厲害了！這羣95後正在用三維成像技術讓科幻變成現實

摘要：2049年咱們能擁有一個「虛擬朋友」麼？ 將來尚不可知，可是如今，咱們已經擁有了空中三維成像技術。

《銀冀殺手2049》中，虛擬女朋友喬伊得到了你們的青睞，她美麗、貼心、善解人意，關心着男主的點滴，總能在適當的時候給予鼓勵與幫助，隕落前衝上去說我愛你，一個從投影中透射出來的人工智能產品有了靈魂，這也許是將來科技想要到達的。

2049年咱們能擁有這樣一個「虛擬朋友」麼？ 將來尚不可知，可是如今，咱們已經擁有了空中三維成像技術。 這意味着，咱們的視覺方式很快就會發生翻天覆地的變化。打開手機，無論是網購、玩遊戲仍是刷視頻，呈如今咱們眼前的圖像再也不只是手機屏幕上的二維扁平圖像，而是有空間感的三維立體圖。

聽他們本身說

有一羣來自北京郵電大學的年輕人通過6年的時間，終於實現了無介質空中成像。觀衆不須要佩戴任何儀器、眼鏡，僅經過裸眼就可看到脫離物理屏幕40釐米以上的三維畫面，極具懸浮感、立體感，由教育部組織、權威專家組成的專業委員會評價該技術爲全球獨創，且核心指標達到國際領先水平。並在第六屆中國國際「互聯網+」大學生創新創業大賽中拿到了全國總決賽銀獎的好成績。 北京郵電大學的95後團隊是如何實現無介質空中成像的？一塊兒來看看他們怎麼說吧！

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文可敲代碼，武可住工廠

這支平均年齡只有26歲的團隊，由北京郵電大學信息光子學與光通訊國家重點實驗室的十餘位博士、碩士生組成。在本科期間，第一次接觸到三維顯示，這些年輕人就被眼前的成像效果吸引了，科幻電影中想象的場景與實際生活有了鏈接，那種視覺所帶來的震撼感讓他們熱血澎湃。

「超凡幻境——將來全息光場顯示的定義者」這個名字繼承自往屆前輩們。人們習慣把這項技術和「3D」作對比，但其實二者是徹底不一樣的概念。「全息」在物理上咱們把它叫物體的所有信息，好比給一個蘋果拍照，普通照片咱們能看到它的顏色、亮度等信息，而全息影像能夠從手機上、平板電腦上「跳」出來，看到一個特別逼真的蘋果浮如今眼前，先後左右能看到各個維度的立體影像，就是物體的所有信息。全息能夠不借助任何VR眼鏡、3D眼鏡等輔助設備，僅靠技術呈現，將圖像飛離顯示屏幕，裸眼就能看見懸浮在空中的物體。

從2010年開始，導師就帶領着學生們研究裸眼顯示領域。課題在一代代年輕人的熱血中延續，他們一路讀研、讀博，在三維顯示領域花了大量的時間、精力，天天都在研究到底如何可以提升視覺效果，哪怕只是一丁點的進步都能讓他們歡呼雀躍好久。 但這羣癡迷其中的年輕人們，並無意識領域的將來性，會致使他們沒法找到能夠相匹配的硬軟件條件，有時只是一個光學元件都能讓他們崩潰許久。

爲了可以讓成像效果更好，每一個光學元件都會通過團隊反反覆覆設計、但因爲他們技術的前沿性，致使在市場上找不到相應的硬件支持，辛辛苦苦作的設計，每每並不能如願生產，廠家看過設計後，要麼直接拒絕說太難；要麼就是加工後，拿到手裏發現貨不對板。

設備問題不解決，哪怕技術再牛也毫無心義，既然工廠沒有辦法直接按照設計生產出來，那麼他們就與工人一塊兒去打磨，「既然沒有人能去作，那咱們就跟那些人去聯繫，咱們一塊兒去學。」

