VRAR星球

近日美國媒體報道，麻省理工學(xué)院的研究團(tuán)隊研發(fā)出一種名為X-AR的增強(qiáng)現(xiàn)實頭顯，能使佩戴者看到隱藏的物體，可用于找出電子商務(wù)訂單上的物品，或識別用于組裝產(chǎn)品的零件。

以不可能的方式看世界

這款得到美國國家科學(xué)基金會等部門資金支持的增強(qiáng)現(xiàn)實頭顯，基于 HoloLens 2，結(jié)合了計算機(jī)視覺和無線感知能力，可以自動定位隱藏在視線之外的特定物品——它們可能在盒子里，或是在貨堆下面，然后引導(dǎo)用戶取出。

該頭顯利用射頻（RF）信號，可以穿過常見的材料——如紙板箱、塑料容器或木制分隔器，找到貼上射頻識別（RFID）標(biāo)簽的隱藏物品。射頻識別標(biāo)簽可以反映射頻天線發(fā)送的信號，它便宜且無需電池，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于服裝零售和倉庫等眾多場景。

當(dāng)佩戴頭顯穿過房間時，頭顯會引導(dǎo)佩戴者朝向物品所在的位置，在增強(qiáng)現(xiàn)實（AR）界面中顯示為一個透明視窗。一旦物品在用戶手中，X-AR頭顯就會驗證是否拿取了正確的物品。

X-AR頭顯可以幫助電子商務(wù)倉庫的工作人員在雜亂的貨架上，快速準(zhǔn)確地識別出訂單上的物品并將其找到，不管它們是藏在箱子里，還是在同一個箱子里的許多相似物品當(dāng)中。該頭顯也可用于智慧制造領(lǐng)域，指導(dǎo)用戶組裝產(chǎn)品，讓裝配流程可視化，標(biāo)出工具并標(biāo)明零部件，既提高效率，又減少錯誤率。

麻省理工學(xué)院電氣工程和計算機(jī)科學(xué)系副教授、媒體實驗室信號動力學(xué)小組主任Fadel Adib是研究團(tuán)隊成員，他說：“我們這個項目的整個目標(biāo)是建立一個增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)，讓你看到隱形的東西——盒子里的或角落里的東西。該系統(tǒng)可以引導(dǎo)你走向它們，真正讓你用以前不可能的方式看到現(xiàn)實世界?！?/p>

巨大的挑戰(zhàn)：輕型天線

要想制造一種具有X射線視覺的增強(qiáng)現(xiàn)實頭顯，首先必須為頭顯配備一個可以與射頻識別標(biāo)簽物品通信的天線。大多數(shù)射頻識別定位系統(tǒng)使用多個相距數(shù)米遠(yuǎn)的天線，而頭顯則需要一個有足夠高帶寬的并可以與標(biāo)簽通信的輕型天線。

設(shè)計一個可以安裝在頭顯上、又不覆蓋攝像頭或妨礙操作的天線，是一個巨大的挑戰(zhàn)。該團(tuán)隊采用了一種簡單、輕便的環(huán)形天線，并通過縮小天線和增加間隙提高帶寬。由于天線通常在戶外工作，研究人員對其進(jìn)行了優(yōu)化，以便在連接到頭顯時能夠準(zhǔn)確發(fā)送和接收信號。

SAR：隱藏物品定位

在完成了一個有效天線后，研究團(tuán)隊開始專注于研究使用它來定位帶有射頻識別標(biāo)簽的物品。他們利用了一種被稱為合成孔徑雷達(dá)（SAR）的技術(shù)。這種技術(shù)類似于飛機(jī)對地面物體的成像。當(dāng)用戶在房間內(nèi)移動時，X-AR頭顯用天線從不同的有利位置進(jìn)行測量，然后將這些測量結(jié)果組合起來。這種方式就像一個天線陣列，其中來自多個天線的測量值被組合以用于定位。

X-AR系統(tǒng)利用頭顯自動跟蹤功能的視覺數(shù)據(jù)來構(gòu)建環(huán)境地圖，并確定其在該環(huán)境中的位置。當(dāng)用戶行走時，系統(tǒng)計算每個位置的射頻識別標(biāo)簽的概率。概率越高，標(biāo)簽位置就越準(zhǔn)確，系統(tǒng)通過使用這些信息來鎖定隱藏的對象。

