标签: 虚拟现实

空天院可视化/虚拟现实博士后招聘2020

VGEGONG 2020-7-7 12:22

2020年中科院空天信息创新研究院虚拟地理环境方向博士后招聘 2020-2021年，计划招收2-3名博士后研究人员，主要从事虚拟现实 与增强现实 、大数据可视化分析等,待遇年薪20万-30万元以上，具体面议。有意向者， 可以直接联系 中科院空天院龚建华研究员：gongjh@aircas.ac.cn 。 个人网页： http://people.ucas.edu.cn/~jhgong VGE技术网页： http:// www.virtual3d.cn 微信公众号：“虚拟地理环境工程研究室”

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基于增强现实和虚拟现实的智慧校园建设

wangyunwu 2020-7-3 17:03

祝贺本科生在《数字教育》发表智慧校园论文！ 基于增强现实和虚拟现实的智慧校园建设 随着时代的进步和发展，增强现实和虚拟现实技术成为教育领域热点议题。据此，本文首先根据AR/VR 的教育应用特性进一步挖掘了AR/VR 在智慧校园建设上的价值，其次通过案例研究分析了基于AR/VR 建设智慧校园的融合架构，并探讨了AR/VR 在融合建设智慧校园上可能存在的主客观问题，最后通过AR/VR 结合其他技术，展望了AR/VR 在智慧校园上的应用前景和发展趋势。 详见：焦雨蒙,刘猛,王运武.基于增强现实和虚拟现实的智慧校园建设 .数字教育,2020,6(03):72-76.

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第一堂网课的欢笑与汗水-篇三

热度 2 uestc2014xiaoyu 2020-2-26 11:11

第三篇：苦练内功，挑战自我 提到网络授课，第一反应就是网络主播。以前会对某些炒作的网红大咖，带货直播有点儿嗤之以鼻，觉得都是颜值或者笑点的卖弄。这次真正接触了网络直播，才开始深深的鄙视自己，笑自己的无知，真心觉得不应该轻视任何一个职业，隔行如隔山。 这次网络教学，基于前两个篇章，目标明确了，心态平稳了，计划也制定了，但是接下来的更重要——苦练内功，挑战自我。真正的知行合一，方为真知。 1、基础网络平台的选择和搭建 鉴于前期的培训内容，以及自己和学生们的亲身试验，初步选定腾讯会议作为第一直播平台，QQ群电话会议作为第二备选方案，同时以QQ群、微信群的课程信息同步作为补充。为了避免网络信息不畅，传统的电子邮件传送资料，也是基础手段之一。 当然，也有不少同事选择腾讯课堂、雨课堂、钉钉等等，都依赖于自己的使用习惯、学生的使用习惯、互动效果以及网络条件等。这个就是仁者见仁智者见智，真正的教无定法了。 现在某种程度上微信的使用已经超过了QQ，所以很多信息的发布和沟通，第一时间通过微信比较即时，只是资料分享和公告的发布，借助课程QQ群是不错的平台。 这些工作的开展，都是在整个培训期间，逐步形成的，包括选课学生的联系和导入，也是集合了学院很多老师的帮助。无论如何，这是我们的主战场，必须根据自己的情况，建立越完善越好，后面才能施展你的主播才华！ 2、加强同行经验借鉴和实操练习 在选定平台和不断操练的过程中，看用户手册或者自己反复试验，不如多听一下同行的经验和分享的很多实用小技巧。比如这个过程中，我看到丁熠老师提到的腾讯会议传送声音的分享，我就和助教反复试验了几次，结果还别出心裁地发现了更加好玩儿的应用，那就是助教和学生们可以分享他们的视频和音乐。这也就催生了后面我在进行教学环节设计的时候，与助教的完美场景切换操作。又如，听到吴劲老师的“基于雨课堂的混合式教学方法实践分享”，激发了我想到可以把混合教学的模式扩展到学生、助教、老师，三位一体的互动模式上。另如，阎波老师的“简网上教学方案分享”，让我对最坏的网络条件做了最托底的预案工作。这些都是相互学习和借鉴的结果，不然自己一个人闭门造车，终究会遇到很多坑。 同时，课程小组内的讨论也非常必要，因为同一门课程，多位行课老师，如果大家可以把一些好的经验和小技巧，及时分享出去，也会给大家带来很多便利。这里感谢钟婷老师、钱伟中老师、蓝天老师、朱钦圣老师、周帆老师、刘启和老师等的全力支持。 对于软件本身的操作，就需要老师们自己多联系，可以以科研团队和小组会议为练手机会，多操练，以备及时应对各种突发状况。尤其是多练习在网络直播面前自己的言行表达，如何能将一份激情传递给学生，又如何能让大家收回来相对凝神静气。这些都是挑战！没有谁能保证百分百不出问题，但是我们尽到百分百的努力，总是可以达到尽可能好的效果。 3、调整授课内容，设计网络教学环节 面对于网络授课，授课内容与教学环节的设计是需要做调整的，大致分为这样几种情况： （1）有些实时现场互动的传统教学内容，需要瘦身，或者改为屏幕互动，那么就需要设想学生的反应，提前做好预备情况的准备。 （2）需要大量板书的模块，也需要瘦身，很多平台不支持白板功能，即便是支持，效果也不尽如人意，那么这些模块需要进行调整。建议大家可以把这部分改为提前预习和启发式引导教学。 （3）课件的制作上为了保证信息内容传输的更加有效，需要尽量少的动画和视频插入，否则容易导致一些不必要的卡顿和网络掉线。 那么这里为了保证效果，建议把扩展资料提前发给学生，在这个环节就可以调动大家自行打开，或者助教协助做第二现场的屏幕分享。助教是保证网课顺利开展的一个必备要素，以前的传统课堂，助教也就是辅助批改作业或者做一些信息统计。但是这次网课的开展，让我们充分意识到助教的重要性，他们就是我们的眼睛、耳朵和手。当班级人数众多的时候，当你全神贯注网络授课的时候，当你正在回答某一个同学问题的时候……我们都需要助教。因为网络授课，是去中心化的，是实时并发的。学生数量大了，我们就自顾不暇；专注授课时和点对点回答问题时，或许QQ群正有问题冒出、或许有多人打开了语音、或许有人掉线正在微信求助……太多的环节和或许了，所以，如何在教学环节的设计上充分与助教配合，是提高教学效果的一个有力措施。 （4）授课内容要更加灵活，提前多准备一些扩展素材，上课乏味和劳累的时候，可以以讨论的形式做一些扩展。 （5）对于课程的动手实践环节，尽量以小组为单位，开展组内的环节设计，这样能增强大家的主动性和交互性。 （6）增设网络讨论环节，给大家网络主播的机会，有其是针对于留学生，让他们主动自组织学习，以讨论的方式强化关键知识点。 以上，只是自己在准备第一堂网课时候所想到和准备到的。可能还不完善，不过会随着课程的推进，不断优化。 4、挑战自我，虚拟现实，增强现实 真实的课堂上，我们讲到兴奋点，或许会有更多的肢体语言来表达那份情感。但是网络教学，对着的是屏幕，一是很难调动自己的情绪，二是自己情绪起来了，也很难准确的传递给学生。所以，挑战自己，如何做到情感传递，还真的是一门硬功夫。这一点，着实佩服网红大咖们！ 一说到虚拟现实、增强现实，可能很多的同事，认为是采用VR、AR的手段辅助教学？差矣。这里买了个关子。此处的虚拟现实，是指将本次的网络授课，作为一次虚拟云端教室的学习经历，不停的模拟、操练、换位思考、亲身体验，以巧妙的教学环节设计、自己的情感投入为基础，唤起学生们在虚拟网络教师的学习兴趣和积极性。故而，我用了虚拟现实。 那么增强现实，自然是通过一系列的手段和改革，达到与真实的物理面对面授课等效的教学效果，进而起到增强现实的目的。课前的内功修炼，说实话，我自己也是大姑娘上轿头一回，里面不妥的，还望大家多交流。

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未被全面认知的双孪生虚拟世界

Babituo 2019-11-8 12:59

最近开始学习UE4,开源虚拟游戏引擎。 “世界”是游戏引擎对现实世界的虚拟，也就是通常说的虚拟现实世界。 大家对数字孪生，平行系统，平行世界的理解多是一对双生的系统。 在学习中，加强了如下感受： 或许这个概念还有细微的区分没有被大家认识到： 假若能按如下两个维度来观察： 1.现象 ( 具体表象 )-- 概念 ( 抽象归纳， 人脑认知 ) 2.真实 ( 真切实际 )-- 模型 ( 虚拟构建， 电脑认知 ) 那么，两个维度的正交结果，会得到如下四个不同的“世界”： 1.现象 的 真实 世界 (真实 存在于自然中的事物 ) 2.概念 的 真实 世界 ( 确切 存在于人脑中的认知 ) 3.现象的模型世界 ( 存在于电脑中对真物实事的数字化建模 ， 虚拟现实世界 ) 4.概念的模型世界 ( 存在于电脑中对确切认知的数字化建模 ， 虚拟概念世界 ) 游戏引擎的图形学引擎驱动的是虚拟现实世界，物理引擎驱动的是虚拟概念世界。 所以，研究虚拟世界，应把虚拟的现实世界和虚拟的概念世界进行分工协作的研究。

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如何用虚拟现实培训领导力？

wshuyi 2019-3-22 08:23

盛会 2019年3月18日-20日，第四届中美智慧教育大会（US-China Smart Education Conference）在北得克萨斯大学（University of North Texas, UNT）举行。 我恰好正在 UNT 访学，近水楼台，欣然付费参加。因为这学期我作为 adjunct faculty 授课，还有个员工优惠码可用。但为了要优惠，单位只能填 UNT 。所以在一次中美教育大会上，我一个中国大学教师，居然被算作了美方代表，真让人哭笑不得。 因为交了钱，所以我参会很认真。基本上每天都是从早晨9点开始，一直忙到晚上9点多，才能回去睡觉。 三天的会议下来，我把自己的感觉，写在了朋友圈里： 许多特别好的主题演讲并行举办，分身乏术，不得不说留下了许多遗憾。但是给我的收获已经远远超越预期。各个方向上的教育技术探索者们，带给了我极具冲击力的新认知，也迫使我重新审视教师的角色、行为，甚至是家庭教育的理念。技术的革新，将使得学生在校学习时，85%的新行业都还尚未出现。学生必须准备好，迎接这种变革带来的新鲜、兴奋与阵痛。从教十年，我还从未认真思考过这种局面。能做的，唯有不断学习与精进，力求帮助学生们能以更好的准备和训练，来直面未来。 这种震撼和冲击，是全方位的。我真的很想把这几天的收获，全都介绍给你。但是内容实在太多了。所以，我先挑选了一个 自己深度参与 的讲座，来和你谈谈感受。 领导力 那是大会的第一天，我选择了“虚拟现实培训领导力”讲座。 再次顺道吐槽一下日程安排，因为我确实也很想听旁边屋子 同时举行的 “课堂游戏化设计”。可惜鱼与熊掌不可得兼。 主讲人是来自旧金山 Mursion 公司的 Carrie Straub 博士。讲解非常精彩生动。 领导力，属于软技能（soft skill）。 调查显示，领导力不足，会导致员工缺乏参与感，进而降低工作效率，甚至是引发离职。 而好的领导力，甚至可以让团队整体效能提升超过一倍。 在中国的古话里，这样的传统智慧屡见不鲜。例如： 一将无能，累死千军。 而在西方历史上，一篇动员演讲，就能振作士气，取得战争胜利的例子也不胜枚举。 但是，传统意识中，人们往往会把领导力当成是一种 天生的能力 ，而缺乏对后天培养的关注。 现代的管理学发展，使得人们愈发认识到领导力是一种可习得、可改进的能力。 特别是当技术进展推动环境变化日趋快速之后，可以按部就班的操作在减少。同时，因应复杂环境做出选择和调整的要求显著提高。 领导者需要能够跟团队有效沟通、协同管理，甚至需要很高的共情能力。这些，其实都是领导力的重要组成部分。 但是，领导力究竟如何培养和训练呢？ 从前的方法，主要是角色扮演。 Carrie 说到这里，听众们频频点头。紧接着，她就提及了这种方法的缺陷。 你必须把培训专家和参与者召集到同一地点。而且为了角色扮演的真实感，要花很大力气进行各种场景设置和带入……这些特点决定了，成本居高不下。 有的培训机构为了节省成本，采用了录像方式，让学习者观看视频教程。 效果如何？ 答案是——很不好。 因为就如我在《 MOOC教学，什么最重要？ 》一文中所说的，学习的关键，在于快速的有效反馈。缺乏反馈一环，则事倍功半。 角色培训，太贵；录像观摩，不管用。怎么办？ 虚拟 一般人看到上述的问题，第一个想到的解法，就是自动化。或者说，用人工智能自动化交互和反馈过程。 这个想法固然很好。问题是，目前的人工智能，还真的达不到这种高度。 想想看，你平时对着 Siri 或者 Alexa 讲话，效果如何？ 帮着点个餐或许还可以。但是你真的能和他们 正经地 聊个天吗？ Mursion 给出的解决方案，是 虚拟现实 （Virtual Reality, VR）。 一想到虚拟现实，可能你首先联想到的，就是游戏。 没错，这次大会上，甚至就有虚拟现实的展厅。我非常认（huan）真（kuai）地跑去体验了好几样。 但是，虚拟现实不等于游戏。它另外的一个作用，是确实可以根据虚拟场景，改变你头脑中的神经网络结构。此处的神经网络，说的是你的生物大脑，不是指计算机里的人工神经网络。 而一旦你的神经网络发生了改变，回到现实中，处理类似的场景，你也一样可以做到有的放矢，游刃有余。 相对于现实世界角色扮演，虚拟现实可以以非常低廉的成本生成场景。而且还可以远程交互，这就打破了时空限制，大幅降低开销。 唯独需要人工的地方，就是屏幕背后的培训专家。研究显示，与真人交互，许多初学者往往会有较大的心理压力。而虚拟现实，使得参训人员感觉场景逼真的同时，却能因为面对的人是虚拟化身（Avatar），而解除紧张情绪。 当然，我说的 Avatar ，不是这个。 当受训人员通过“学习-试错-反馈-改进”的循环迭代，熟悉了问题的解决方式，并且累积自信之后，再回到真实世界，效能改变就会很显著。 Carrie 提到了 Mursion 公司用虚拟现实技术，为教师群体进行授课技巧训练的例子。课前10分钟的虚拟现实强化训练，可以有效改进参训教师的教学效果。 实战 原理讲完了，紧接着就是实际演示。 Carrie Straub 博士提出需要一个志愿者上来尝试。 我毫不犹豫地第一个举手。 其实我对自己的领导力没有啥信心。对虚拟现实技术也不熟悉。 我觉得，既然交了钱来开会，不参与就亏大发了啊。 Carrie 很热情邀请我上台。然后，就有了本文这张题图的场景。 远程连线的另一端，在 Mursion 公司旧金山的办公室。一共两个培训人员参与到这个演示中。 前面跟我打招呼的黑人小伙是负责介绍场景、规则和给予指导反馈的。 真正需要应对的，是这位女士。她的角色是一个部门主管，是我的下属。 显然，她不怎么开心。看那表情、动作，明显的防御和抵触心态。 她的问题，是和自己的下属 Steve 有矛盾。 Steve 在她眼里，简直不可理喻。而我的任务，是处理这种员工矛盾。 演示场地的 Wifi 效果不是很好。演示过程里，出现了好几次断续，导致我这边听到的语音不完整。所以，我只好尽量尝试理解，并且做出回应。 结果可想而知。 我好像没能解决她的问题。 而后，黑人小伙儿回来了。他很耐心地询问我的感受，并且对我在对话过程中的亮点进行挖掘。他说我在倾听上做得非常好。 他不仅鼓励了我，还指明了改进的方向。我觉得很有收获。特别是，如果复现这样的场景，我相信自己能做得更好。 Carrie 后来解释说，使用这种技术，原本就是要降低参训者的焦虑感。但是，今天的场景很特殊，因为我上台后，面对的不只是虚拟场景和 Avatar ，而且还包括了整间屋子的观众，甚至是一个正在录像的摄像头。所以，她觉得我的表现已经是很棒了。 全场观众，都很积极地用掌声鼓励我。这些教育技术领域的专家们确实是太可爱了。 后一场讲座的时候，我刚好和助理副校长 Mike Simmons 教授坐在一起。他跟我说：“你还真行！换了是我，估计一句话都说不出来。那种场景太让人紧张了。” 我把视频上传到了 这个链接 。你可以点击查看全程录像内容。 也欢迎你在留言区告诉我。如果是你第一次接触到这种场景，你会如何应对。 喜欢请点赞和打赏。还可以微信关注和置顶我的公众号 “玉树芝兰”(nkwangshuyi) 。 如果你对 Python 与数据科学感兴趣，不妨阅读我的系列教程索引贴《 如何高效入门数据科学？ 》，里面还有更多的有趣问题及解法。

