是這里需要運(yùn)用的數(shù)據(jù)也是海量的，匈牙利這個(gè)項(xiàng)目運(yùn)用三維激光掃描儀采集了450TB（1TB=1024GB)的數(shù)據(jù)，而目前他們正在做的東京城市信息掃描則更為龐大，達(dá)到約1PB的容量，即1024TB，這樣大量的信息處理在以前是非常困難的，而現(xiàn)在可以將一座城市搬到屏幕前，通過(guò)全息技術(shù)輕松地在城市中隨意到達(dá)想去的地方，像是進(jìn)入了一個(gè)虛擬的現(xiàn)實(shí)世界。

紫牛新聞?dòng)浾吡私獾剑壳斑\(yùn)用三維激光掃描已經(jīng)非常方便，掃描整個(gè)城市通過(guò)車(chē)輛、無(wú)人機(jī)搭配進(jìn)行操作，可以將任何我們需要的圖像信息精確地掃描下來(lái)。

將來(lái)

您的孩子將會(huì)有份“全息作業(yè)”

全息沙盤(pán)、全息室目前在我們生活中已經(jīng)有了不少應(yīng)用。全息室因?yàn)樵靸r(jià)相對(duì)比較昂貴，主要出現(xiàn)在一些城市展示廳中，帶領(lǐng)游客感受城市場(chǎng)景。而全息沙盤(pán)的應(yīng)用則更為廣泛，教學(xué)、工業(yè)等領(lǐng)域都需要這種全息互動(dòng)展示裝置。

“為國(guó)家電網(wǎng)服務(wù)的一家公司現(xiàn)在就在用我們的產(chǎn)品，對(duì)電力線路進(jìn)行掃描，隨后在全息沙盤(pán)上可以全部呈現(xiàn)，方便工程師全盤(pán)分析，布置方案。澳大利亞空軍培訓(xùn)基地也購(gòu)買(mǎi)了我們的產(chǎn)品，將飛機(jī)全部的部件掃描，讓他們的工程師可以在全息沙盤(pán)上重新組裝飛機(jī)，便于查看飛機(jī)每一個(gè)部件運(yùn)行、維修情況。“楊威威告訴記者，在教學(xué)中的應(yīng)用也非常廣泛，目前國(guó)內(nèi)一些高校也會(huì)用這種全息沙盤(pán)來(lái)進(jìn)行相關(guān)專業(yè)的操作展示。武漢大學(xué)、廈門(mén)大學(xué)則利用裝置來(lái)進(jìn)行虛擬教學(xué)。

目前，這項(xiàng)全息技術(shù)在城市規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)、文化遺產(chǎn)、虛擬旅游、模擬訓(xùn)練等多個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)廣泛應(yīng)用。或許你的孩子將來(lái)的作業(yè)不僅僅不需要紙和筆，也不再需要普通的電腦，而是一份可視化3D的全息作業(yè)！