研究項目合作者密歇根大學(xué)助理教授Dodds說：“這是一個挑戰(zhàn)，但我們在實驗中發(fā)現(xiàn)，它實際上可以很好地適應(yīng)人類的自然運動。因為人類經(jīng)常走動，所以它可以讓我們從許多不同的位置進(jìn)行測量，并準(zhǔn)確地定位一個物體?！?。

一旦X-AR定位了物品，用戶拿起它，頭顯需要驗證用戶是否抓住了正確的物體。但現(xiàn)在用戶站著不動，頭顯天線也不動，因此無法使用SAR定位標(biāo)簽。然而，當(dāng)用戶拿起物品時，射頻識別標(biāo)簽會隨之移動。X-AR可以測量射頻識別標(biāo)簽的運動，并利用頭顯的手部跟蹤功能來定位用戶手中的物品。然后它檢查標(biāo)簽是否發(fā)送了正確的射頻信號，以驗證它是否是正確的對象。

頭顯的全息可視化功能，以簡單的方式為用戶顯示信息。用戶戴上頭顯，便可使用菜單從標(biāo)記項目的數(shù)據(jù)庫中選擇對象。物體被定位后，會被一個透明的視窗包圍，這樣用戶就可以看到它在房間里的位置。隨后，設(shè)備以地板上足跡的形式將軌跡投射到該物品，軌跡可以隨著用戶行走而更新動態(tài)。

“我們抽象出所有技術(shù)方面，以便為用戶提供無縫、清晰的體驗，如果有人將其放在倉庫環(huán)境或智能家居中，這一點尤為重要，”一位研究者說。

AR頭顯的未來藍(lán)圖

為了測試 X-AR頭顯，研究人員創(chuàng)建了一個模擬倉庫，在貨架上放滿紙板箱和塑料箱，并將貼有射頻識別標(biāo)簽的物品放入其中。他們發(fā)現(xiàn) X-AR將用戶引導(dǎo)至目標(biāo)物品時的誤差小于 10 厘米，還發(fā)現(xiàn)X-AR 驗證用戶拿起正確物品的準(zhǔn)確率為96%。

該系統(tǒng)不需要直觀地看到物品，就可以驗證是否選擇正確。如果你有 10 部不同的手機(jī)，包裝相似，你可能無法分辨它們之間的區(qū)別，然而X-AR 可以引導(dǎo)你選擇正確的手機(jī)。

在證明了 X-AR 的成功后，研究人員計劃探索如何使用不同的傳感模式，如 WiFi、毫米波技術(shù)或太赫茲波等，來增強(qiáng)可視化和交互能力。還可以增強(qiáng)天線，使其范圍超過 3 米，并擴(kuò)展系統(tǒng)以供多個頭顯使用。

“因為今天沒有這樣的東西，我們必須弄清楚如何從頭到尾構(gòu)建一種全新的系統(tǒng)，”Adib說：“實際上，我們提出的是一個框架，里面有很多技術(shù)貢獻(xiàn)，但它也是未來如何設(shè)計具有 X 射線視覺的 AR 頭顯的藍(lán)圖?！?/p>

前所未有的應(yīng)用場景

微軟行業(yè)研究總裁Ranveer Chandra 指出：“這個項目讓AR 系統(tǒng)能在非視線場景中工作，邁出了走向未來AR系統(tǒng)的重要一步。它使用了一種非常巧妙的技術(shù)，利用射頻傳感來增強(qiáng)現(xiàn)有 AR 系統(tǒng)的計算機(jī)視覺能力。這可以將 AR 系統(tǒng)的應(yīng)用推向前所未有的場景，例如零售業(yè)、制造業(yè)或新的技術(shù)應(yīng)用?！?/p>

近年來，有識之士不斷呼吁，元宇宙既要開發(fā)硬件，更要發(fā)展內(nèi)容。沒有好的豐富的內(nèi)容，再好的硬件也不過是一堆燒錢的廢物。麻省理工學(xué)院X-AR增強(qiáng)現(xiàn)實頭顯，將元宇宙引入物流管理和工業(yè)管理，極大提高了工作效率，不僅為元宇宙世界增添了新的技術(shù)，而且貢獻(xiàn)了新的內(nèi)容，開辟了更廣闊的道路。

我們期待更多科技工作者、科技部門和企業(yè)，為元宇宙創(chuàng)造出更多更精彩的創(chuàng)新技術(shù)和應(yīng)用內(nèi)容。

文/維克多