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爱犯错的智能体 – 体感篇：我思故我在？

热度 1 heruspex 2018-11-1 07:32

我思故我在？ 这是笛卡尔的一句很有名的哲学命题，意思是我思考了，我便证明了我的存在，证明了我躯体的存在。可是，我们是如何确定我的躯体是我自己的，而不是别人的呢？我们有没有可能将其他物体如桌子、椅子、甚至虚拟的物品认为是自己身体的一部分呢？ 一、肢体与智能的发育 人类对外部世界尤其是远距离的感知主要通过视觉、听觉来完成，而执行任务则无法仅通过这些感知系统或只靠思考就能实现，虽然人类一直期待能理解和掌握《星球大战》中尤达大师的原力 ( The Force ) 。记得小朋友小时候曾在外面玩过一款基于脑电波来控制“迷你足球”射门的对抗游戏。当她戴上测脑电波的头盔，手握好金属棒，便开始集中注意力思考，最终轻松战胜了一位比她高半个头的小男孩。后问其经验，告知：“无他，手用力抓紧金属棒即可”。虽然近年来在原力的探测上已经有了很长足的进步，如日本的科研机构一直在研究脑电波控制轮椅。但现有的脑电波检测设备、甚至那些可侵入大脑的检测设备都还无法真正对大脑的思维模式形成全方位的了解，离真正的实用化还有相当的距离。 古人和其他智能体就更不能理解原力了。在无法直接利用原力的情况下，肢体自然就成了执行智能体任务的首选。而直立行走，又让人类向高级智能体迈出了重要一步。尤其在学会农耕种植、有策略的捕食猎物后，负责解决生存压力的肢体便被解放出来，多余的时间可以用来聊八卦、发展语言 、玩音乐、跳广场舞；而筷子的使用可能会让国人在移动增强智能体的路上走得更快。因为当西方人还在一手拿刀一手拿叉吃饭的时候，国人已经可以边吃饭、边拿手机做各种拓展知识的训练了，如玩手游、吃鸡。所以，肢体也是智能发育的一个关键因素。然而，肢体的作用并非一出生就从人类这个智能体上显现了。 在最初出生的阶段，人类的肢体几乎毫无作用。相比小鹿出生就能行走来说，新生儿最多能挥挥肉肉的小手、蹬几下腿，理应是食物链上最弱势、最易被淘汰的。但偏偏人类不太需要在生存上考虑太多，因为父母的保护已经足够了。如果观察新生儿的发育，就能发现多数新生儿的肢体要到“七坐八爬”这个阶段才开始施展逐渐其能力。到一岁左右的时间，新生儿才懂得直立行走。 可是，从智能体的角度来看，肢体发育的严重滞后性也许并不是劣势，反而在帮助人形成由粗到细的发育结构中，起了关键作用。因为有了肢体发育的滞后以及视觉由粗到细的发育，新生儿才能相对方便和快速地对各种目标建立大概的视觉印象。 在此基础上，新生儿的肢体才开始对目标有了接触。在原有的粗糙印象上，建立了目标的三维结构，了解目标的旋转不变性， 学习了目标离自身的远近感。再学会精准地抓取物品，通过触觉感受物体的精细纹理。继而学会了对物体的自动分类，以及目标之间的相互匹配和关联。再长大一点，就到了可以写作业的年龄了。 肢体尤其是上肢帮助人类衍生了太多生存以外的功能，玩乐器和各种依赖器械的体育运动。它也促进了交流和理解，帮助表达人类的情绪。网络随便查查，便可发现不少分析人类动作和微动作的文献。 它还让人对形体有了审美方面的意识。如男性照镜子时总觉得自己像肌肉男，女性则总觉得自己太胖了。在某种程度上，这可以看成是性别差异形成的身材错觉。 肢体发育成熟后，甚至能够脱离视觉和听觉的影响，依然可以独立完成多种任务，比如在黎明来临前闭着眼准确地把床台柜上提醒上班的闹钟关掉再继续睡。这说明肢体已经具备了类似全球定位系统 (GPS) 般的精确定位能力。 如果不信，大家不妨试试闭上眼睛，将一只手放在额头上，另一只手的食指碰到鼻子，再把食指碰到另一只手的小指。相信大家都能完成。这个过程没有借助视觉，是大脑通过神经对肢体运动的精确预测和控制来完成的。学术上称其为本体感觉 (Proprioception) ，是身体运动器官如肌肉、股腱、关节等在不同状态（运动或静止）时产生的感觉。 看似轻而易举的运动功能，他的获得其实经历了一段长的学习过程，从视听觉、触觉的感知到不借助这些感知器的本体感觉，再通过对躯体各种运动模式的反复学习，烙印在大脑皮质运动功能区，最终固化。现在我们能研究的智能机器人，多依赖于视觉、红外、超声等传感设备，如果关闭这些， 他还能像人类一样只依赖本体感觉来正常抓取物体吗？这应该是值得研究的问题。 我们也很难想象，没有肢体的发育，智能体能发育到怎样的程度。所以，有科学家认为，肢体是智能发育的必要组成部分。如果只研究大脑，不分析肢体的作用，不帮助肢体学习运动功能，可能无法完全理解智能。比如 Michigan 大学的翁巨扬教授研究的自主发育 (Autonomous Mental Development) ，就将肢体发育看成是智能体自主发育的重要环节之一。 可是，肢体是如何被认同为自己的，而不是别人的呢？这涉及到肢体认知上存在的一些错觉。 二、幻肢和出体错觉 自已的肢体之所以被认同为自已的，而非他人的，是一系列感知系统的协同作用获得的，包括视觉、听觉和本体感觉等。但如果在这些联动环节上出了问题，就有可能产生肢体错觉。它包括生理缺失引起的、本体感觉引起的和人为诱导的三种错觉。 生理缺失的错觉，称为幻肢错觉 (Phantom Limb) ，常发生在截肢后的患者身上。患者会感觉被切断的肢体仍然存在，且在该处尤其是离截肢位较远的远端会非常疼痛。根据临床报告，有 50% 以上的截肢病人术后有幻肢痛的经历。痛感的感受有多种，有电脉冲式的电击痛感，也有切割痛感、撕裂或烧伤痛感。截至目前，对幻肢痛的发生原理，有两种相对合理猜测。一是认为截肢后会出现大脑皮质功能重组 (cortical reorganization) ，一是认为体表某些区域 如双侧面部、 颈部 、上胸部和上背部存在诱发幻肢痛的触发区 (Trigger Zone) 。但总 体 来看， 仍无统一的意见，也没有有效的办法来治疗幻肢痛。 本体感觉引起的错觉，则是由于协调机制出了问题导致的。其中最著名的错觉是亚里斯多德错觉 (Aristotle Illusion) 。如果将两个相邻的手指，如中指和食指，交叉后去摸自己的鼻子或者物品如一颗豌豆。有些人会感觉有两个鼻子或两颗豌豆。原因是大脑从没有考虑过相邻手指可以交叉后摸物品，因此仍会像平时一样，将手指外侧传感来的信号单独处理，导致知觉分离，产生两个物体的错觉。 还有一种错觉与多传感器集成 (Multisensory Integration) 的不一致有关，它涉及到人是如何认知自己的躯体是自身的。瑞典 Karolinska 研究所的 Henrik Ehrsson 教授及其研究小组对“人是如何将肢体视为身体的一部分、为什么我们会感觉自我在躯体内”这一问题进行了长期的研究 。他认为人对自身的认知是多传感器集成，既视觉、触觉和这些感觉以外的体感系统 ( 本体感觉 ) 共同感知的结果。因此，如果将这几种感知方式剥离开来，也许就能让人产生身体的错觉。为验证其理论，他尝试做了一系列的试验。 他首先发现的现象是基于橡皮手错觉的，如图 1 。首先，实验员移动每个参加者的左食指，使其触摸到右边橡皮手食指的关节，同时，实验员触摸参加者右手的食指。实验中需保证触摸这两只手的动作要尽可能同步。当两只手触摸物体的频率在1赫兹 时，过了 10 秒左右后，人就能产生橡皮手是自已的错觉。实验员也发现异步触摸或非一致性模型（如使用毛笔而不是橡皮手的物品），则错觉不容易出现。 图 1 ：橡皮手错觉 而后，他做了进一步的实验。他给测试者戴上一个有显示器的护目镜，并在测试者的身上放置一个摄像头，让测试者视觉上看到的是身后摄像头拍摄的情形。然后他左右手各拿一个小棍，左手的棍子可以触到测试者身上，右手则是对着摄像头虚空挥舞，如图 2 。 图 2 ：出体错觉实验的设置 在训练一段时间后， Ehrsson 教授拿着锤子对于摄像头挥过去，结果测试者产生了身体错觉，有明显的向后仰的情况。这说明，测试者把摄像头“看到”的当成了“自我”。他将这个现象称为出体错觉 (Out-of-body Illusion) 。除此以外，他又做了一组实验，在一个虚拟人的头上安装了一个向自己身体下方看的摄像头，对测试者也同等处理。结果发现，如果对虚拟人的腹部进行锤击时，测试者也会误以为是对自己的身体在锤击。他推测这是由于第一视角导致的“自我”的互换。同时，当测试者产生“身体交换错觉”时，他们也观测到测试者参与动作的视觉引导位置、腹外侧运动前皮层 (ventral premotor cortex) 会变得很活跃。这种“自我”的互换甚至在不同尺度的情况下也能实现。比如，让测试者平躺着，戴着护目镜，然后在摄像头前放一个人形的玩偶，但尺寸只有约 30 厘米长。重复这一过程后，如触摸玩偶的手、用很小的积木去撞玩偶的脚，都让测试者误以为是在自已身上的操作。但是，他也发现如果用桌子、椅子来替代时，则不会有这种自我的反应。 基于以上实验和观察， Ehrsson 教授认为要想让人产生完全“自我”的身体错觉，需要四个基本要素，第一视角、拟人的身体、看和感觉刺激的同步以及看和感觉刺激的空间一致性。满足这四个条件，我思，很有可能看到的就不是真正的自我了。那这些错觉对智能体的研究有何可借鉴的地方呢？ 三、虚拟现实、外骨骼与身材 不妨看看当下的两项人工智能相关新技术，一项是大家熟知的虚拟现实 (Virtual Reality ，简称 VR) 及其推广技术。如将真实世界与虚拟世界无缝集成，将计算机生成的场景、信息叠加到现实世界中，就是增强现实 (Augmented Reality ，简称 AR) ，如谷歌眼镜。如果在虚拟环境引入现实场景，在虚拟、现实世界与用户之间形成交互的反馈回路，则为混合现实 (Mixed Reality ，简称 MR) 。不管是 VR, AR 还是 MR ，都希望提高用户的沉浸感和体验环境的真实性。有些还会在戴上虚拟现实眼镜的同时，增加立体声音刺激。在商场中能见到的、与虚拟现实相关的娱乐设备，还会增加辅助设备如旋转椅或可接触身体的机械传动装置如背部的触摸杆，来让人有更真实的体验。 而这些技术，很少有考虑过如何将“自我”错觉有效地融入 VR, AR 或 MR 中。但从上小节的内容不难看出，“自我”错觉能帮助获得更好的、身临其境般的体验感。在理想情况下，甚至有可能实现像史蒂文·斯皮尔伯格拍摄的电影《头号玩家》的情景：在虚拟的世界中你能真正感觉到“自我”的存在和意义。虽然每个人在这个世界中只是个动画人物，但如果该人物的躯体和自身的躯体在“多传感器集成”意义下，变得不可区分时，那人类在未来虚拟世界的生活时间就很可能会等同甚至超越真实世界了。 图 3 ：头号玩家与钢铁侠 其次， “ 自我 ” 也能增强外骨髂的应用。汽车驾驶员都知道，要让驾驶水平达到人车一体的感觉，拿到驾照只是开始，至少开过二三千公里后才会有“人车一体”的感觉。而未来人类如果希望获得行动能力和人力不可及能力的提升，装备外骨骼可能是一种最直接有效的办法。而如果希望更快速地让人习惯和使用外骨髂、形成人与外骨骼一体化的体感， “自我”错觉的界入显然是有帮助的。有些实验者，可以通过控制让测试者错误以为自己有 “第三只手”。另一个极端的例子是针对截肢患者的肢体接入。如果将“自我”错觉引入，则会让患者认同自己的假肢，从而可能避免幻肢痛的困扰。不过从 Ehrsson 教授报道的实验结果来看，目前“自我”错觉的持续时间还不长，还难以实现长时间的“自我”认同 。因此，要利用“自我”错觉来治疗幻肢症还有很大待完善的空间。 但可以肯定的是，充分利用好“自 我”认知的错觉，将会有利于我们更灵活地使用如“钢铁侠”般的外骨髂装备。 另外，“自我”认知的错觉还能影响人对身材的满意程度，减少与满意程度相关的疾病，如厌食症。最新的研究表明，人视觉上感知的身材满意程度与触觉获得的是不同的。因此，未来也许可以考虑利用多传感器集成的方法来减少人对身材不满意的错觉，从而减少相关疾病的发生 。 说不定在若干年后，当电池续航时间、通信效率、载重问题得到有效解决后，我思，真不一定只是故我在了，也许还有虚无缥缈的我在，也许还有三头六臂的我在，也许还有其他千奇百怪的我在了。 如果把视觉错觉、听觉错觉、躯体错觉都看成是身体传感方面的错觉，那有没有更抽象、更高一级的错觉呢？下回书表！ 参考文献： 1 、尤瓦尔·赫拉利 . 人类简史 . 中信出版社， 2014. 2 、 Weng J., McClelland J., Pentland A., Sporns O., Stockman I., Sur M., Thelen E. Autonomous mental development by robots and animals. Science 291 (5504): 599-600, 2001. 3. Ehrsson, H. H., Spence, C. and Passingham, R. E. ‘That's my hand!’ Activity in the premotor cortex reflects feeling of ownership of a limb. Science, 305(5685): 875-877, 2004 4. Ehrsson H. H., Holmes N. P.,Passingham R. E. Touching a rubber hand: feeling of body ownership is associated with activity in multisensory brain areas. Journal of Neuroscience, 25(45): 10564-10573, 2005. 5. Ehrsson, H. H.The experimental induction of out-of-body experiences. Science, 317(5841): 1048, 2007 6. Ehrsson H. H., Rosén B., Stockselius A., Ragnö C., Köhler P., Undborg G. Upper limb amputees can be induced to experience a rubber hand as their own. Brain, 131:3443-3452, 2008. 7. Ehrsson H. H. How many arms make a pair? Perceptual illusion of having an additional limb. Perception, 38: 310-312, 2009. 8. Slater M., Perez-Marcos D., Ehrsson H. H., Sanchez-Vives M. V. Inducing illusory ownership of a virtual body. Frontiers in Neuroscience, 3:214-220, 2009. 9. Kilteni K, Andersson B. J., Houborg C, Ehrsson H. H. Motor imagery involves predicting the sensory consequences of the imagined movement. Nature Communications, 9(1):1617, 2018. 10. Preston C., Ehrsson H. H. Implicit and explicit changes in body satisfaction evoked by body size illusions: Implications for eating disorder vulnerability in women. PLoS One, 13(6): e0199426, 2018. 张军平 2018 年 11 月 1 日 延伸阅读： 16. 爱犯错的智能体 --- 听觉篇(二)：视听错觉与无限音阶的拓扑 15. 爱犯错的智能体 -- 听觉篇(一)：听觉错觉与语音、歌唱的智能分析 14. 爱犯错的智能体 – 视觉篇(十一)：主观时间与运动错觉 13. 爱犯错的智能体 -- 视觉篇(十)：自举的视觉与心智 12. 爱犯错的智能体 -- 视觉篇(九): 抽象的颜色 11. 爱犯错的智能体--视觉篇(八)：由粗到细、大范围优先的视觉 10. 爱犯错的智能体 -- 视觉篇(七)：眼中的黎曼流形 9. 爱犯错的智能体--视觉篇(六)：外国的月亮比较圆? 8、 爱犯错的智能体 - 视觉篇(五)：火星人脸的阴影 7、 爱犯错的智能体 - 视觉篇(四)：看得见的斑点狗 6、 爱犯错的智能体 - 视觉篇 (三)：看不见的萨摩耶 5、 爱犯错的智能体 - 视觉篇 (二)：颠倒的视界 4、 爱犯错的智能体 - 视觉篇(一): 视觉倒像 3、 AI版“双手互搏”有多牛? 浅谈对抗性神经网络 2、 童话(同化)世界的人工智能 1、 深度学习，你就是那位116岁的长寿老奶奶！ 张军平，复旦大学计算机科学技术学院，教授、博士生导师，中国自动化学会混合智能专委会副主任。主要研究方向包括人工智能、机器学习、图像处理、生物认证及智能交通。至今发表论文近100篇，其中IEEE Transactions系列18篇，包括IEEE TPAMI, TNNLS, ToC, TITS, TAC等。学术谷歌引用2700余次，ESI高被引一篇，H指数27.

