热播美剧《西部世界》中,人们可以通过一个全息沙盘观察人工制造世界里的一举一动,并和沙盘上的虚拟模型进行互动。这一科幻场景近日变为了现实——类似的全息沙盘在南京软件谷智能仿真技术研究院亮相。人们可以通过三维激光扫描仪,将现实世界的任何区域扫描,并由全息技术投放在沙盘上,从而实现很多真实世界里没法呈现的展示。

　　据悉,该全息沙盘是目前世界上唯一支持多人同时互动体验的全息虚拟现实产品。现已有不少国内外订单,将广泛运用在工业生产、模拟教学以及文化遗产保护中。紫牛新闻记者刘浏文/摄

　　第一印象

　　全息沙盘仿佛会动的真模型

　　紫牛新闻记者来到南京智能仿真技术研究院全息技术研究所,这台全息沙盘放置在遮光环境中,外形酷似一台麻将机,只是中间嵌入了显示屏。然而戴上特殊的眼镜后,这台简单的“桌子”上立刻呈现奇妙景象。

　　眼前看到的影像和我们平时观看的3D电影不同,立体感不是浅浅的几个层次,而是完全立体地呈现。环绕桌子一周就可以看到显示景物的前后左右,感觉就在眼前触手可及。

　　沙盘可实现多用户互动操作,不同的用户可以同时看到显示物体的多个角度,互不干扰,与一个三维的沙盘模型完全相同。技术负责人杨威威告诉紫牛新闻记者,这是世界上第一台多人交互式全息沙盘。配套的眼镜自带传感器,将观看者的主视角反馈给主机,随着变化计算出结果反馈给眼镜上的频率分离晶体膜,对当前位置应该接收的光信号进行筛选。一座城市实景、一台跑车、一段3D的动画都可以通过沙盘呈现在用户眼前。

　　深度体验

　　全息室里看清罗马雕塑纹理

　　利用相同技术研发的全息室,是一个有着四块大屏幕的半开放式空间,紫牛新闻记者拿着操纵手柄走进全息投影区,戴上眼镜,进入一座古罗马时期的建筑。在全息室中转动头部,画面随之流畅变化。与大小商场里看到的VR设备不同的是,身临其境时可以看到自己的双手和双脚,走动时身体的感觉和视觉结合得比较完美。观察者不需要佩戴头盔,大大减轻了眩晕感。包括手持的操纵手柄全是无线设备,眼睛看到的就像现实生活的真实呈现,增强了空间沉浸感。

　　拉近画面,可欣赏每个罗马柱石上的沙砾,看清雕塑上古人凿出的纹理。

　　步入罗马的浴池,蓝色水波上下浮动,蹲下身子就可以把头埋进水底,泡沫、阳光在水下的斑斓,一切都感觉非常真实。

　　搬来一座“圣彼得大教堂”

　　在全息室,紫牛新闻记者戴上全息眼镜,“步入”一座圣彼得大教堂。通过控制,不仅可以在教堂内前后走动,还可以“飞”到空中仔细端详一幅壁画、一尊雕塑。这一切都是通过实景扫描生成的数据。

　　“我们的一位同事在那儿举办婚礼,他就把整个教堂扫描下来。”杨威威介绍,这个浪漫的想法变成现实大概花了一周的时间,“如今各种场景扫描设备已经非常成熟了,这一个教堂内部全部扫描下来,大概需要花费一周时间,当时正好教堂在进行维修,我们在征得同意后,进去把它全部扫描了下来,然后通过数据的形式‘搬’到了我们的全息场景中来。”

　　技术解析

　　全息投影非投影仪,靠的是追踪系统

　　全息投影并不是这套投影仪器有多厉害,比拼的还是画面呈现背后的系统。杨威威告诉紫牛新闻记者,他们研发的这套全息室和全息沙盘,所使用的视觉技术和大家平时看的3D电影差不多,都是利用一副眼镜来营造出感觉。“一般的3D眼镜有最原始的红蓝眼镜,偏振眼镜,我们目前用的是主动快门式眼镜,通过提高画面的刷新率来实现3D效果。”

