2015年1月，微軟發(fā)布了其自主研發(fā)的全息智能眼鏡Hololens，這款眼鏡與市面上虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)眼鏡有很大的不同，它可以通過識別周圍環(huán)境和用戶的動作，通過See-Through的全系波導(dǎo)顯示方案，給用戶帶來全息的視覺體驗(yàn)。Hololens于2016年第1季度接受開發(fā)者預(yù)定，并于第2季度陸續(xù)發(fā)貨，其售價為3000美元。
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拋開Magic Leap等神秘黑科技不說，Hololens可以說是目前體驗(yàn)最好的一款A(yù)R和MR設(shè)備了，從它的名字上就可以看出微軟的野心，Holo是全系的意思，lens是鏡片的意思，微軟并沒有跟風(fēng)Google glass，叫Microsoft glass或者Hologlass，因?yàn)镚lasses是框架式的眼鏡，Contact lens是隱形眼鏡，這么一看，lens就比glass高大上了很多。隨著光電技術(shù)的發(fā)展，顯示鏡片也許真的就和隱形眼鏡一樣了，由此可見Hololens格局就比Google glass大了許多。
Hololens硬件構(gòu)成
Hololens全系智能眼鏡以及適配器、Micro USB數(shù)據(jù)線、備用鼻托、Clicker、說明書、眼鏡布等配件。
Hololens硬件平臺采用Intel X86 32位處理器，配合這顆處理器還有一顆專門用于全息影像和環(huán)境感知的全系處理單元(HPU)，它搭載2GB的RAM和64GB的ROM，并且支持藍(lán)牙和WiFi。
作為人工智能的延伸，要理解環(huán)境和人的意圖，HoloLens還必須要有強(qiáng)大的傳感器做支撐，在眼鏡的左前方和右前方，總共有4顆環(huán)境感知攝像頭，在眼鏡前方正中間，有一顆普通RGB攝像頭和一顆深度攝像頭，這些攝像頭主要利用紅外技術(shù)來進(jìn)行手勢識別和環(huán)境場景的實(shí)時建模。
Hololens上還搭載了4顆高靈敏度麥克風(fēng)，可以拾取不同角度的環(huán)境聲音和語音指令。除此之外，智能手機(jī)上具有的慣性傳感器、陀螺儀、環(huán)境光傳感器也是應(yīng)有盡有，其中慣性傳感器和陀螺儀主要用來識別人體頭部的姿態(tài)。在眼鏡兩側(cè)耳朵的位置處，有一對立體聲的揚(yáng)聲器，系統(tǒng)通過算法對這兩個揚(yáng)聲器進(jìn)行控制，可以模擬出3D音效。除此之外，Clicker小配件可以通過藍(lán)牙和Hololens相連，取代手勢來和眼鏡進(jìn)行交互。
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Hololens要實(shí)現(xiàn)全系顯示和環(huán)境感知、手勢識別等功能，勢必需要較強(qiáng)的硬件性能，高性能必然帶來高功耗，微軟官方?jīng)]有公開Hololens整機(jī)的功耗和電池容量，但根據(jù)實(shí)際體驗(yàn)，大概可以使用3小時左右，對于一款體驗(yàn)為主的產(chǎn)品來說也夠用了，據(jù)筆者估算，Hololens的功耗應(yīng)該在6-8W，電池容量應(yīng)該在5000-6000mAh左右。
Hololens的重量為550g左右(1斤多)，很難想象1斤重的眼鏡戴在頭上是什么感受，但Hololens的設(shè)計很巧妙，眼鏡的內(nèi)側(cè)有一個環(huán)形的頭架，在佩戴的時候，將這個頭架調(diào)節(jié)到合適的大小，使其壓在前額上部，可以大大減輕眼鏡對鼻托的壓力。
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說到全系顯示，就不得不提微軟的光學(xué)顯示方案，Hololens采用的是全息波導(dǎo)顯示技術(shù)，其光學(xué)鏡片厚度有3-4mm，視場角有30度左右。
這種顯示技術(shù)相對于Google glass采用的棱鏡反射技術(shù)和Meta2采用的離軸反射技術(shù)相比，具有厚度和體積小，色彩還原真實(shí)等優(yōu)點(diǎn)，可以比較容易做成普通眼鏡的外觀。
和全息波導(dǎo)顯示技術(shù)相對應(yīng)的還有一種幾何波導(dǎo)顯示技術(shù)，幾何波導(dǎo)鏡片可以做得更薄，目前的技術(shù)可以做到1.7mm的厚度，視場角可以做到60度。但這兩種波導(dǎo)技術(shù)目前最大的缺點(diǎn)就是加工工藝和加工難度較高，可量產(chǎn)性不是很好，因此成本比較高。筆者猜測，Hololens光學(xué)鏡片的成本可能會占到其整機(jī)的1/3。
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Hololens軟件系統(tǒng)
Hololens搭載的是基于Windows 10系統(tǒng)打造的全系操作系統(tǒng)，名字叫Windows Holographic。
該系統(tǒng)界面也是延續(xù)Windows 10的Metro風(fēng)格界面，系統(tǒng)設(shè)計是根據(jù)眼鏡的交互方式做的。Holographic內(nèi)部的全息應(yīng)用程序叫做Hologram，開發(fā)者可以在Holostudio中利用Holographic的工具創(chuàng)建全息的3D模型。
目前微軟已經(jīng)宣布向Intel、高通等公司開放該系統(tǒng)，這有點(diǎn)類似于微軟在PC領(lǐng)域推廣Windows操作系統(tǒng)，先構(gòu)建系統(tǒng)和生態(tài)，再讓其他廠商和開發(fā)者加入自家的陣營，從而占領(lǐng)市場，微軟有了在Windows PC和Windows Mobile上的經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)在在AR和MR領(lǐng)域駕輕就熟。