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音乐的形式、虚拟现实、增强现实与自由——禅的行囊（之三十七）

罗非 2017-12-22 09:51

导读：中国的佛教寺院都有钟和鼓，这是中国文化给佛教添加的成分。钟鼓齐鸣，是中国历史上各种仪式的道具。就连明清建设的都城北京，都专门有钟楼和鼓楼，可见这个形式的重要。 音乐对人有玄妙的影响。宏伟的钟鼓，总会带给人开阔和高远。如果说佛教寺院中的钟鼓想提醒听众烦恼与解脱，那么中国古代世俗社会各种仪式中的钟鼓同样是在开启人们的心灵。这是至少自从周朝制定礼仪时就采取的方式。可见音乐在中国文化的心理学中的重要地位。这些丰富的音乐内容，在蒙古入侵之后就日渐失传了。今天的中国人只知道欧洲的交响音乐、非洲的爵士乐和美国流行的摇滚，对中国的文王操、霓裳羽衣曲，就不仅闻所未闻，甚至都完全不知道它们曾经是怎样的存在了。 佛教不同于任何其他宗教之处，在于所有其他宗教，都认为世界是由某种外在力量创造的，它可以是神，也可以是某种东西。但佛教指出，并没有这么一种外在东西，能作为世界的创造者。如我们所知的世界，其实只是我们内心认知空间中的投射。所以，现代西方流行这样一句话， “ 如我们所知的世界是不存在的 ”(The world as we know does not exist) 。不论从物理学、心理学还是认知神经科学角度，都能接受这句话。佛陀指出这一点，并不是说什么都没有，也不是说一切都不存在或者都没有意义。他只是告诉我们，我们所见、所闻、所觉、所知，都是我们意识中认知空间里的投影，就好像电影《黑客帝国》中的虚拟现实。他还进一步指出，就算我们能灭掉一切见闻觉知，那仍然只是意识中的境界。彻底明白了这一点，我们才能体会真正的存在，才具备了解脱的智慧和认识。 说起 “ 解脱 ” ，人们也不知不觉就给它套上了宗教的神秘色彩。其实，所谓解脱，也就是 “ 解放 ” ，就是把我们从各种束缚、压迫、物质的和精神的枷锁中解放出来。让我们获得自由。懂得这种解脱智慧，获得这种解放，就是真正的自由。自由并不是想做什么就做什么。那只对贵族阶级有意义。自由是了解自己不是被什么外在东西创造出来的，一切见闻觉知都只是自己内心的投射，是自己的内心在投射出自己所知的一切。如果对什么不满意，不需要去求上帝，而是要去反思自己的内心。 ************************** 纸钱的火焰慢慢熄灭了。比丘尼仁明走到大殿的一角，开始敲钟。大钟悬挂在一座木架上，上面镌刻着 “ 无相寺 ” 三个大字；和它对称的另外一个角落里放着同样的木架，上面摆着一面鼓。和着钟声，女居士也使出浑身力气开始击鼓。一百零八记鼓声代表人类的一百零八种烦恼，而象征着解脱的无相之钟同样鸣响了一百零八次。两位女士发出的声音摇撼着十方世界，令山谷里的每一位修行人警醒。烦恼与解脱。二者总是相伴而行。钟鼓齐鸣中，我靠墙坐在地板上，随着两位女士一起念诵叩钟偈： 闻钟声， 烦恼轻， 智慧长， 菩提增， 离地狱， 出火坑， 愿成佛， 度众生。 晚课结束，女居士骑着摩托下山去了，仁明带我缓步走向僧舍，回了各自的房间。我拿出仅剩的波尔图酒，对月又浮一大白，饮罢上床，倒头便睡。

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从虚实关系论虚拟地理环境发展(2017VGE会议交流报告）

VGEGONG 2017-11-15 20:42

龚建华，“从虚实关系论虚拟地理环境发展”，2017年“第六届全国虚拟地理环境会议”报告，2017年11月4-5日，成都. www.vgelab.org. 【报告PPT下载： 2017-虚实关系论VGE发展 （成都VGE会议）-龚建华.pdf 】 该报告回顾了20年来虚拟地理环境的发展，并从虚实相似与仿真、虚实增强与协同、虚实孪生与相生论述虚拟地理环境（虚拟现实VR/增强现实AR）的理论与技术发展。建议关注与发展“虚实融合地理环境”、“智能虚拟地理环境”，以及提出”孪生虚拟地理环境“的未来可能发展。经过20余年的虚拟地理环境发展与积累，在新一波VR/AR时代，是否到了可以发展“虚拟地理环境学”以及“虚拟科学和虚拟工程”的时机？ 虚拟现实、人工智能等，都与“人”相关，都具有很深哲学背景的学科和技术，都碰到了“形而上学”、“伦理”等的哲学问题，对于人类发展具有重要的影响。虚拟地理环境研究学者，需要作出自己独特的贡献，促进地理信息科学、地理科学以及虚拟科学与工程的发展，任重而道远！ “现代技术之本质与现代形而上学之本质相同一；现代物理学的自然理论并不只是技术的开路先锋，而是现代技术之本质的开路先锋”-海德格尔（德国哲学家），1938

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我来给“最强大脑”出个题：虚拟/增强现实3D大分子“乐高”挑战

chinapubmed 2017-8-14 17:25

前段时间迷上了“最强大脑”。不光选手惊人，道具也惊人。各种高科技，各种眼花缭乱。 记得有个“仓颉造字”和“乐高”的（具体选手名忘了）。 仓颉造字使用了虚拟现实技术，乐高那个考验的是超强记忆。 今天我们把两者结合起来，让选手在虚拟/增强现实环境下，找出3D大分子中哪个原子被拿掉了！ 道具1：某蛋白质的pdb文件。例如1aew。其结构为： 大概1k个原子。闲不够多的话，可以用更大的蛋白质，有几十万，甚至更大的蛋白质（比乐高那个8万个元件多就行） 道具2：转成VR 3D模型 这里用到一个网站：http://152.1.118.161/realityconvert.com/，它可以把pdb文件转成兼容VR设备的3D模型。 大概是这个样子的： 我穷人没用过VR，只能想像下。 步骤： 1，找个包含10w+个原子的蛋白质pdb文件，先用道具2转成VR兼容的3D模型（估计它不一定能处理这么多原子，仅仅给个思路啊）。然后让选手头戴VR设备，看下巨大的蛋白质3D模型。amazing！ 2，编辑该pdb文件，拿掉几个原子（这里先不考虑完整性啦） 3，再使用道具2将拿掉原子的pdb文件转成VR兼容的3D模型，重新展示给选手 4，找吧，哪个原子被拿掉了？ 思路跟那个乐高的一样。 几万个原子的不够，来个几十万的；一个蛋白质不够，来100个试试（你想把人玩死吗？）。 科学也可以玩的，增强现实和虚拟现实技术令人身临其境，为研究和教学提供了前所未有的机会，希望更多的虚拟/增强现实技术应用到生物信息学和化学信息学中。 最后再来张动态图。