爲了找到合適的廠家，本來在實驗室裏搞技術、搞研發的人都跑去了工廠，與工人們一塊兒討論如何加工，連續找了三十多家工廠後才終於找到了深圳一家工廠。

工廠位於深圳郊區，周邊都沒有什麼其餘設施，這羣從小沒有吃過什麼苦頭的年輕人，拖着行李開始跟工人同吃同住，與工人一塊兒討論、研發，將本身的專業理論知識與工人的實操經驗相結合。 工廠條件很艱苦，但每次一有新的方案，團隊就立馬火急火燎趕過去，一待就是20多天。本來陌生的工廠變成了他們的第二個大本營，曾經不熟悉的工人們也打成了一片，還經常互開玩笑，他們說工人個個都身懷絕技，工人感慨他們的髮量太過濃密。

每個光學元件都通過了這般打磨，每一件產品也都是這樣慢慢拼接加工出來的，每當看到產品一點點成形，這羣年輕人早已忘記在工廠裏所吃過的苦頭。

正是這般一頭扎進行業裏的固執，設備才能落地。

▲設備外觀

當前項目取得了階段性勝利，但仍面臨一些挑戰——成像設備太大，不夠輕巧便攜。但相信靠他們這股死磕勁，這一問題終究會被解決，畢竟，在74年前世界上第一臺通用計算機「埃尼亞克」，也曾是佔地170平方米、重達30噸的龐然大物。‘

萬事俱備，巧遇華爲

用如今定義將來，這個研發過程遠比想象中難，除了設備的生產、打磨以外，還有當前軟件侷限性帶來的重重挑戰。 全息光場景課題從2010年開始着手研究，到2016年快速發展，以後保持着每一年一次的迭代速度，在分辨率、視角和出屏距離三個重要參數上獲得兩到三倍的提高。2018年，在技術方案引進的過程當中與華爲結下了不解之緣，緣分一直延續到如今。在產品更新迭代中，華爲提供了很大的幫助。

首先，華爲解決了海量數據存儲問題。圖像要實現三維立體，從採集過程開始，就要比二維圖像更加複雜。一個三維物體在圖片採集階段，至少須要五六十臺相機全方位的拍攝，這些高清圖片疊加在一塊兒就是一個不小的儲存量，圖片在傳輸、渲染時也會形成很是大的運算量。

將三維成像與普通電影作對比，大概會在一千倍左右。三維顯示展示一張8K圖片，須要7680×4320的像素，每一個像素有3個子像素，每一個子像素分開編碼，一共有7680×4320×3，大概是1億個子像素須要計算。在實驗階段，團隊每每要耗費大量的時間來等待程序運行完畢，有時只是渲染一幀圖像，就須要一天一晚上。

而目前正在研究的3D全息通訊技術，須要上傳視頻或者實時直播，單張圖片就有1億子的運算，而每一秒的視頻大概有30幀左右，這樣每秒的計算量就是30×1億，目前團隊使用的光線追蹤技術，須要發射1億的光線合成一張圖像，速度慢，消耗時間長。

基於華爲的海量存儲、海量運算的技術，團隊開發了一個平臺，將它命名爲「海量光場數據集成並行渲染平臺」，經過平臺將8K圖片進行區域的拆分，拆成幾百個小區域，每個區域同步計算，這樣一來，整個運算效果獲得了顯著提高，並且每個區域同步的計算量也比以前使用CPU計算的速度快不少，同時下降渲染時間，達到實拍實時傳輸，實時顯示的狀態。相比於自行購買硬件，市面上高性能顯卡都極其昂貴，如RTX3090價格超過一萬元，使用華爲雲在經濟上也更節省。

分佈式光場圖像渲染軟件平臺結合華爲雲彈性計算的特性，避免了前期的硬件投入，解決高質量光場圖像渲染效率低下的難題。經過REST接口對模型數據進行管理和使用，結合華爲提供的SQS點對點服務完成了此分佈式系統中異步消息的構建，實現了多渲染任務的並行執行。

另外，華爲解決了實時動態的問題。好比空氣中浮現了一個蘋果的三維影像，咱們用手去觸碰，它能展示出觸碰後的形態，旋轉或者變形，這個就要求三維數據實時發生變化，引入華爲技術以後，幫助團隊實現實時數據轉化，徹底實現實時的交互。