　　能够称之为全息投影,主要在于屏幕和人之间有一套追踪系统。紫牛新闻记者看到,这副眼镜左右各装了一个电子设备,上面各有一个白色的小圆球,而这就是这副眼镜的感应装置。通过眼镜两侧的两个感应装置,屏幕上方的接受装置可以追踪到人所站的位置,双眼看向的方向,从而通过一套视觉呈现系统来计算出屏幕上投影出的图像,也就是说眼睛看向哪里,哪里就根据视觉角度,呈现出全息图像。

　　全息投影、沙盘背后比拼算法技术

　　“目前市场上3D可视化应用中,超过10个G的数据处理就成了一个瓶颈,在计算机模拟中,海量的数据加载是个难题。”杨威威告诉记者,他们这套系统基于无限细节的算法技术,可以在不到一秒时间内,加载无限量超大点云数据集,一个TB的数据可以在0.8秒内呈现。并且这个能力不受电脑硬件限制,普通电脑即可完成,大大拓展实用性。

　　“像我们这样一种全息呈现,一般的系统可能需要八台主机来工作完成,但是运用了优立这套算法以后,只需要一台主机就可以流畅运行了。它使得专业人士可以轻松使用各种巨量激光雷达数据,摄影测量数据。”原来的一个场景,考虑到数据处理可能需要建模等方式制作,耗费大量时间制作,现在则可以完全进入这个区域,将整个空间扫描下来,再通过运算搭建一个虚拟的模型。

　　一座城市全息扫描需要1PB容量

　　“我们这套全息技术目前的应用还是比较广泛的,之前做过一个案例,就是扫描匈牙利布达佩斯的全部交通系统,包括航运河道、地下铁、公路等等,扫描之后通过我们的全息室和沙盘就可以呈现出来,便于有关部门进行管理。”杨威威介绍,但是这里需要运用的数据也是海量的,匈牙利这个项目运用三维激光扫描仪采集了450TB(1TB=1024GB)的数据,而目前他们正在做的东京城市信息扫描则更为庞大,达到约1PB的容量,即1024TB,这样大量的信息处理在以前是非常困难的,而现在可以将一座城市搬到屏幕前,通过全息技术轻松地在城市中随意到达想去的地方,像是进入了一个虚拟的现实世界。

　　紫牛新闻记者了解到,目前运用三维激光扫描已经非常方便,扫描整个城市通过车辆、无人机搭配进行操作,可以将任何我们需要的图像信息精确地扫描下来。

　　将来

　　您的孩子将会有份“全息作业”

　　全息沙盘、全息室目前在我们生活中已经有了不少应用。全息室因为造价相对比较昂贵,主要出现在一些城市展示厅中,带领游客感受城市场景。而全息沙盘的应用则更为广泛,教学、工业等领域都需要这种全息互动展示装置。

　　“为国家电网服务的一家公司现在就在用我们的产品,对电力线路进行扫描,随后在全息沙盘上可以全部呈现,方便工程师全盘分析,布置方案。澳大利亚空军培训基地也购买了我们的产品,将飞机全部的部件扫描,让他们的工程师可以在全息沙盘上重新组装飞机,便于查看飞机每一个部件运行、维修情况。“杨威威告诉记者,在教学中的应用也非常广泛,目前国内一些高校也会用这种全息沙盘来进行相关专业的操作展示。武汉大学、厦门大学则利用装置来进行虚拟教学。

　　目前,这项全息技术在城市规划、建筑设计、文化遗产、虚拟旅游、模拟训练等多个领域已经广泛应用。或许你的孩子将来的作业不仅仅不需要纸和笔,也不再需要普通的电脑,而是一份可视化3D的全息作业!