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虚拟现实中的10个科学技术问题

sciencepress 2017-6-23 17:20

《中国科学：信息科学》2017年第6期“观点与争鸣”栏目发表了赵沁平院士针对当前虚拟现实科学技术提出的10个科学问题，详情如下，欢迎关注！ ■ 赵沁平 2013年 以来，随着虚拟现实(virtual reality, 简称VR)/增强现实(augmented reality, 简称AR) 设备(如头戴式显示器等) 质量迅速提升、价格大幅降低, VR开始普及化, 从军事、航空航天等高端行业应用进入大众生活. 在这样的趋势下, 越来越多的科技公司将眼光投向VR, 部署研发团队并推出自己的VR创新产品, 展开抢占VR产业制高点的激烈竞争, 使得VR 技术进入了前所未有的快速发展时期. 任何一项新兴高技术产业的可持续发展都需要有三方面的条件支撑, VR产业也不例外, 这就是需要关键技术突破与科技创新的持续支持, 各类VR 人才的强大支撑, 以及市场需求的不断推动, 而市场的形成又有赖于VR 应用系统与内容的不断丰富与创新. 实现一个VR系统, 大体需要四方面的技术: 数据与获取、分析与建模、绘制与表现, 以及传感与交互. 这四个方面均涉及硬件平台与装置、核心芯片与器件、软件平台与工具和软硬标准与规范. 同时VR应用也需要结合各行业领域的应用技术, 因此VR是学科高度综合交叉的科学技术领域, 是存在许多有待解决的科学技术问题、并不断产生新科学技术问题的充满活力的新兴领域. “ 2009年我根据自己多年从事VR技术研究的体会, 归纳总结了当时VR 中的10个科学问题, 并于2011年发表于 Communications of the ACM . 现在回头来看, 这些问题的提出, 在一些方面推动了VR技术的研究, 其中有的在一定程度上有所突破, 有的进展不明显, 有的则被更为迫切的问题所掩盖, 这体现了VR技术领域的活跃性. 根据本人对近年来VR技术的发展趋势、VR应用和产业发展所遇到的技术瓶颈的认识, 以及本人新的研究体会, 在本文提出当前VR科学技术中新的10个科学技术问题. 这些技术的突破会导致VR 应用和产业的新的巨大进展. ” 1 VR头戴显示的输入与交互 现有VR头戴式显示器看不到体验者自身, 输入不便, 也缺少与景物的交互机制, 身临其境的感觉受限. 因此, VR 鼠标等便捷友好的VR 输入方式, 能够实时逼真地表现体验者肢体、并能与虚拟场景对象实时交互的机制是需要研究的问题. 2 头戴式显示的空间计算 与AR虚实融合及其室外化 头戴式显示虚拟场景的空间计算, 包括体验者头部和位置的实时精准跟踪定位, 以及AR头戴显示中虚拟对象在现实空间中的位置计算与实时表现是需要进一步研究的问题. 与此相关, 虚实融合是AR的基本问题之一, 包括视频式AR显示中图形对象与视频图像的融合, 以及光学透视式AR显示中图形对象与现实景物的融合. 前者研究的时间比较长, 后者随着光学AR头戴显示的实用化, 逐步成为这一方向的主流, 许多问题有待解决. 同时, 光学透视式AR 的室外化, 包括室外大场景下的虚实融合是有待探索的一个方向. 3 VR视频的采集、制作 与交互式播放 VR全景视频(包括基于桌面、移动终端或Web的VR视频) 的采集、制作、交互式播放技术与设备, 以及跨平台VR视频播放器, 是一个研究发展方向. 如何在VR 视频中引入几何与控制元素, 增加VR视频的交互类型, 提高其交互性是值得研究的问题. 4 基于移动终端和互联网的VR 基于移动终端和互联网的VR具有巨大发展潜力. 对于前者, 低计算、低存储VR 技术, 云计算VR技术, 低延迟大数据传输与新型交互等是可创新技术方向. 后者需要全屏3D绘制、VR设备接入与更合适的人机交互机制, 以及新型浏览器标准. Web VR将对现有浏览器和邮件系统等带来变革和颠覆性影响, 成为互联网的新入口. 5 物理特征的更多表现 与新型物理模型 目前, 虚拟对象的物理表现及其物理模型研究主要集中在运动学和动力学方面. 物理模型也只有粒子系统、弹簧模型、SPH (smoothed particle hydrodynamics) 方法等少数几个. 物质的许多物理特征(如材料特征), 爆炸、切割等物理现象, 柔、黏、塑、流、气、场等物质对象的物理特征与交互响应的实 时逼真表现, 存在许多理论问题. 由于物理模型计算量巨大, 因此具体应用时实时性和逼真性之间的平衡也是需要考虑的问题. 提出表现某类物理特征和物理现象的新型物理模型, 构造其物理引擎及核心算法芯片PPU (physics processing unit), 可以带来原创性、平台工具性成果. 6 进化演化模型与虚拟孪生 基于化学、生物学和生命科学的人体器官的生理、化学、生物进化演化模型是有待深入研究的科学问题, 可能产生新的知识型、概率型等模型类型. 现实世界中的每一个(类) 对象, 均可以构建虚拟孪生, 使其与现实孪生在几何、物理、生理, 以及进化演化等方面高度相似. 人体、城市和复杂装备的虚拟孪生会成为未来发展的重点, 并对医疗健康、城市规划管理和装备设计维护领域产生颠覆性影响. 构造虚拟孪生, 特别是可交互几何类虚拟孪生的理论与方法, 既是VR, 也是AR, MR (mixed reality, 混合现实) 等的基础. 7 智能行为模型 随着VR应用领域的不断扩展, 虚拟人(或计算机生成的人) 操纵实体(如飞机、车辆等) 成为VR系统的重要组成部分, 这些智能体的行为使得VR 系统所具有的3I (immersion, interaction, imagina-tion) 特征向4I发展, 即VR系统将具有更多的智能(intelligence) 特征. 该类问题的解决有赖于人工智能技术和人脑科学的发展. 8 力交互的柔韧感 与新型自然交互 人与虚拟对象之间的力/触觉逼真感知的方式、机制及其设备仍然存在大量的问题, 特别是柔韧感; 此外新的感知通道, 如温湿感、嗅/味觉等, 有的刚起步, 有的尚未涉足. 这是一个需要多学科交叉研究解决的问题领域. 9 VR内容的智能化生产技术 与通用软件开发工具 目前VR内容制作生产力低下, 原因一是VR 建模、绘制、修补等生产环节的工具和开发平台自动化、智能化程度低, 二是VR 硬件不兼容, 均采用各自的软件开发工具包(software development kit, SDK). 提高3D建模(几何、图像、扫描等) 的效率和空洞修补的自动化水平等是需要进一步研究的内容, 研发标准应用程序接口和通用软件包是提高共享和研发效率的必然途径. 10 VR的逼真性度量 与VR心理学、VR社会学 VR的逼真性, 即虚拟与现实孪生的相似性测度是有待研究解决的一个理论问题. 在此基础上研究各类VR应用的效果评价, 特别是对人的心理影响, 以及对人类社会带来的影响, 并进行相关约束与法律研究也是必要的, 这会形成新的人文学科研究方向. 上述是本人认为VR领域当前迫切需要研究解决的10个科学技术问题. 实际上, VR研究与应用领域中存在大量的科学技术问题. VR是一项可能的颠覆性技术, 主要体现在六个方面: 突破目前以2D为主的显示, 实现3D, 以及未来的真三维显示; 突破目前屏幕物理尺寸的局限, 实现全景显示和交互体验; 突破键盘、鼠标人机交互方式, 实现手眼协调的人机自然交互; 突破时空界限, 把用户带入未来或过去的时空环境; 取代现有互联网邮件系统为主的通讯交互方式, 成为互联网的新入口和人际交互新环境. 有助于实现上述颠覆性的基础理论与关键技术都应该是VR 技术研究者所追求的目标. 文章信息 虚拟现实中的10个科学技术问题. 赵沁平 中国科学: 信息科学 , 2017, 47: 800-803 http://engine.scichina.com/publisher/scp/journal/SSI/47/6/10.1360/N112017-00060?slug=full%20text

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“虚拟现实：让真实世界尽在掌握”：智能技术与系统的配套技术！

ericmapes 2017-3-30 22:23

“虚拟现实：让真实世界尽在掌握”：智能技术与系统的配套技术！ 附上： 虚拟现实：让真实世界尽在掌握 作者：倪思洁来源： 科学网www.sciencenet.cn 发布时间：2017/3/3021:23:16 http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2017/3/372227.shtm 两年前，如果你听到“虚拟现实“（VR），可能会认为这是科幻小说想象出的一种未来技术。但如今，不少人已经用VR技术看起了电影，玩起了游戏。 “我想，大家很快能看到VR行业在大众生活和应用领域的兴起。”3月29日，北京航空航天大学虚拟现实国家重点实验室教授周忠在2017年首期产业前沿技术大讲堂上说。 目前，科学家们正在尝试将VR+视频技术用于安防监控领域。 安防领域的断裂时空 早在十几年前，周忠等人做虚拟现实技术的合作项目，被一些人评价为“阳春白雪“，时至今日，他们和他们的合作伙伴已经把这项技术做到让行业能够接受。 这项快速发展的技术，当然不止在电影、游戏大显身手。“VR将承载新一代通用计算平台使命，能够像个人电脑（PC）一样，改变世界。到2025年虚拟现实/增强现实（VR/AR）软硬件市场营收乐观估计将达到1820亿美元。虚拟现实将从大众消费和行业应用两个方面进入市场，目前来看，行业应用将更快取得突破。”周忠说。 近年来，周忠等人致力于将VR+视频技术用于安防监控领域。“摄像头越来越多，后台的监控人员需要一年365天，一天24小时不间断值守。有研究表明，对于这样的场景，一个人在看了21分钟之后，就会出现大脑疲劳，因为监控场景是时空断裂的、破碎的。”周忠说。 周忠表示，截至2015年，我国大数据中，65%是监控视频，监控摄像机每年还在以20%的速度递增，而每个摄像机拍摄的视频都是相对独立的。在这种情况下，视频融合的需求凸现出来。 新技术拼贴现实碎片 面对这一问题，周忠想到了VR+视频技术。“有了VR的技术基础，我们能够把现在每个监控视频融合起来，提高我们对真实世界监控的掌握。”周忠说。 几年前，周忠等科研人员突破了单边建模技术，先把场景碎片的位置构建出来，然后重新组成一个完整的场景模型。“首先我们对图像做点、线、面的分析，然后把图像放到基底上做融合。”周忠说。 新的技术还能大大减轻融合的难度，并提升融合的精度。“我们可以很快把场景构建出来，并可以用一些常规的方法，把场景处理得精细一点，漂亮一点。”周忠说。 “这项技术与现在运行的监控系统能够兼容，只要在后端装一个服务器，前端装一个VR终端，就可以把后端来自不同存储设备中的内容整合在一起，提供一个虚实融合的前端展示。“周忠说，如果将这样的视频融合技术应用到火车站，人们就可以通过地面相机，看到整个火车站的清晰全貌。 当下，周忠等人仍在进一步发展这项技术，并试图构建三维数字地球，触摸“正在接近的未来”。“未来，我们可能能够通过视频技术，产生三维地图，并可以随时随地在手机上查看。”周忠说。 国际国内联手促转化 文化环境和社会机制决定了虚拟现实技术的应用与推广。比方说，VR+视频技术虽然在我国的发展空间较大，但在某些国家却难以推进。那么，这是否意味着我国只能“闭门”发展和推广这一技术？ “VR+视频技术是一个很好的技术，但这个技术在德国的应用是存在问题和挑战的。”德国勃兰登堡州经济发展局媒体和计算机技术部高级经理霍尼·柏迈告诉记者，德国有着严苛的法律，规定只有在特别危险的地区才可以对人进行监控。 不过，这并不意味着VR+视频技术无法得到应用。柏迈表示，未来，可以将VR+视频和3D激光扫描相结合，比如说通过该技术，准确、快捷地检查建筑工地的每个角落是否按照计划修建。 “这种技术在于工业领域将有很大的发展空间。所以我们对于和中国的合作非常感兴趣。”柏迈说。 对于技术的推广和应用，中国安防产品协会副理事长靳秀凤建议，应该形成一个立体的联合机制，促进技术向产业转化。“这不是一个学术部门、国家实验室或集成商、企业能完成的，需要成体系地往前推进。”靳秀凤说。 记者了解到，产业前沿技术大讲堂由中国科协企业工作办公室和北京市科学技术协会主办，中关村天合科技成果转化促进中心、北京安全技术学会联合承办。此后还将就互联网智慧城市安全服务平台技术及应用、分子生物技术及精准医疗产业的应用、雾霾监测治理技术及在京津冀产业应用示范等产业前沿技术的研发应用问题开展交流讨论。