▲人體器官全息再現

2018年，團隊與華爲共同合做研究全息通訊領域。咱們目前的通訊方式都是二維層面的，臉、身體禁錮在屏幕中，雖然解決了大多數通話需求但將來確定不只侷限於此，一位遠方的母親是否想要看見孩子立體的臉龐，並觸碰到他呢？除了平常通訊，會議也逐漸成爲人們工做溝通的方式，即便遠隔千里，利用技術將對方一顰一笑清晰的呈如今眼前，就像科幻電影裏的場景同樣，聽聽就很興奮。

而不管是全息視頻仍是全息會議都須要兩個基本技術來支撐。第一個技術就是通訊，2019年世界進入5G商用元年，華爲將5G技術推向了全世界，它帶來的不只僅是速度上的提高，還有萬物互聯的構建。華爲提出了「智能體」概念，以AI爲核心，以云爲基礎，雲網邊端協同。經過聯接、人工智能、雲、計算及行業應用的有機協同，構建一個立體感知、全域協同、精準判斷、持續進化的開放的智能系統。而5G的發展正好是實現網絡無縫覆蓋和萬物互聯的基礎。將來將是一個物理世界和數字世界的融合。另一個就是顯示終端，華爲在技術上幫助團隊傳輸數據再實時轉化成空間的真實人物浮現。目前項目第一期已經結束，團隊和華爲正在爲第二期的研究作準備。

科幻現實化，還遠嗎

現在，超凡幻境項目成果已經申請國家發明專利21項、受權11項，成功應用到了國家20多個重要單位和企業中，涉及展覽、通訊、金融等多個領域，用顛覆三維顯示的技術同時也顛覆了其餘領域的傳統應用方式。

北京天文館裏，使用全息光場顯示技術展現宇宙中八大行星繞着太陽轉的場景，再也不是依靠屏幕中的二維圖像或3D動畫來展現，而是可以用真正的三維圖像讓人身臨其境。

同時，在教育部舉辦的全球首屆世界慕課大會中，超凡幻境項目組被邀請到現場，全球直播展現將來互聯網+線上教育的可能性。

對於學習幾何、空間的孩子來講，不用再害怕缺少想象力而感受學習吃力、困難。

相信不久的將來，孩子們都可以在學習中直接看到呈現出的幾何圖像，無須想象，就能看到書本中描繪的物體全貌，這就意味着，將來關於立體、空間等等須要想象的知識，均可以變成咱們可以看到的三維立體圖像。

而這只是超凡幻境項目將來場景的一個縮影，這羣年輕人所作的事情，就是要顛覆大衆習覺得常的二維視覺方式，用全新的三維視覺改變咱們生活的方方面面。目前團隊正在與華爲聯合研發下一代交互式全息視頻通訊系統，已經取得重大進展。

▲華爲將本產品應用到寬帶通訊業務

這世界終究是靠有追求、有熱愛的年輕人在推進，當愈來愈多的年輕人能把心血都投入到定義將來領域裏，那麼這個社會定將會飛速發展。

做爲一家擁有高端技術和人才的企業，華爲一直都在爲這樣的年輕人提供技術支持、項目幫扶。但從去年開始，華爲將再也不只限於此，與高校聯合培養更多可以定義將來的高端人才。

華爲聯合教育部，在有關高校建設**「智能基座」產教融合協同育人基地**，現已在北京大學、清華大學、上海復旦大學、上海交通大學、西安交通大學、哈爾濱工業大學等72所高校，把鯤鵬、昇騰系列課程融入計算機專業、軟件工程專業、人工智能專業、電子信息專業進行首批試點。

中國的將來看高端技術的發展，高端技術的發展看各大高校的年輕人，現現在，華爲帶着技術走進了各大高校，相信不久的將來會有愈來愈多有技術、有想法、有熱情的年輕人噴涌而出，到那時智能化還會遠嗎？

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