在開發(fā)Hololens應(yīng)用之前，開發(fā)者需要安裝Visual Studio 2015以上版本、Windows10 SDK、Hololens模擬器以及Unity Hololens技術(shù)預(yù)覽版，這些工具都可以在微軟官網(wǎng)上下載到。目前微軟官網(wǎng)上有已經(jīng)有詳細(xì)的開發(fā)指導(dǎo)文檔，開發(fā)者可自行了解。
Hololens內(nèi)置了一款名為Young Conker的跑酷游戲，當(dāng)你點(diǎn)擊開始游戲后，HoloLens首先會提示你先spatical mapping，即你要先對你所在的房間進(jìn)行掃描，你會看到你掃描的地方都會出現(xiàn)一層類似龜裂一樣的藍(lán)色網(wǎng)塊，當(dāng)HoloLens識別出你所在的整個房間范圍，以及房間內(nèi)的一些具體物件后，開始進(jìn)入游戲，你可以通過凝視焦點(diǎn)的移動來控制游戲中小狐貍的行動軌跡，游戲中的小狐貍便會在你的房間里和你一起“闖關(guān)”。
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Hololens交互體驗(yàn)
前文提到了，Hololens內(nèi)部集成了深度攝像頭和多個傳感器，CPU獲得這些傳感器數(shù)據(jù)以后，利用Sensor fusion技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)多種交互方式。
Hololens支持手勢、凝視、語音等交互方式。
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食指點(diǎn)擊為確認(rèn);
食指和拇指捏和為拖動;
綻放手勢，即手掌朝上，五指收攏，然后再打開，這個手勢為打開開始菜單。
凝視交互，并不是眼球追蹤，不能通過眼球的移動來移動光標(biāo)，眼睛需要盯著光標(biāo)并且移動頭部，才能移動光標(biāo)。通過以上兩種方式就可以滿足大部分的交互需求了。
語音交互有點(diǎn)類似于蘋果的Siri，這里就不過多介紹了。除此之外，還有上文提到的藍(lán)牙遙控器Clicker。
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Hololens的頭部姿態(tài)的追蹤主要還是依靠陀螺儀和慣性傳感器來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)轭^部姿態(tài)主要分為XYZ三個維度的位移和角度，這個技術(shù)和目前智能手機(jī)上使用的類似，比如手機(jī)上的賽車游戲都需要追蹤手機(jī)的姿態(tài)。
Hololens的手勢識別主要是是依靠深度攝像頭，類似于微軟自家Xbox上面的Kinect，目前利用深度信息來獲取手勢數(shù)據(jù)的技術(shù)主要有TOF、結(jié)構(gòu)光技術(shù)、雙目攝像頭。
據(jù)筆者了解，Hololens采用的是TOF技術(shù)，這種技術(shù)是通過紅外測距的原理來獲得Z軸的信息，最后獲得一系列深度圖，通過圖像處理的方式再計算出具體的手勢。由于深度攝像頭使用的是紅外光，在室內(nèi)體驗(yàn)時，手勢識別的準(zhǔn)確度還是比較高，但在戶外陽光下，識別效果會有所打折，因?yàn)樘柟庵械募t外成分會對深度攝像頭造成一定的影響。
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Hololens還具有環(huán)境感知能力，在使用一些應(yīng)用的時候，兩側(cè)的4顆IR攝像頭會對環(huán)境進(jìn)行掃描，從而構(gòu)建出外界環(huán)境的3D模型。
這項(xiàng)技術(shù)叫做SLAM技術(shù)，即實(shí)時定位與地圖構(gòu)建技術(shù)，SLAM技術(shù)之前在機(jī)器人和無人機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用比較多，因?yàn)檫@兩類智能硬件需要實(shí)時掌握自己在環(huán)境中的位置，這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，也會推動VR、AR、MR的發(fā)展。
Hololens中有些應(yīng)用在體驗(yàn)之前，會引導(dǎo)用戶轉(zhuǎn)動頭部來掃描房間的信息，IR攝像頭通過測量各個方向的深度信息，以便生成房間的3D模型，在游戲過程中，出現(xiàn)的3D效果都會和房間的實(shí)際結(jié)構(gòu)相融合，從而達(dá)到MR的效果。
Hologram有一個很重要的關(guān)鍵詞——“錨定”，比如打開的一個宇航員模型，就好像錨定在環(huán)境空間中，宇航員模型不會隨著人的移動而移動，因此人可以在空間中360度對其進(jìn)行觀察，給人一種全息的感覺。這些體驗(yàn)都是得益于SLAM技術(shù)和微軟的HPU。
結(jié)語
有人說，Hololens是微軟將計算平臺從PC端和手機(jī)端搬到眼鏡端的一項(xiàng)重大舉措，是繼iPhone之后的又一大科技革命。
這樣的論斷筆者暫時不做評論，但從近代科技發(fā)展的趨勢來看，個人電腦、功能手機(jī)、智能手機(jī)……消費(fèi)電子的發(fā)展都是為滿足人類更高效的生活、娛樂、辦公，每一代產(chǎn)品的革新，都是伴隨著更低的成本、更自然的交互，更好的體驗(yàn)。
從這一點(diǎn)上來看，AR和MR符合歷史發(fā)展的規(guī)律，在不久的將來，勢必會取代個人電腦和智能手機(jī)，成為下一代計算平臺，微軟等巨頭在這個領(lǐng)域的布局，勢必會加快這個節(jié)點(diǎn)的到來。(完-www.oumuer.cn)
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