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虚拟现实光学显示技术纵览| 《中国科学 信息科学》

sciencepress 2017-1-23 14:40

虚拟现实技术(virtual reality, VR), 是利用计算机模拟产生的三维空间, 提供使用者视觉、听觉、触觉等感官的模拟, 让使用者如同身临其境一般体验虚拟的世界. 虽然人类对世界的感知是多感官协同作用的过程, 但人所接收的信息绝大多数来源于视觉, 人对图像的敏锐程度也远高于听觉、嗅觉或者触觉. 在虚拟现实中, 要实现高沉浸感, 关键在于虚拟图像的显示. 北京理工大学的 王涌天 教授 针对当今虚拟现实领域所涉及的主要显示技术, 对每种技术的原理和特点进行了分析、比较和总结. 特别地, 对当前虚拟现实的最主流显示方式, 即头盔显示器, 进行了详细的分析, 并通过头盔显示技术的演变阐述当前显示技术所致力解决的问题与期望达到的目标. 最后对虚拟现实中显示技术的未来发展趋势进行了展望. 该文发表在《中国科学 信息科学》2016年第12期“虚拟现实纵览”专刊中. 王涌天, 程德文, 许晨. 虚拟现实光学显示技术. 中国科学: 信息科学, 2016, 46: 1694-1710 1 虚拟现实图像显示的要求 虚拟现实中的显示技术需要服务于虚拟现实的目的, 即营造一种逼真的虚拟环境, 让用户具有很好的沉浸感. 沉浸感是用户感觉到的虚拟环境的真实程度, 良好的沉浸感会使得用户难以分辨环境的真假. 需要从人眼视觉特性着手, 人眼的单目视场角为水平150°, 竖直120°, 两只眼睛的视场只有部分重合, 重合区域为50° 至60°. 同时, 人眼的分辨率由视场中心到边缘迅速下降. 另外, 两眼观察同一景物时, 由于左右眼位置的区别, 每只眼睛的视角会有所差别, 双眼的视差会使得大脑获得物体的深度信息. 所以, 作为虚拟现实的显示设备, 应当具有与人眼类似的视场角、良好的显示效果(足够的分辨率和色彩显示性能), 并且能够在一定程度上满足人眼立体视觉的特性. 2 头盔式虚拟现实显示系统 头盔显示系统(head-mounted display, HMD) 是最为典型的虚拟现实显示系统, 也是目前应用最为广泛的虚拟现实显示系统, 它是指佩戴在用户头部, 可以随着用户移动和转动, 并且向用户眼睛显示图像信息的设备. 头盔显示系统的分类是多样的. 按照所采用显示器的大小可以分为采用微显示器的头盔显示系统与采用较大显示器的头盔显示系统. 按照物像关系可以分为目镜式头盔显示系统与非成像式头盔显示系统, 大多数头盔显示器中的微显示器与用户眼底具有物像关系, 属于前者, 而视网膜投影(扫描) 头盔以及光场显示头盔则不是. 按照立体感的程度划分, 常见的头盔显示器利用左右眼双目视差形成立体感, 而多焦面头盔、视网膜投影(扫描) 头盔、光场头盔和利用单眼视觉的头盔等利用人类视觉的深度感知特性, 能产生更真实的立体感. A. 目镜式头盔显示系统 自由曲面棱镜式头盔最早由Okuyama 和Yamazaki 提出, Cheng 等对其进行再设计, 如下图所示, 并通过像质自动平衡算法实现53.5° 的大视场角与1.875 的小F#, 大大提升了显示效果. Cheng D, Wang Y, Hua H, et al. Design of an optical see-through headmounted display with a low f-number and large field of view using a free-form prism. Appl Opt, 2009, 48: 2655-2668 最早将中等尺寸显示器头盔成功推向市场的是美国的Oculus公司, 近些年来这种类型的头盔显示设备成为消费级虚拟现实显示器的主流产品. 对于这类头盔目镜的设计, 大视场角会导致镜片元件中心厚度的增大. 为了避免这一点, Wearality sky 利用Fresnel透镜减小镜片厚度, 实现150° 的超大视场. 不同结构形式的头盔显示器的参数见下表. 结构形式 光学元件数 显示器 视场角 旋转对称球面 6 0.61英寸微显示器 52° 自由曲面棱镜 1 0.61英寸微显示器 53° 球面镜 1 5.5英寸屏幕 90° 菲涅尔镜片 2 5.5英寸屏幕 150° B. 大视场高分辨率头盔显示技术 Rolland 等提出静态光电插入式头盔显示原型, 如下图所示, 该系统利用微透镜阵列将高分辨率图像复制成图像阵列, 再利用光学开关阵列选通, 将与用户观察位置对应的图像单元叠加在背景图像上. Rolland J P, Yoshida A, Davis A L. High-resolution inset head-mounted display. Appl Opt, 1998, 37: 4183–4193 双目分视技术是另一种利用人眼视觉融合特性的方法. 下图为这种方法的示意图, 用户的一只眼睛观察大视场低分辨率图像, 另一只眼观察中心区域小视场高分辨率图像. 该方案成本低廉, 但是用户只能观察到中心区域的高清晰图像, 且无法产生立体效果. Cheng 等提出了双自由曲面棱镜拼接式的头盔显示设备, 获得56° × 45° 的大视场与3.2 角分的角分辨率, 如下图所示. 同时, Cheng 等还提出其他的自由曲面棱镜拼接形式, 其中六块棱镜拼接可以获得119° × 56° 的大视场角, 同时角分辨率保持为3.2 arcmin. Cheng D, Wang Y, Hua H. Euro Patent, 2564259 B1, 2015-01-21 C. 多焦面头盔显示技术 分时复用式多焦面头盔在某个特定时刻只具有一个深度的焦面, 通过自身光焦度或者物像关系的变化使得系统的焦面在几个特定深度之间迅速切换, 进而生成若干焦平面. Hu 等利用变形镜改变中间像的轴向位置, 再借由自由曲面棱镜实现了双焦面的构建, 其光路图如下图所示. 这个双焦面系统已经可以佩戴于头部, 但由于光路复杂, 镜片数目较多, 体积仍然比较庞大. Hu X, Hua H. High-resolution optical see-through multifocal-plane head-mounted display using freeform optics. Opt Express, 2014, 22: 13896-13903 Cheng 等利用两片自由曲面棱镜的轴向堆叠, 首次设计出了可以佩戴的轻小型双通道头盔显示器, 如下图所示. 在这个系统中, 两个显示通道分别产生位于1.25m 和5m 处的焦面. 空间并行式多焦面系统往往采用多个显示器, 通过多个光学显示通道获得多个焦面. 与分时复用式不同, 空间并行式系统能够同时显示数个不同深度的图像. Cheng D, Wang Q, Wang Y, et al. Lightweight spatialy multiplexed dual focal-plane head-mounted display using two freeform prisms. Chin Opt Lett, 2013, 11: 031201 D. 利用单眼视觉的头盔显示技术 利用单眼视觉可能是缓解会聚与聚焦不匹配问题的另一条道路. Johnson 和Konrad 各自独立地将 单眼视觉原理 应用到立体显示领域中. 下图显示了单眼视觉显示的原理. 相对于多焦面头盔系统, 单眼视觉头盔系统结构简单、成本低廉. Johnson P V, Parnell J A Q, Kim J, et al. Dynamic lens and monovision 3D displays to improve viewer comfort. arXiv:1512.09163 E. 视网膜投影技术与视网膜扫描显示技术 视网膜投影显示(retinal projection display, RPD) 采用Maxwell 观察法, 使用空间光调制器在光束的不同孔径高、不同方位角的位置叠加图像信息, 让用户眼底的每一点对应于从空间光调制器出射的特定孔径高、特定方位角的光线. 简化的视网膜头盔原理如下图所示. Ando在其提出采用全息光学元件的头盔显示器中首先用到了Maxwell观察法原理. 视网膜投影显示的图像没有远近的概念, 在人眼视度调节的过程中图像始终是清晰的, 而在实际中, 由于系统并不是理想的针孔模型, 系统的景深是有限的. 视网膜显示系统的主要优势在于可以提供更清晰的图像、更高的对比度和更大的景深, 如下图所示. Takatsuka Y, Yabu H, Yoshimoto K, et al. Retinal projection display using diffractive optical element. In: Proceedings of the 10th International Conference on Intelligent Information Hiding and Multimedia Signal Processing, Kitakyushu, 2014. 403–406 F. 光场头盔显示技术 除了多焦面显示与视网膜显示外, 光场成像, 或者说集成成像, 也能够实现真实立体感. 光场显示模拟了真实场景中的光线的位置和传播方向. 光场头盔显示器常常借助微孔阵列或者微透镜阵列. Song 等在自由曲面棱镜与它的微显示器之间加入微孔阵列获得光场头盔显示器, 并且通过实验验证了其具有200mm 至1m 深度显示范围, 参见下图. Song W, Wang Y, Cheng D, et al. Light field head-mounted display with correct focus cue using micro structure array. Chin Opt Lett, 2014, 12: 39–42 Lanman 等利用OLED微显示器与微透镜阵列实现的光场显示器在包含机械结构的情况下只有11mm, 约为普通目镜系统的四分之一, 其外形与显示效果如下图所示. Lanman D, Luebke D. Near-eye light field displays. ACM SIGGRAPH Talks, 2013, 32: 2504-2507 G. 虚拟现实显示中的视度调节 虚拟现实头盔显示器作为一种目视系统若要获得广泛的应用, 则需要具有一定视度调节能力, 使得具有不同视力水平的用户均能正常使用. 以最简单的头盔显示器, 即使用较大显示器的单片式头盔为例, 视度调节可以通过改变透镜与显示器之间的距离实现. 另外, 在光路中加入液体透镜、变形镜等变焦距元件也可以实现视度的补偿. H. 投影式头盔显示系统 投影式头盔显示器最早由Fergason于1997年提出, 虽然它是用户佩戴在头部的显示设备, 但它的显示原理更接近于投影显示. 与普通投影机相比, 这种投影系统并不会在屏幕上产生一个实像. Hua 的研究组在引入衍射光学元件和塑料光学元件的基础上研制了超轻型、高投影质量的镜头, 并于2008年结合用户自定义的镜头完成了另一种更加紧凑、适合于佩戴的样机, 如下图所示. 该样机能达到50° 的视场角, 重量仅为750克. Zhang R, Hua H. Characterizing polarization management in a p-HMPD system. Appl Opt, 2008, 47: 512-522 3 其他虚拟现实显示技术 除了头盔显示系统以外, 虚拟现实还有大屏幕立体投影显示系统、体三维显示系统(如下图所示)、计算全息显示系统等多种其他显示方式. 这些显示方式各具特点, 有着各自的应用领域. 4 结束语 虚拟现实的显示手段多种多样, 各具特色. 头盔显示设备是最为典型也是最具有发展前景的虚拟现实显示设备. 小型化与大视场高分辨显示依然是头盔显示发展的趋势. 当前的头盔显示系统的研究热点已经从单通道的左右视差型头盔向多通道、兼具大视场与高分辨率以及真实立体感头盔的方向转移. 除了具有物像关系的传统目镜式头盔显示外, 视网膜显示技术、光场头盔显示技术这些新型头盔显示技术蓬勃发展. 目前的头盔显示器距离长时间使用中舒适的用户体验还有很长的路要走. 解决会聚与聚焦的不匹配问题是提高用户舒适度的一个重要步骤, 然而目前多焦面头盔还难以实现轻小型的实用系统. 视网膜显示设备的严格的佩戴精度要求使得用户体验打了折扣. 而对于光场头盔, 如何实现优良的图像显示效果是有待解决的问题. 不同技术交叉融合, 各取所长将会诞生出新型的高性能头盔显示设备. 如前所述, 视网膜显示技术与多视点技术的结合产生了具有真实立体感的头盔显示设备; 集成成像与自由曲面棱镜的结合诞生了光场头盔显示系统. 此外, 近些年眼动跟踪技术的发展也会对头盔显示技术有所促进. 带有眼动跟踪功能的头盔显示器可能具有更加轻小的结构和更加卓越的性能. 透射式头盔显示技术与其他虚拟现实显示技术, 例如投影技术、CAVE 等, 相结合能产生多层次的虚拟现实显示效果以及适用于多用户的虚拟现实显示系统. 除了头盔以外的显示方式仍然有一定的发展与应用前景. 尤其是计算全息显示系统, 如果计算能力不足的难题得以突破、空间光调制器的分辨率得以提高, 则不失为一种优秀的真实立体感虚拟现实显示方式. ↓↓↓ 点击原文下载链接，查看更多内容 http://engine.scichina.com/publisher/scp/journal/SSI/46/12/10.1360/N112016-00247?slug=full%20text

