深度科普：關(guān)于智能眼鏡的一些冷知識(shí)

　　智能眼鏡的崛起，是必然的趨勢(shì)。大約在四年前，我認(rèn)識(shí)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(hào)稱“當(dāng)代達(dá)芬奇”。沒(méi)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(zhǎng)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(guó)到現(xiàn)在也快一年了，在國(guó)內(nèi)看到了智能眼鏡越來(lái)越旺的發(fā)展勢(shì)頭，內(nèi)心非常激動(dòng)。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(shí)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(lái)會(huì)提到的一些觀點(diǎn)。有不當(dāng)之處，請(qǐng)讀者諒解指正。只要不打臉，一切好說(shuō)。

　　認(rèn)識(shí)復(fù)雜事物，先從概念開(kāi)始。

　　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(kāi)各個(gè)公司各種越來(lái)越多的營(yíng)銷名詞，我們需要來(lái)系統(tǒng)地理解一些基礎(chǔ)知識(shí)。智能眼鏡的這些核心概念是一個(gè)連續(xù)體，像愛(ài)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(jiǎn)單地了解最近聽(tīng)到的這些名詞，我會(huì)用自己的理解把它暴力地做一個(gè)非學(xué)術(shù)性的簡(jiǎn)化。

　　VR/AR — 虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的關(guān)系

　　讓我們先從一個(gè)點(diǎn)R0開(kāi)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(jué)系統(tǒng)能看到并理解的世界。簡(jiǎn)單點(diǎn)來(lái)說(shuō)，這就是一對(duì)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(huì)離R0越來(lái)越遠(yuǎn)。最終，我們會(huì)得到一個(gè)極端情形，即虛擬現(xiàn)實(shí)。在這個(gè)離R0無(wú)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?，F(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(shuō)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(lái)，我們來(lái)看幾個(gè)眼鏡形態(tài)例子，并對(duì)它們進(jìn)行標(biāo)注：

　　1. 輕量級(jí)AR — 類似Google Glass的智能眼鏡

　　輕量級(jí)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(chǎng)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(guò)分布在每個(gè)人身上的相機(jī)來(lái)構(gòu)建和諧社會(huì)。這個(gè)有機(jī)會(huì)我以后再跟大家分享。

　　2. 中量級(jí)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(jí)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(méi)有提及，以后有機(jī)會(huì)再聊。在國(guó)內(nèi)，有一家做中度AR的公司叫亮風(fēng)臺(tái)，創(chuàng)始人和我一樣都是云南人，也是巧得一逼。

　　3. 重量級(jí)AR — 類似HTC和The Void的所謂動(dòng)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(dòng)態(tài)VR(真實(shí)環(huán)境會(huì)被渲染成游戲場(chǎng)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(lái)講，它實(shí)際上是重量級(jí)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(shí)清楚。我相信動(dòng)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(jiàn)得比較多了。今年在國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)出了大批的VR頭顯設(shè)備。個(gè)人覺(jué)得頭顯硬件做的不錯(cuò)的公司是樂(lè)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(guò)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(shì)，一方面輕量級(jí)AR開(kāi)始在視角擴(kuò)大的進(jìn)程中向著中量級(jí)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(jí)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(duì)特殊的相機(jī)。剛才理清楚了VR和AR的關(guān)系，我們就開(kāi)始聊聊MR了。

　　MR — 數(shù)字化的視覺(jué)感知

　　讓我們?cè)倩氐絉0，并開(kāi)始另一個(gè)維度的延伸。之前說(shuō)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(duì)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(jué)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(lái)，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(wú)法直視的燒焊場(chǎng)景在MR眼鏡中變得清晰柔和，眼鏡使得佩戴者在看清場(chǎng)景的同時(shí)通過(guò)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(guó)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(jí)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(kāi)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(lái)。

　　甚至，我們可以通過(guò)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?cè)贛R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(lái)猜猜。猜中有紅包。

　　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(kāi)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(duì)計(jì)算機(jī)的認(rèn)識(shí)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。