魔幻進入生活 ——增強現實來襲

想象一下，在一間大大的體育場中，一只鯨魚就那么憑空從地板中沖出。鯨魚和浪花不是現實，卻與現實完美契合，而且角度不同看到的景象也不同——這是多么奇妙的景象！

這難道是最新的虛擬現實技術（Virtual Reality ，VR）? 并不是。我們知道所有的虛擬現實都需要戴眼鏡才能觀看的，而這個令人震撼的場景并不需要觀眾佩戴任何設備，體育場中央也沒有類似屏幕的物體。

其實，我們還可以創造出更多類似的幻象，比如：

宇宙也可以盡在掌中。

把手慢慢打開，里面竟藏著一只微型大象。

色彩斑斕的海馬就在身邊。

以后人體解剖課可以這樣上了。

不僅如此，以后生活的方方面面都可以這樣顯示了：

天氣預報，直接在空中顯示！

媽媽們再也不用擔心孩子的學習了！

在辦公室里養條鯊魚當寵物。

所有這些像極了《星際迷航》一類的科幻電影里的情節，但它們并不是電影，而是活生生的現實！

既不是虛擬現實技術，也不是科幻電影場景，那它們是什么呢？這是一家低調神秘的創業公司最新創造的增強現實技術（Augmented Reality ，AR）。這家公司的名字叫Magic Leap，它2011年才成立，至今也沒有推出什么商業化的產品，卻憑借上述那些魔幻般的場景表演。該公司成功吸引了包括谷歌、阿里巴巴等世界頂級公司以及摩根士丹利、摩根大通等著名金融公司幾十億美元的投資，成為了全世界資金最充裕的創業公司之一。

這么多大牌公司紛紛投資一個初創公司，是因為Magic Leap的技術深深打動了他們。如果 Magic Leap 的技術得以實現，我們將迎來一個仿若科幻世界一般的未來。電影將不再拘泥于2D銀幕，而是可以呈現出更加復雜、立體，具有互動性質的形式；進入商場中后，動態感十足的展示比柜臺里靜靜呆著的商品更吸引人；我們將能夠把現實世界當成游戲舞臺，再也不用受到屏幕、鍵盤、鼠標、電腦桌的限制。尤其是，我們將不必佩戴任何特殊的眼鏡，就能看到全息景象！

一旦這項技術得以運用，屏幕便不再重要，也許更會顛覆人類的生活方式！如此科幻的逆天技術，前途將不可限量。

增強現實與虛擬現實

事實上，虛擬世界早就已經進入生活。3D影視已經能讓動物栩栩如生地出現在面前，那么Magic leap到底有什么魅力，吸引到這么多優質的投資呢？

在解釋這個問題前，不妨先看看虛擬現實（VR）與增強現實(AR)的區別。現實生活中，絕大部分屏幕顯示只能進行簡單的二維（2D）顯示，然而人們實際所處的現實空間卻是一個三維 (3D）的空間。二維顯示的物體圖像沒有立體感和厚度，總體上就是一個平面，與真實的立體環境有很大區別。VR和AR都是致力于創建三維的立體逼真圖像。

前者的典型例子就是3D電影。人之所以產生立體視覺，是由于人的兩只眼睛同時觀察物體時，在視網膜上形成的像并不完全相同，左眼看到物體的左側面較多，右眼看到物體的右側面較多，這兩個成像經過大腦綜合以后就能區分物體的遠近，從而產生立體視覺。

3D電影就是利用了這個原理，在拍攝時，利用兩臺并列安置的電影攝影機，分別代表人的左、右眼，同步拍攝出兩個略帶水平視差的電影畫面。放映時，將兩條電影膠片分別裝入左、右電影放映機。當畫面投放于銀幕上，就會形成左、右“細微”的雙重影像。特制的偏光眼鏡能將左、右“雙影”疊合在視網膜上，由大腦神經產生三維立體的視覺效果，從而展現出一幅幅連貫的立體畫面，讓觀眾感受到景物撲面而來，自己身臨其境的神奇體會。

但3D電影的立體視覺并不能真正與環境融為一體。比如，你只能在電影院里通過固定的銀幕，看到《阿凡達》里的蝴蝶正飛出來，在你鼻尖停留，但銀幕與周圍的環境差距還是很大，并不能真正讓人產生真假難分的錯覺。這是因為3D電影最常用的方法本質上是欺騙你的眼睛，而不是用你通常見到事物的方式呈現物體。

Magic leap公司的增強現實技術與虛擬現實技術最大的不同，是將這些模擬圖像融入到你所處的現實生活中，不需要投影儀，不需要玻璃板，不需要任何專用的全息影像投影設備，而是真正意義上的“憑空出現”，讓這只蝴蝶在整個電影院飛舞，讓你很難區分這究竟是真蝴蝶還是假蝴蝶。

增強現實的原理

這種效果，被Magic Leap稱作“四維光場顯示技術”。所謂“四維光場”，是指空間中一束光包括位置和方向的所有信息，這些信息其實需要五個維度的坐標來確定——位置需要三個維度，方向需要兩個維度。在計算中，每多一個維度，就會將計算量大大提高，因此要盡量降低維度，所以使用了一個簡單的模型，巧妙地從五維降為四維。