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虚拟现实产业元年 —— 对话赵沁平院士

热度 2 sciencepress 2016-12-16 16:33

受访专家：赵沁平 中国工程院院士， 虚拟现实技术与系统国家重点实验室( 北京航空航天大学 )主任 2013年以来，随着虚拟现实 (Virtual Reality，简称VR) 技术日益成熟，虚拟现实/增强现实(Augmented Reality，简称AR) 设备 (如头盔、眼镜等) 质量迅速提升、价格大幅降低，虚拟现实开始进入大众生活。在这样的趋势下，越来越多的科技公司陆续推出自己的VR创新产品，或通过收购公司，布局虚拟现实业务，展开抢占虚拟现实产业制高点的激烈竞争，也引发了向虚拟现实产业投资的浪潮。 今年9月4日，习近平主席在杭州出席二十国集团工商峰会开幕式时提出： “创新是从根本上打开增长之锁的钥匙，以互联网为核心的新一轮科技和产业革命蓄势待发，人工智能、虚拟现实等新技术日新月异，虚拟经济与实体经济的结合，将给人们的生产方式和生活方式带来革命性变化。” 许多专家、科技预测机构和IT大公司认为虚拟现实将成为下一代计算平台和互联网的新入口及交互环境，从而对许多行业、互联网应用和大众生活带来颠覆性影响。因此，许多媒体 将2016年称为虚拟现实产业元年 。 虚拟现实将对社会行业和大众生活带来怎样的颠覆性影响? 在这一变革中，我们又该如何面对? 针对这些问题， 《中国科学：信息科学》 编辑部采访了我国虚拟现实技术的开拓者之一——赵沁平院士。他认为， 虚拟现实是一项可能的颠覆性技术，VR+ 已成为发展趋势，产业前景无限 。目前我国在虚拟现实的理论研究、技术研究和内容开发等方面，已经具备了一定的国际竞争能力，有可能在虚拟现实的某些方向成为领跑者，走出我国自己发展虚拟现实产业的路子。 编 辑: 虚拟现实 从实验室走向产业，是从什么时候开 始的? ‍ 赵沁平： 其实，虚拟现实技术萌芽于美国早期的飞行模拟器、立体电影、头盔式立体显示等，二十世纪六十年代初就出现了虚拟现实概念。从七十年代起，美国NSF、DARPA等部门对虚拟现实的相关研究进行了持续资助，并在军事、航空航天等领域开展了应用。美国工程院于2008年将虚拟现实列为21世纪人类面临的14个重大工程挑战问题之一。日本政府2007年发布“创新2025”长期战略报告，规划了重点发展的18个科技方向，虚拟现实是其中之一。我国政府2006年颁布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要 (2006--2020年)》也将虚拟现实列为信息领域优先支持的前沿技术。 编 辑: 虚拟现实在军 事领域是如何 应用的? 赵沁平： 主要是军事仿真训练，这种训练方式可以构造任何作战环境和作战目标，避免可能的风险，并节约大量经费。美军目前40%的军事训练是在虚拟现实/增强现实环境下进行的。1983年美国就研制了当时著名的SIMNET系统，将分布在美国和英、德的飞机、坦克模拟器通过远程网络连接在一起，构成分布式虚拟战场环境，进行异地的军事训练。此后又陆续开发了各军兵种和综合化的虚拟现实军事训练系统JSIMS，JMASS，STOW和WARSIM2000等，并形成了支持分布交互仿真的IEEE DIS标准。 2014 年，美国DARPA在五角大楼的公众开放日展示中，演示了未来网络战争和机器人战场计划中的士兵增强现实感知技术 ，作战人员在战场上通过头戴设备可以看到整个战场态势，分辨敌军我军，以及接受作战指令等。 编 辑: 虚拟现实 在民用领域是否也有如此重要的 应用? 赵沁平： 的确有。例如在医疗健康领域，美国、德国、法国、瑞士等发达国家高度重视虚拟人体，也即人体及其器官的数字化建模研究和手术训练、手术规划等临床应用。美国的 Immersion Medical 公司、以色列的 Simbionix 公司等开发了 虚拟腹腔镜手术 训练的商业产品并投放市场; 美国CIMIT研究中心开发的用于 心血管介入手术 训练的ICTS系统，以及Alderliesten等开发的用于模拟微创血管介入手术的MIVIS系统都已达到实用程度。不少研究机构，如美国Louisville等通过研发相应的虚拟现实环境， 对恐高症、自闭症、公众演讲焦虑症等多种心理疾病进行康复治疗 。 编辑: 国内虚拟现实 产业发展的 情况如何? 赵沁平： 早在二十世纪九十年代初，我国的一些大学和科研院所就开始了对虚拟现实技术的研究。后来，国家在政策上对虚拟现实技术给予了重视和支持。国家科技部在“十一五”、“十二五”期间分别设置了虚拟现实技术专题和虚拟现实与数字媒体主题。2015年国家标准委员会正式设立了虚拟现实/增强现实方面的标准化分委员会。科技部“十三五”规划在有关重点研发任务中，也设置了自然交互与虚拟现实的研究方向，对虚拟现实研究继续给予支持。 经过二十多年的发展，我国已经形成了一些从事虚拟现实理论和技术研究的基地，拥有了一批从事虚拟现实研发的科技人才队伍，特别是涌现出一批虚拟现实产业的上市公司。我国的虚拟现实科研水平逐步逼近美国等发达国家，并取得了一些典型应用成果。例如在军事领域，北京军区和国防大学研发的虚拟现实系统已用于实际 军事指挥训练和教学 。在装备制造领域，清华大学国家CIMS工程技术研究中心正在建立 虚拟制造研究基地 ；上海交通大学、西北工业大学等开展了 虚拟设计、虚拟装配、虚拟样机 等技术的研究；哈尔滨工业大学开展了 多机器人的虚拟生产平台、虚拟加工检测、虚拟坐标测量 等技术的研究。北航与上海商飞合作，开展了虚实融合关键技术及其应用研究，成果应用于 飞机驾驶舱设计、装备拆装维护 等方面，取得了良好效果。在医疗健康领域，在国家自然科学重大基金的支持下，北航与有关单位合作陆续研发了 牙科手术模拟器、心血管介入手术模拟器以及腹腔镜手术模拟器 ,目前正在向产业化方向推进。民政部康复中心制定了建设基于虚拟现实的康复基地的规划。 编辑: 虚拟现实在国家重要行业领域已经占有重要的一席之地，并开始风靡大众消费市场，这种转变是否有原因? 赵沁平： 2013年以后，许多IT大公司将目光转向虚拟现实，通过推出创新产品或收购VR公司等方式，布局虚拟现实业务，展开抢占产业制高点的激烈竞争。2014年，Facebook宣布斥资20亿美元收购虚拟现实头盔显示器创业公司Oculus，2012年以来Google，Sony，Samsung，HTC，Microsoft先后发布了自己研发的VR/AR头戴式显示设备，如Google Glass，Project Morpheus，Gear VR，HTC vive，HoloLens等。进入2015年，这些巨头企业在VR市场上的运作更为迅猛。截至到去年8月，全球100强企业已有超过一半涉足虚拟现实。著名的国际消费类电子产品展览会(International Consumer Electronics Show，CES)上也出现了许多引人瞩目的虚拟现实大众消费产品。 2016年也被认为是我国虚拟现实产业的“元年”。仅去年一年时间国内出现的虚拟现实领域初创团队就达到上百个，不少上市公司也开始发力，快速抢占市场份额，虚拟现实信息消费增长趋势明显。 虚拟现实应用之所以能够如此迅速地从高端行业领域向大众消费领域普及，主要原因有三，首先VR/AR进入大众消费领域，如影视娱乐、旅游体育、文化教育等，使这些领域的消费体验进入全新境界，是必然趋势；二是显示器等VR/AR交互设备性能和质量的提高、价格的降低，虚拟现实与互联网及移动终端的结合，展现出影响大众生活的巨大潜力；三是巨额融资资本的强势介入。在过去两年中，虚拟现实/增强现实投资额达到35亿美元，极大地加快了虚拟现实产业爆发的速度。 编辑: 正如您所说，虚 拟现实是一项可能的颠覆性技术，能具体谈一谈体现在哪些 方面吗? 赵沁平： 虚拟现实是一项可能的颠覆性技术，其 突破主要体现在以下六个方面 : 突破目前以2D为主的显示，实现3D，以及未来的真三维显示 ； 突破目前屏幕物理尺寸的局限，实现全景显示和体验 ； 可以突破键盘、鼠标人机交互方式，实现手眼协调的人机自然交互 ； 可以突破时空界限 ， 把用户带入未来或过去的时空环境；取代现有互联网邮件系统为主的通讯交互方式 ， 成为互联网的新入口和人际交互环境 ； 未来异地网友社交可以选择在所喜欢的虚拟环境进行面对面交流 。有助于实现上述颠覆性的基础理论与关键技术是虚拟现实技术发展的必然趋势。 编辑: 那么这项颠 覆性技术可能对未来产生 什么影响呢? 赵沁平： 虚拟现实技术可能的颠覆性，会对未来产生六个方面的影响: 继个人电脑、智能手机之后，出现虚拟现实这一新的计算平台与环境 ； 虚拟现实将成为各行业发展的新的信息技术支撑平台，VR+ 成为发展趋势，相关行业将得到升级换代式发展 ； 虚拟现实成为互联网未来的新入口与人际交互环境 ； 成为未来的媒体形态 ； 人所感知的世界将成为人难以区分的真实和虚拟两个世界，或者虚实混合的新世界，出现大众消费的新领域 ； 虚拟现实将带来新的发展思维和技术途径。 2016年初高盛发布了一份报告，详细讨论了VR/AR产业的未来发展状况。报告认为VR/AR拥有巨大潜力，将在动漫游戏、事件直播、影视娱乐、商品零售、教育和房地产等领域产生重大影响，并在VR传统高端战略性行业领域，如军事、装备制造、医疗健康等方面也将持续得到发展。报告预测VR/AR将率先颠覆房地产、商品零售和医疗健康行业的业务模式和交易方式。事件直播将成为一种受欢迎的VR应用，预计2025年用户数量会达到9500万，其市场营收规模将达到41亿美元 ； 医疗健康业到2025年营收将达到51亿美元。 还有对科学研究的影响。专家普遍认为VR平台已成为不同于理论研究和实验研究的第三种科学研究手段和方法。例如，基于VR的数字化环境可以构造不同粒度和多层次的虚拟世界，提升人类对自身以及宏观微观世界的认知。 另外，作为新型媒体的展现形式，虚拟现实对媒体传播将会产生深远的影响，未来以高沉浸、虚实融合为特征的社交化网络可能会强势进入大众生活。那时，虚拟世界的缔造者通过技术手段不仅能够影响人们的物质和文化生活，还可能进一步影响人们的精神世界，从而对意识形态产生重要影响。 编辑: 从目前的发展水 平来看，我国虚拟现实产业的发展还有哪些 困难? 赵沁平： 和其他许多行业一样，科技创新支撑不足是我国虚拟现实产业发展的核心问题。相对于目前虚拟现实的迅猛发展，我国在虚拟现实技术和基础研究方面尚缺乏顶层设计，重大理论原创性不足，集中优势力量解决重大问题的研发计划较少，重要领域的虚拟现实系统研发和对产业发展的支撑力不足.事实上，实现一个高度逼真、自然可交互、且具备一定“生命力”的虚拟现实系统，面临很多基本的理论与技术问题，诸如虚拟人体、虚拟自然现象、虚拟生物等，都存在一系列重大基础研究的创新方向和多学科交叉研究的巨大空间。目前虚拟现实建模、绘制、交互、网络应用的技术门槛高、成本高，操作自然性和临场逼真感不足，手机端移动式虚拟现实系统处理能力弱，需要尽快提升软硬件性能等。其次，普及型可穿戴核心硬件存在较大改进空间，虚拟现实内容严重匮乏，且生产力低下,这两个因素也一定程度上制约了虚拟现实产业的发展。 编辑: 有没有一些区别 于其他行业的特殊问 题? 赵沁平： 虚拟现实是一个新兴产业，目前各类标准规范尚在建立中，也缺少相应的评测和评价体系。各厂家在数据、模型、硬件上大多采用各自不同的标准，导致虚拟现实软件和内容研发成本高，通用性差，软硬件适配困难，可能会成为虚拟现实产业发展的重要障碍。 人才储备方面，在我国图形图像处理、三维建模、人机交互等VR相关高层次人才培养虽然也有二十多年的历史，但规模极小，而且毕业以后大多转行从事互联网、智能手机应用等工作，相比较其他信息技术，虚拟现实研发和产品开发人才匮乏是一个极为突出的问题。 从大的方面看，虚拟现实产业尚缺乏统筹布局，许多行业主管部门对虚拟现实技术可能的颠覆性作用认识不足，虚拟现实行业应用，如国防军事、医疗健康、装备制造等应用统筹管理欠缺，导致分散开发，重复建设 ； 当前的大众消费应用，多数企业将虚拟现实视为手机硬件细分市场，众多企业扎堆在创新性不高的虚拟现实眼镜硬件，出现了低价位无序竞争局面。国内自主的虚拟现实游戏和影视产品推出量不大，商业模式不明朗。我国一些虚拟现实企业具有一定规模和产品研发实力，显示出良好的成长性，但要真正强大起来，能与Google，Microsoft，Facebook等一决高下，尚需时日。 编辑: 今年以来，全 国有多个省市发布建立虚拟现实产业基地，政府在虚拟现实产业发展过程中应当承担什么样的 角色? 赵沁平： 一是政策保障。目前虚拟现实正在向国防军事、航空航天、装备制造、智慧城市、医疗健康、公共安全、教育文化、旅游商务、全景直播等许多行业领域渗透，逐渐成为各行业发展的新的信息技术支撑平台，将对各行业产生颠覆性影响，推动其实现升级换代式发展。VR+ 成为未来发展趋势。政府有关部门需要抓住这一产业升级和结构调整的机遇，像推动互联网+那样，通过培育行业虚拟现实示范应用系统，出台相应产业鼓励政策等，推动VR+的发展。 二是人才培养。各类虚拟现实研发人才短缺是我国虚拟现实发展急需解决的瓶颈问题。各方面分析，要满足虚拟现实在各行应用和产业发展的需求，我国约需数千名虚拟现实理论和关键技术研究人员和约30万产品与内容开发人员。政府有关部门应尽快采取措施，像当年解决软件和新媒体动漫人才那样解决虚拟现实人才短缺问题。加强专业人才培养培训，建立多层次、多类型的虚拟现实专业人才培养、培训体系。鼓励高校设立虚拟现实相关专业，培养专业人才。鼓励开展跨学科人才培养，大力培养多学科复合型人才。鼓励高等院校、职业院校和企业合作，加强技能型人才培养和培训。 三是制度创新。完善组织实施，建立国家虚拟现实发展和应用统筹协调机制，以及标准化组织和产业联盟等，推动形成职责明晰、协同推进的工作格局，引导有条件的地方政府结合自身条件对虚拟现实合理定位、科学谋划，制定出台促进虚拟现实产业发展的政策措施 ； 着重政策引导，健全行业标准，在软件、硬件、内容、应用等产业链的各个环节都培育一批具有核心竞争力的企业，实现科学有序发展。同时，坚持优势发展与引导培育并重，对于优势企业，通过税收政策鼓励其在研发方面进行投入，提高产品附加值，扩大国际影响力 ； 对于小微创业公司，设置专项投资引导基金和孵化器，有效培育其良性发展。 编辑: 经过这些年的发展 ，虚拟现实在一些领域都有了不错的应用成果，在当前形势下，您对我国发展虚拟现实产业有哪 些建议? 赵沁平： 随着虚拟现实的发展，会形成三类新型产业，即行业类VR产业、大众消费类VR产业和专业化VR产业。VR+ 将导致出现大量行业VR应用系统，成为各有关行业发展的新引擎，并催生形成行业类VR产业 ； 大众对虚拟现实产品的消费热情会迅速形成大众消费类VR产业 ； 支撑和服务于前两类产业，必然会出现新型的专业化VR产业，包括VR芯片与器件产业、显示与交互设备产业、VR平台软件与开发工具软件产业、行业应用模拟器、虚拟环境产业、VR数据、模型与内容产业、网络、移动终端VR产业，以及VR服务产业。 一门新兴产业的发展总是随着相关技术的发展与成熟度，有起有伏，起伏发展的，关键在于坚持。 大众消费类虚拟现实产业有赖数字内容生产力的提升和发展，而军事、装备、医疗等行业类虚拟现实产业则是未来的刚性需求，发展是必然的。希望政府主要支持战略性行业VR产业的形成与发展 ； 出台政策推动大众消费类虚拟现实产业的发展，同时加快各类虚拟现实人才的培养 ； 有实力的虚拟现实企业在部署大众消费VR研发、占领其市场的同时，关注行业VR技术与产业化的发展 ； 政产学研结合，共同推动形成并占领专业化VR产业制高点，并加大各类VR人才培训与培养的力度。 原文题为“虚拟现实产业爆发的前夜”，作者蒋恺，将发表于《中国科学：信息科学》2016年第12期，敬请关注。

