《西部世界》科幻場景成現實 “全息投影”，南京創造了“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行互動。這一科幻場景近日變為了現實——類似的全息沙盤在南京軟件谷智能仿真技術研究院亮相。人們可以通過三維激光掃描儀，將現實世界的任何區域掃描，并由全息技術投放在沙盤上，從而實現很多真實世界里沒法呈現的展示。

據悉，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實產品。現已有不少國內外訂單，將廣泛運用在工業生產、模擬教學以及文化遺產保護中。

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研究院全息技術研究所，這臺全息沙盤放置在遮光環境中，外形酷似一臺麻將機，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。環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。技術負責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，隨著變化計算出結果反饋給眼鏡上的頻率分離晶體膜，對當前位置應該接收的光信號進行篩選。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

利用相同技術研發的全息室，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全息投影區，戴上眼鏡，進入一座古羅馬時期的建筑。在全息室中轉動頭部，畫面隨之流暢變化。與大小商場里看到的VR設備不同的是，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備，眼睛看到的就像現實生活的真實呈現，增強了空間沉浸感。

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，藍色水波上下浮動，蹲下身子就可以把頭埋進水底，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，不僅可以在教堂內前后走動，還可以“飛”到空中仔細端詳一幅壁畫、一尊雕塑。這一切都是通過實景掃描生成的數據。

“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實大概花了一周的時間，“如今各種場景掃描設備已經非常成熟了，這一個教堂內部全部掃描下來，大概需要花費一周時間，當時正好教堂在進行維修，我們在征得同意后，進去把它全部掃描了下來，然后通過數據的形式‘搬’到了我們的全息場景中來。”

技術解析

全息投影非投影儀，靠的是追蹤系統

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背后的系統。楊威威告訴紫牛新聞記者，他們研發的這套全息室和全息沙盤，所使用的視覺技術和大家平時看的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。紫牛新聞記者看到，這副眼鏡左右各裝了一個電子設備，上面各有一個白色的小圓球，而這就是這副眼鏡的感應裝置。通過眼鏡兩側的兩個感應裝置，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系統來計算出屏幕上投影出的圖像，也就是說眼睛看向哪里，哪里就根據視覺角度，呈現出全息圖像。

全息投影、沙盤背后比拼算法技術

“目前市場上3D可視化應用中，超過10個G的數據處理就成了一個瓶頸，在計算機模擬中，海量的數據加載是個難題。”楊威威告訴記者，他們這套系統基于無限細節的算法技術，可以在不到一秒時間內，加載無限量超大點云數據集，一個TB的數據可以在0.8秒內呈現。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，一般的系統可能需要八臺主機來工作完成，但是運用了優立這套算法以后，只需要一臺主機就可以流暢運行了。它使得專業人士可以輕松使用各種巨量激光雷達數據，攝影測量數據。”原來的一個場景，考慮到數據處理可能需要建模等方式制作，耗費大量時間制作，現在則可以完全進入這個區域，將整個空間掃描下來，再通過運算搭建一個虛擬的模型。

一座城市全息掃描需要1PB容量

“我們這套全息技術目前的應用還是比較廣泛的，之前做過一個案例，就是掃描匈牙利布達佩斯的全部交通系統，包括航運河道、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出來，便于有關部門進行管理。”楊威威介紹，但是這里需要運用的數據也是海量的，匈牙利這個項目運用三維激光掃描儀采集了450TB（1TB=1024GB)的數據，而目前他們正在做的東京城市信息掃描則更為龐大，達到約1PB的容量，即1024TB，這樣大量的信息處理在以前是非常困難的，而現在可以將一座城市搬到屏幕前，通過全息技術輕松地在城市中隨意到達想去的地方，像是進入了一個虛擬的現實世界。

紫牛新聞記者了解到，目前運用三維激光掃描已經非常方便，掃描整個城市通過車輛、無人機搭配進行操作，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”

全息沙盤、全息室目前在我們生活中已經有了不少應用。全息室因為造價相對比較昂貴，主要出現在一些城市展示廳中，帶領游客感受城市場景。而全息沙盤的應用則更為廣泛，教學、工業等領域都需要這種全息互動展示裝置。

“為國家電網服務的一家公司現在就在用我們的產品，對電力線路進行掃描，隨后在全息沙盤上可以全部呈現，方便工程師全盤分析，布置方案。澳大利亞空軍培訓基地也購買了我們的產品，將飛機全部的部件掃描，讓他們的工程師可以在全息沙盤上重新組裝飛機，便于查看飛機每一個部件運行、維修情況。“楊威威告訴記者，在教學中的應用也非常廣泛，目前國內一些高校也會用這種全息沙盤來進行相關專業的操作展示。武漢大學、廈門大學則利用裝置來進行虛擬教學。

目前，這項全息技術在城市規劃、建筑設計、文化遺產、虛擬旅游、模擬訓練等多個領域已經廣泛應用。或許你的孩子將來的作業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！