理解這個光場之前，我們需要先理解下我們現在看到的這個世界。我們在看不同物體時，我們眼睛的晶狀體會隨時進行對焦來使物體更清楚。就是當物體靠近時，我們的瞳孔會進行收縮，讓視網膜接受到清晰的實像，反之亦然。

也就是說，我們人眼看真實世界的時候，眼睛落到不同物體或者不同的點上時，焦點、焦距都是不同的。即我們眼中看到的清晰世界，在一個時間內，只是類似于一個確定焦點的二維圖，跟現在通用相機拍出來的照片差不多，焦點部分是清晰的(就是我們盯著看的地方是清楚的)，背景部分則是虛化的(就是除了盯著的中心區域以外，眼睛余光部分全部是模糊的)。而整個空間環境則是由無數個這樣的二維畫面疊加融合而成，融合后的畫面會包含各個“焦點”在特定時刻的各種空間信息和位置關系。

而Magic leap 的“四維光場顯示技術”，其核心設備是光纖投影儀，就好像把一大簇迷你相機捆在一起，同時從一個場景的多個視角捕捉光線信息，當捕捉到每束光線的方向信息后，使用一系列數學方法重建一個數字光場，復原模擬出來這個空間，使我們跟真正在這個空間中的任何位置一樣，能從任意角度看到對應的“無數個這樣的二維畫面疊加融合”而成的畫面。用不太準確的比喻話，就是把你眼前的立體世界加一個軸，然后按照這個軸切片，你看到的所有畫面都是這一堆切片里面的某一張。

融入環境

在解決完虛擬成像問題后，還要解決如何與現實空間融合的問題。Magic leap的基本原理是需要攝像頭先捕獲周邊的環境，迅速建立模型。然后在此之上疊加“不存在”的虛擬內容。

感知環境中的三維信息，這個可以通過普通的攝像頭實現。這一步完成之后，需要對三維進行重構，隨后需要識別三維物體細節。計算機現在需要理解環境中的具體構成，以便能和環境發生互動。比如什么是椅子，什么是窗戶，什么是天花板，是一張什么椅子，椅子的材質是什么？

然后，是一個很重要的一個設計——互動環節，這就需要對三維物體的材質進行識別。在完成了所有呈現效果的仿真計算之后，需要將 AR 效果實時渲染出來，進而投射在顯示設備上。

最后的但并非最不重要的，還需要一些零部件。比如一雙“觸覺手套”，它可以讓你真實地摩擦雙指，當遇到危險時，還能操縱一對虛擬機器人。一個LCD，來擋住現實世界里虛擬物體占據的位置反射出來的光線，讓虛擬物體不會失真。還需要用到一個眼鏡里內嵌的攝像頭追蹤眼球注意力。

世界是你的屏幕

由于涉及到的傳感器信號處理、三維重構、三維物體識別、計算機圖形學等眾多領域，在剛開始時，精力有限的magic leap會集中在游戲、娛樂和通信的設備開發方面，然后再開辟其他領域的用途。

但即便僅僅局限于這些領域，也已經可以讓我們展開無限的想象。比如可以空中發郵件、看NBA現場球賽。遠方的家人看起來，好像坐在客廳里，跟你促膝而談。去了一個陌生的城市時，有一個“空氣導游”一路跟隨，而你看上去像在跟“空氣”對話。

Magic leap也會把虛擬人物請入課堂。在物理課上，愛因斯坦可以出來跟你聊聊相對論，電影課上，哈利波特帶你去制服伏地魔。無聊時，你可以完全撇開老師唾沫橫飛的講課，偷偷打開特定的應用程序，穿越到過去，看一場熱鬧的宮廷劇。因為Magic leap將來有可能會設計一款小巧的能裝在口袋里的虛擬設備，也會開發出類似安卓系統的應用系統。

此前，人類通過文學作品、鬼魂傳說構建的想象世界，現在Magic leap由圖像來完成，而且會有更逼真的身臨其境感，它逼真的3D技術，將會在醫學、心理學、文學方面大放異彩。正像Magic leap 的創始人說的：“它將會帶來世界性信息和交互方式的改變。”

但換個角度，假如日本最恐怖的電影《午夜兇鈴》邀你一起體驗“貞子”的世界，你的感覺會如何？

在美國驚悚電影《迷霧》中，畫家大衛·德雷頓生活在一座風景怡人的小鎮里，恰逢一場暴風雨過后，遠方突然逆風飄來一團濃密的黑霧。小鎮的人，習以為常地購物、逛街。但隨著濃霧占據了整個小鎮，來不及從霧中脫逃的人，被許多吃人的生物襲擊，受到攻擊的不僅僅是人，還包括一切生物，一時間，生靈涂炭，小鎮上尸橫遍野。

而這場恐怖的屠殺的罪魁禍首，卻是科學家。原來科學家們在一次試驗中，不小心打開了另一個世界的門，來自異次元世界的怪獸跑到了這個世界上。這個于2007年11月21日在美國上映的影片，那時還沒預料到Majic leap 能夠實現。但二者卻達到了驚人的相似性：都打開了另外一個世界的門，都引來了怪獸。到底Magic Leap 引來的虛擬怪獸，會不會殺人？讓我們拭目以待。

本文源自大科技*百科新說2016年第9期重點雜志文章、歡迎廣大讀者關注我們大科技的微信號：hdkj1997