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[转载]虚拟现实的应用：未来前景无限

gongkong 2016-9-2 15:46

虚拟现实除了可用于影视游戏等娱乐应用之外，在其他非娱乐的应用领域也前景广阔。虚拟现实同样也可用于虚拟试衣，这是阿里巴巴的“Buy+”计划，今年3月刚推出概念，戴上虚拟现实的眼镜之后，人们可通过虚拟模特身上的衣服来进行选择和购买。很多汽车公司也开始利用虚拟现实眼镜进行模拟驾驶，让用户体验开车时的感受，但不能真的开到路上。此外，还可做虚拟旅游，戴上眼镜后，可体验以前从未去过的地方，身临其境。此外，还可以虚拟看房或设计房子，我们可事先让设计师设计一个虚拟图景，通过体验，我们还可以纠正需要改造的地方。 日常生活体验可对我们的大脑有影响，同样虚拟的体验也能影响大脑，因此虚拟现实还可用于心理治疗，很多有抑郁症的人，通过虚拟现实技术辅助治疗可以得到一些改善。对于社交恐惧症患者来说，他们平时不敢对很多人说话，在虚拟的世界，你知道这是假的，心理会放松防线，更容易跟其他人交流，从而逐渐提高社交能力。再比如，有很多人害怕蜘蛛，通过虚拟现实模拟，蜘蛛“近”在眼前，尽管你很难抗拒潜意识中的害怕，但是可以通过这种方式逐渐“脱敏”。恐高症同样可通过虚拟现实得到缓解。 心理学家还用虚拟现实来进行其他治疗，例如烧伤患者非常痛苦，尤其是给他换药的时候，如果有医生把虚拟现实技术用到他们身上，让他戴上一个头盔，看到一个冰凉的世界，大脑相应做出反应，疼痛感会减弱。在美国911恐怖袭击之后，很多人心理创伤很大，通过虚拟现实技术，把患者带回到当时的环境，这也是一个类似于“脱敏”的治疗，从而使患者心理上得到疏解，目前证明可以起到比较明显的效果。此外还有对自闭症患者的治疗，他们不愿跟人交流，难以亲近，通过虚拟现实技术，让他们在虚拟的世界里玩游戏，并逐渐接受自己在其中的角色，然后锻炼跟人交往的技巧。研究发现治疗前后患者大脑的活跃度有明显改善，这说明虚拟现实起到了良好的作用。 在医疗方面，虚拟现实还可用来训练医生。当前医生培训代价比较高，既缺少设备，同时人又非常多，我们可以通过虚拟现实设备，帮助医生练习手术。例如，在虚拟的世界里，连接力反馈的设备可模仿一个手术刀，当手术刀碰到虚拟器官之后，会有一个力反馈，也会模拟器官的形变，通过这种方式医生可以得到手术技能的锻炼。 对于学习和教育来说，虚拟现实也是非常有帮助的。通常来说，小孩对形象直观的东西容易接受，通过虚拟现实技术，把一些比较抽象的东西，以直观方式表现出来，这样可提高他们的记忆能力和学习动机，通过这种方式他们既愿意学习，又觉得很好玩，此外也可以增强小孩子间的合作。 总的来说，虚拟现实已经诞生50多年，由于以前成本太高，它最近才刚刚走近大众。虚拟现实、增强现实它们之间相关，又各有特点，但核心都是以实时计算机图形为主，应用也在不断拓广。通过与互联网、机器人、人工智能以及大数据进一步结合，虚拟现实的未来应用会更广泛。 更多相关信息请点击：www.gongkong.com

