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

熱播美劇《西部世界》中，人們可以通過一個全息沙盤觀察人工制造世界里的一舉一動，并和沙盤上的虛擬模型進(jìn)行互動。這一科幻場景近日變?yōu)榱爽F(xiàn)實——類似的全息沙盤在南京軟件谷智能仿真技術(shù)研究院亮相。人們可以通過三維激光掃描儀，將現(xiàn)實世界的任何區(qū)域掃描，并由全息技術(shù)投放在沙盤上，從而實現(xiàn)很多真實世界里沒法呈現(xiàn)的展示。

據(jù)悉，該全息沙盤是目前世界上唯一支持多人同時互動體驗的全息虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品。現(xiàn)已有不少國內(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

全息沙盤仿佛會動的真模型

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

眼前看到的影像和我們平時觀看的3D電影不同，立體感不是淺淺的幾個層次，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，感覺就在眼前觸手可及。

沙盤可實現(xiàn)多用戶互動操作，不同的用戶可以同時看到顯示物體的多個角度，互不干擾，與一個三維的沙盤模型完全相同。技術(shù)負(fù)責(zé)人楊威威告訴紫牛新聞記者，這是世界上第一臺多人交互式全息沙盤。配套的眼鏡自帶傳感器，將觀看者的主視角反饋給主機(jī)，隨著變化計算出結(jié)果反饋給眼鏡上的頻率分離晶體膜，對當(dāng)前位置應(yīng)該接收的光信號進(jìn)行篩選。一座城市實景、一臺跑車、一段3D的動畫都可以通過沙盤呈現(xiàn)在用戶眼前。

深度體驗

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，是一個有著四塊大屏幕的半開放式空間，紫牛新聞記者拿著操縱手柄走進(jìn)全息投影區(qū)，戴上眼鏡，進(jìn)入一座古羅馬時期的建筑。在全息室中轉(zhuǎn)動頭部，畫面隨之流暢變化。與大小商場里看到的VR設(shè)備不同的是，身臨其境時可以看到自己的雙手和雙腳，走動時身體的感覺和視覺結(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線設(shè)備，眼睛看到的就像現(xiàn)實生活的真實呈現(xiàn)，增強(qiáng)了空間沉浸感。

拉近畫面，可欣賞每個羅馬柱石上的沙礫，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，蹲下身子就可以把頭埋進(jìn)水底，泡沫、陽光在水下的斑斕，一切都感覺非常真實。

搬來一座“圣彼得大教堂”

在全息室，紫牛新聞記者戴上全息眼鏡，“步入”一座圣彼得大教堂。通過控制，不僅可以在教堂內(nèi)前后走動，還可以“飛”到空中仔細(xì)端詳一幅壁畫、一尊雕塑。這一切都是通過實景掃描生成的數(shù)據(jù)。

“我們的一位同事在那兒舉辦婚禮，他就把整個教堂掃描下來。”楊威威介紹，這個浪漫的想法變成現(xiàn)實大概花了一周的時間，“如今各種場景掃描設(shè)備已經(jīng)非常成熟了，這一個教堂內(nèi)部全部掃描下來，大概需要花費(fèi)一周時間，當(dāng)時正好教堂在進(jìn)行維修，我們在征得同意后，進(jìn)去把它全部掃描了下來，然后通過數(shù)據(jù)的形式‘搬’到了我們的全息場景中來。”

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，比拼的還是畫面呈現(xiàn)背后的系統(tǒng)。楊威威告訴紫牛新聞記者，他們研發(fā)的這套全息室和全息沙盤，所使用的視覺技術(shù)和大家平時看的3D電影差不多，都是利用一副眼鏡來營造出感覺。“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快門式眼鏡，通過提高畫面的刷新率來實現(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)。紫牛新聞記者看到，這副眼鏡左右各裝了一個電子設(shè)備，上面各有一個白色的小圓球，而這就是這副眼鏡的感應(yīng)裝置。通過眼鏡兩側(cè)的兩個感應(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，從而通過一套視覺呈現(xiàn)系統(tǒng)來計算出屏幕上投影出的圖像，也就是說眼睛看向哪里，哪里就根據(jù)視覺角度，呈現(xiàn)出全息圖像。

全息投影、沙盤背后比拼算法技術(shù)

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

“像我們這樣一種全息呈現(xiàn)，一般的系統(tǒng)可能需要八臺主機(jī)來工作完成，但是運(yùn)用了優(yōu)立這套算法以后，只需要一臺主機(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)，攝影測量數(shù)據(jù)。”原來的一個場景，考慮到數(shù)據(jù)處理可能需要建模等方式制作，耗費(fèi)大量時間制作，現(xiàn)在則可以完全進(jìn)入這個區(qū)域，將整個空間掃描下來，再通過運(yùn)算搭建一個虛擬的模型。

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，之前做過一個案例，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，掃描之后通過我們的全息室和沙盤就可以呈現(xiàn)出來，便于有關(guān)部門進(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，匈牙利這個項目運(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)入了一個虛擬的現(xiàn)實世界。

紫牛新聞記者了解到，目前運(yùn)用三維激光掃描已經(jīng)非常方便，掃描整個城市通過車輛、無人機(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。

將來

您的孩子將會有份“全息作業(yè)”

全息沙盤、全息室目前在我們生活中已經(jīng)有了不少應(yīng)用。全息室因為造價相對比較昂貴，主要出現(xiàn)在一些城市展示廳中，帶領(lǐng)游客感受城市場景。而全息沙盤的應(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展示裝置。

“為國家電網(wǎng)服務(wù)的一家公司現(xiàn)在就在用我們的產(chǎn)品，對電力線路進(jìn)行掃描，隨后在全息沙盤上可以全部呈現(xiàn)，方便工程師全盤分析，布置方案。澳大利亞空軍培訓(xùn)基地也購買了我們的產(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上重新組裝飛機(jī)，便于查看飛機(jī)每一個部件運(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，目前國內(nèi)一些高校也會用這種全息沙盤來進(jìn)行相關(guān)專業(yè)的操作展示。武漢大學(xué)、廈門大學(xué)則利用裝置來進(jìn)行虛擬教學(xué)。

目前，這項全息技術(shù)在城市規(guī)劃、建筑設(shè)計、文化遺產(chǎn)、虛擬旅游、模擬訓(xùn)練等多個領(lǐng)域已經(jīng)廣泛應(yīng)用。或許你的孩子將來的作業(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)！