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Magic Leap公司的光场全息技术探踪

PKJay 2016-7-20 15:34

Magic Leap 公司的光场全息技术探踪 万世兴 世界 Wesee看专利 花钱如流水的 Magic Leap ，反复爆新闻的 Magic Leap ，熟悉又陌生的 Magic Leap ！ 据称走在世界增强现实技术前列 Magic Leap ，他的技术原理到底是什么？ 终于有人爆料说 Magic Leap2015 年推出的设备采用的是光纤。 那么，光纤如何复原光场，实现立体显示呢？北京大学黄珏华 2011 年递交的 PCT 专利申请提供了实现方案。 以下摘自 PCT 专利申请 PCT/CN2011/078993 （一种三维成像的方法和装置）说明书 本发明要解决的技术问题是，提供一种基于正向或逆向模仿相干光波传播边界情况以实现立体成像的方法和装置，形成在某一平面、曲面连续或分块分布，或在几个不同平面、曲面上、或空间中连续或分块分布的相干但相位、振幅不同的光点或直射光，以模拟实际物体或场面发出的光波，传播时在该连续的平面、曲面上或空间内，或这些分离的平面、曲面上或者立体空间内分布的相位和光强分布情况，这些光点或直射光通过直射、散射、衍射、混合或经过透镜后，衍射、干涉形成立体的实像或虚像（三维图像）；各出射光点的相位和振幅变化时，形成立体的实像或虚像也同时发生变化，当各出射光点的相位和振幅连续变化时，就形成连续变化的立体实像或虚像。 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种三维成像的方法，包括： 生成相干光； 利用多束光传导装置将所述相干光传导到成像位置，并在光传导过程中根据图像源数据对所述相干光的光强和 / 或相位分别进行调制，成像像素在同一平面、曲面连续或分块分布，或不同平面、曲面、空间中连续或分块分布； 所述相干光在成像位置直射、散射、衍射、混合或经过透镜后，衍射、干涉形成立体的实像或虚像。 本发明提供的三维成像的装置包括： 相干光发生装置，用于生成相干光； 多束光传导装置，用于将所述相干光传导到成像位置；成像像素在同一平面、曲面连续或分块分布，或在不同平面、曲面、空间中连续或分块分布； 光强调制模块，用于根据图像源数据对所述相干光的光强进行调制； 相位调制模块，用于根据图像源数据对所述相干光的相位进行调制； 三维成像模块，用于使所述相干光在成像位置直射、散射、衍射、混合或经过透镜后，衍射、干涉形成立体的实像或虚像。 本发明利用光传导装置直接模拟相干光波正向或逆向传输边界情况从而实现立体成像，通过光传导装置可以正向或逆向模拟立体实物发出的光线在某一平面、曲面连续或分块分布，或在几个不同平面、曲面上、或空间中连续或分块分布位置的相位和光强的（抽样）分布情况，这些光点直射、散射、衍射、混合或经过透镜后，衍射、干涉形成立体的实像或者虚像（三维图像）。同时当光传导装置横向尺寸越小，成像位置图像像素越密集；光传导装置数量越多，平面、曲面或空间屏幕越大，立体画像就越大，或者在画像大小不变的情况下，其空间细节越丰富；同时由于调节、控制光强和相位的装置不在成像位置，图像分辨率不受调节、控制光强和相位的装置的尺寸影响，成像位置每束出射光的光强也不受其他光束影响，可以独立调节。调节光强、相位的装置没有尺寸要求，可以集成较多控制电路，可以同时调节所有光束或多束光束的光强和相位，从而实现高速显示。并且可以引入多束相同频率的光增大画面或增强图像细节或引入不同频率的光形成彩色显示而不互相干扰。此外通过光传导装置将相干光传导到多个分离的平面、曲面或空间范围形成密集的相干光出射点，可以多角度、多方位的形成立体图像，防止因为观看者的遮挡造成的图像缺失。本方法还可以实现全息成像。 附图说明 图 1 为本发明实现立体成像的原理：成像位置处，各光传导装置出射光散射或衍射互相干涉，从而使同一点不同方向的光强不同，观察者双眼看到不同图像，在不同位置看到的图像也不相同。 图 2 为本发明实现立体成像的原理：成像位置前空间任一点的光都是成像位置所有点出射光干涉的结果，从而使同一点不同方向的光强不同，观察者双眼看到不同图像，在不同位置看到的图像也不相同。 图 3 为相干光光束扩束装置的一个实施例。 图 4~ 图 7 分别为调制相干光光强的几个实施例的原理示意图。 图 8 为在光传导装置内调制相干光光强的一个实施例：光纤变形光强调制器。 图 9 为相干光 3 通过一块透明的平行介质 11 ，改变介质平面垂线与相干光夹角，相干光细束平移、光程改变的计算说明。 图 10 为相干光 3 垂直于有相同楔角的楔形对 12 的一个面入射，通过楔形柱状光学介质，平行间隙，从另一个楔形柱状光学介质对应面出射，通过改变楔形柱状光学介质 12 之间的平行间隙时，改变出射光的位置和光程的实施例示意图。 图 11 为相干光 3 垂直于有相同楔角的楔形对 12 的一个面入射，通过一个楔形柱状光学介质，平行间隙，从另一个楔形柱状光学介质对应面出射，通过改变楔形柱状光学介质 12 之间的平行间隙时，相干光细束平移、光程改变的计算说明。 图 12 显示出相干光 3 垂直于有相同楔角的楔形对 12 的一个面入射，通过对称的楔形柱状光学介质，平行间隙，从另一个楔形柱状光学介质对应面出射，不同位置的入射光，光程相等。 图 13 和图 14 分别为调制相干光相位的实施例示意图。 图 15 为相干光 3 通过一块透明的平行介质 11 ，通过改变介质平面与相干光夹角调制相干光相位和平移细束相干光的装置的实施例示意图。 图 16 为改变楔形介质间距的方案的实施例。 图 17 为楔形对做成的改变相干光光程和平移细束相干光器件的实施例。 图 18 为利用光传导装置形成相干光波面立体成像的方法和装置总体结构实施例示意图，暨有多个相干光光源的实施例。图 18a 为利用光传导装置形成多个分离的相干光波面立体成像的方法和装置总体结构实施例示意图。 图 19 为光传导装置长度为零的总体结构实施例示意图。图 19a 和图 19b 为光传导装置长度为零时有多种频率相干光光源时的实施例。 图 20 为相干光 3 分光成二束，第一束扩束后通过光传导装置调制光强和相位，第二束经过扩束、转向后直接出射，然后部分相干光交汇、干涉，形成立体像的实施例。 图 21 为图 20 所示实施例的非调制相干光和调制相干光交汇方案的实施例。 图中： 1 为相干光源， 2 为可控挡板， 3 为相干光， 3La 为激光束， 3b 为已调制光强和相位的相干光， 3c 为均匀相干光， 4 为相干光扩束装置， 5 为光强调节装置， 6 为相位调节装置， 7 为光传导装置， 7a 为光纤， 7b 为敏感光纤， 8 为散射、衍射装置， 9 、 9-1 、 9-2 为透镜， 9f 为焦点， 10 为电、磁致伸缩装置（微位移器）， 10a 为压电陶瓷管， 10b 为压电陶瓷微位移器， 11 为平行的光学介质， 12 、 12a 、 12b 为有相同楔角的楔形柱状光学介质对，光垂直于楔形的一个面入射， 12f 为固定楔形， 12m 为微动楔形， 13 为可调节透光率的装置，如 LCD ， 14 为可控的伸缩挡板， 15 为分光装置， 16 为光线变向装置， 17 为平面光学玻璃单反射镜， 18a 为上齿形板， 18b 为下齿形板，。 19 为入射孔或口， 20 为出射孔或口， 21 为固定外壳， 22 为固定装置， 23 为固定支架， 24 为固定铰链， 25 为五维可调节支架， 26 为滑动杆。 具体实施方式 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。 本发明是利用光传导装置将相干光发生装置产生的相干光传导到成像位置形成相干像素，所述相干光是指几十个波长以上的光程内相位有固定关系的光（以下称相位有固定关系的光程为相干距离，相干距离越大效果越好，但成本越高）；所述光传导装置是一类可以弯曲或折迭，使光通过在其表面和 / 或内部通过多次折射、反射或全发射无损或损失很小地，相互不干扰地将光从一点传输到另一点（例如从光源处传导到成像位置形成像素），而在成像位置处，出射点相干光束的尺寸、出射点像素与出射点像素之间的距离都可以很小，每束光传导装置内光的强度和相位可以独立调节的柔性装置，用于将所述相干光传导到成像像素位置；所述很少损失是指经过一段直线或曲线路程，例如 0.01~1 米，光强损失很小，例如只损失 5~95% 光强；所述相互不干扰是指不同的光传导装置（无论它们在空间上有多么接近）中的相干光在传输时不互相干扰；所述成像位置是指在某个或某些连续或分离的平面、曲面或空间范围形成密集的相干光出射点，每个点的光强和相位可以独立调节；所述密集的相干光出射点是指每个出射点的尺寸和出射点之间的距离都很小；成像位置包括平面、曲面、有纵深的空间范围，该平面、曲面或空间模拟实物发出的光线在该平面、曲面或空间的相位和光强分布情况；每束光纤中相干光的光强和相位根据图像源数据被分别调制；相干光直射、散射、衍射、混合或经过透镜后，衍射、干涉形成立体的实像或虚像（三维图像）。 如图 1 所示，当相干光从光传导装置出射时，光束会由于衍射略有发散，但如光传导装置口径比较粗，发散角会很小。如果光传导装置口径很细，或通过下面实施例中衍射、散射装置后，各传导材料出射光之间会发生衍射、散射，和干涉，从而形成在成像位置处每一点，每一点的每一个方向光强不同的情况，使观察者双眼看到的图像不同，转动角度、移动位置看到的图像也不同，这是典型的立体图像。也可以认为观看者看到的空间位置的每一点的图像，都是成像位置所有出射光在这一点干涉或叠加的结果（光程差在相干距离内的光干涉，在相干距离外的叠加），（如图 2 所示），使观察者感觉光线是从离开成像位置有比较大景深的范围内发出的，即立体的实像或虚像。 使用透镜时，经过透镜后，不同光传导装置出射处的不同方向的出射光会交汇在空间的不同点，干涉后形成空间的明暗分布，即立体的实像或虚像。一个实施例是成像位置位于透镜的焦面（由于非近轴像差、色差等的存在，焦面通常不是平面）。 相干光发生装置，即相干光光源的一类实施例是激光器，如半导体激光器、染料激光器、光纤激光器；另一类实施例是单色性足够好的单色光光源。 当相干光光源为点光源或其他光束截面面积较小的光源时，采用扩束装置使相干光能同时进入相应的光传导装置，扩束装置的一个实施例是采用透镜组（如图 3 所示），如伽利略扩束镜、开普勒扩束镜等。 光传导装置可以是光纤，也可以是塑料光纤。其中，光纤为无机玻璃类，光损失较小；塑料光纤为有机塑料类，光损失较大。二者传输光的原理相同。 以上相干光进入射光传导装置的一个实施例是：光传导装置采用多束同质同长的光纤，激光扩束装置后的各处有相同光程、偏振方向和传播方向，光强均匀；所有光纤在紧靠扩束装置后沿激光传播方向排列并略有倾斜，激光以相同的近轴方向入射光纤；激光在光纤内多次全发射后从光纤出射，出射处光纤整齐、同向排列，所有出射光有相同光程、偏振方向和传播方向和光强。 可以在扩束装置后（如果需要扩束装置），相干光进入光传导装置前调制相干光光强；也可以在两段光传导装置之间调制相干光光强；还可以在光传导装置内或者在相干光离开光传导装置后，到达成像位置前调制相干光光强。 如图 4 所示，调制相干光光强的一个实施例是，使相干光通过可以改变透光率的介质，例如液晶，通过改变介质的透光率改变相干光光强。调制相干光光强的另一个实施例是使相干光通过可控的遮挡装置，通过改变遮挡范围改变相干光光强。如图 5 所示，还可以采用多束光传导装置形成一个像素，被挡板遮挡的光传导装置没有相干光射入，通过可控挡板 14 改变可导光的光传导装置数量，调制相干光光强。 以上三个实施例可以在扩束装置后（如果需要扩束装置），相干光进入光传导装置前调制相干光光强；也可以在两段光传导装置之间调制相干光光强；还可以在相干光离开光传导装置后，到达成像位置前调制相干光光强。 在两段光传导装置之间调制相干光光强的再一个实施是，使相干光通过二段光传导装置，其中一段光传导装置可平移，通过使该光传导装置平移，改变从一段光传导装置进入另一段光传导装置的光束宽度，改变相干光光强。图 6 给出了一个实施例：一段光传导装置装在一个五维调节支架上，另一段光传导装置装在一个可二维调节的压电陶瓷环上，改变压电陶瓷上的电压，光传导装置位置可上下左右调节，从而改变从前一段光传导装置进入该传导材料的进光量，即改变光强。 在两段光传导装置之间调制相干光光强的另一个实施例如图 7 和 13 所示，图 7 中相干光通过二段光传导装置 7 ，二段光传导装置 7 之间有一块透明的平行介质 11 ，相干光方向不变，改变介质平面垂线与相干光夹角，经过平行介质的细束光位置会有移动（如图 13 所示），通过 改变介质平面垂线与相干光夹角 改变从前一段光传导装置进入后一段光传导装置的相干光束宽，从而调制相干光光强。 图 9 显示了相干光细束通过一块透明的平行介质 11 ，改变介质平面垂线与相干光夹角时，从平行介质出射细束光的位置移动和相干光光程变化情况。 如图 9 所示，通过折射率为 n 的平行介质后相干光光程比不通过平行介质（ n 0 为空气折射率）增加 （ n 0 L 1 +n 0 L 2 +nL ） - （ n 0 L 1 +n 0 L 2 +n 0 L’ ） =nL- n 0 L’ 其中， L 1 和 L 2 分别为相干光进入平行介质之前和之后走过的距离，相干光偏移 x 。 L=d/cos( δ ) L’=Lcos( β - δ ) =d cos( β - δ )/cos( δ ) x=Lsin( β - δ ) =d sin( β - δ ) /cos( δ ) δ =arcsin(n0sin β /n) 如 n 0 =1 ， n=1.55 ， 当β =10 °，δ =6.4324 °， L=1.006335d ， L’=1.004385d ， x=0.06262034d ； 当β =11 °，δ =7.0712 °， L=1.007664d ， L’=1.005296d ， x=0.06904188d ； 因此当平行介质的角度β从 10 °增加到 11 °，光程差增加 Δ（ nL- n 0 L’ ） =0.00114895 d 相干光束偏移 Δ x=0.00642154d 如 d=1mm ，光程差增加 1148.95nm ，考虑到可见光波长在 400-700nm ，因此 , 使介质平面垂线与相干光夹角改变 1 °，就可以使光程差改变至少一个波长，可以满足相位调制需求，而此时相干光束偏移 6.42154 μ m ，因此可以通过偏移增减进入光传导装置的束宽，从而调制光强。 在两段光传导装置之间调制相干光光强的另一个实施例如图 10 所示，一对有相同楔角的楔形柱状光学介质 12 形成平行间隙（此时楔形的二对楔面两两平行），相干光 3 垂直于楔形的一个面入射， 从另一个楔形柱状光学介质对应面出射，改变楔形柱状光学介质 12 的间隙（保持平行）时，细束光位置会有移动，通过改变改变楔形柱状光学介质 12 的间隙改变从前一段光传导装置进入后一段光传导装置的相干光束宽，从而调制相干光光强。 图 11 显示了相干光细束垂直入射在平行楔形 12a ，改变平行楔形的间距时，从另一块平行楔形出射细束光的位置移动和相干光光程变化情况。 首先，图 12 可证明，任二束垂直入射的平行光在平行楔形内光程相等。 其次，从图 11 可以分析出：当楔形 12a 不动，楔形 12b 动时，光程变化计算如下：（以下式中 d 为楔形间距， n 0 与 n 分别空气和楔形介质的折射率） 楔形 12b 沿 X 方向移动Δ X ，平行楔形间距 d 的改变为 Δ d= Δ X*cos δ 楔形 12a 内光程不变，间隙内空气光程增加 Δ L ab =n 0 * Δ d/cos β =n 0 * Δ X*cos δ /cos β 楔形 12b 内光程减少 Δ L 12b =n* Δ X*cos δ *cos （β - α） / cos β δ = π /2- α 总光程改变为 Δ L= * Δ X 而 n*sin α =n 0 *sin β，α = π /2- δ，从而 sin β =n*sin α /n 0 ， cos β =sqrt （ 1- sin 2 β） 因此 cos δ = n 0 *sin β /n ， Δ L= （ n 0 2 /n ） tg β * Δ X Δ L= （ n 0 2 /n ） tg β * Δ X 光束沿 -X 方向移动 Δ Y= Δ X*cos δ *sin （β - α） / cos β = （ n 0 /n ） *tg β * sin （β - α） * Δ X = （ n 0 /n ） *tg β * （ sin β * cos α - cos β * sin α） * Δ X 对于纳黄光， 水晶 折射率为 1.55 ， 金刚石 为 2.42 ， 玻璃 按成分不同而为 1.5 ～ 1.9 ，取 n=1.55 ， n 0 =1 ，楔形折射率 n ，楔形角度α，相对光程改变Δ L/ Δ X ，相对光束偏移Δ Y/ Δ X 关系如下表 楔形折射率 n 楔形角度α 相对光程改变Δ L/ Δ X 相对光束偏移Δ Y/ Δ X 1.5 1 -0.01964 0.000152 1.5 5 -0.09861 0.003853 1.5 20 -0.42415 0.075113 1.5 41 -1.4088 2.311928 1.5 42 - - 1.55 1 -0.02307 0.000168 1.55 5 -0.11585 0.004242 1.55 20 -0.5001 0.083963 1.55 40 -1.7013 5.311205 1.55 41 - - 1.9 1 -0.05672 0.000274 1.9 5 -0.28524 0.006983 1.9 15 -0.90119 0.074203 1.9 31 -2.64524 1.832876 1.9 32 - - 2.42 1 -0.14519 0.000433 2.42 5 -0.73158 0.011138 2.42 15 -2.36152 0.13388 2.42 24 -4.84571 1.906878 2.42 25 - - 在光传导装置内调制相干光光强的一个实施例是光纤变形光强调制器。它由可通过电、磁方式驱动的微位移器（微位移器的一个实施例是压电陶瓷微位移器，另一个实施例是稀土超磁致伸缩材料）推动的变形器和敏感光纤构成，如图 8 所示，其中变形器通常由一对机械周期为 A 的齿形板组成，敏感光纤则从齿形中间穿过，在齿形板的作用下产生周期性的弯曲。当齿形板受微位移器驱动到不同位置时，光纤的微弯程度随之变化，相干光的损耗改变的，导致输出光功率改变，从而实现微弯光强调制器功能。 可以在相干光进入光传导装置前调制相干光相位，也可以在两段光传导装置之间调制相干光相位，还可以在光传导装置内或者在相干光离开光传导装置后，进入成像位置前，调制相干光相位。 调制相干光相位的一个实施例如图 13 ，相干光 3 通过一块透明的平行介质 11 ，相干光方向不变，通过改变介质平面垂线与相干光夹角调制相干光在介质内光程，从而调节相干光的相位。调制相干光相位的另一个实施例如图 10 ，相干光 3 垂直于楔形的一个面入射，通过对称的楔形柱状光学介质 12 ，从另一个楔形柱状光学介质对应面出射，通过改变楔形柱状光学介质 12 的间隙时，改变出射光在介质内光程，从而调节相干光的相位。 以上二个实施例可以在扩束装置后（如果需要扩束装置），相干光进入光传导装置前调制相干光相位；也可以在两段光传导装置之间调制相干光相位；还可以在相干光离开光传导装置后，到达成像位置前调制相干光相位。 在光传导装置内调制相干光相位的一个实施例如图 14 ，相干光通过光纤，光纤的一部分环绕在二块平滑物体外，平滑物体之间夹着可通过电、磁场作用，改变平滑物体间距的物质 10 ，通过改变平滑物体间距，改变光纤的长度，即改变相干光的光程，从而调制相干光的相位。 一个更具体的实施例是稳定的具有大光程扫描范围的光纤相位调制器。将一个圆柱体劈成两半，中间用微位移器（微位移器的一个实施例是压电陶瓷微位移器，另一个实施例是稀土超磁致伸缩材料）连接，光纤绕在圆柱体上形成一种光纤拉伸结构。对微位移器施加驱动电压或者磁场，使其产生伸缩运动，缠绕的光纤随之拉伸或者收缩，引起传输光波的光程发生周期性变化，实现光相位调制。 光纤相位调制器上光纤的绕接圈数越多，光程扫描范围越大，绕接圈数受微位移器的最大推力和光纤杨氏模量的限制，因此，需根据光程调节范围，选择合适的压电陶瓷和绕接圈数。光程差至少要达 1 μ m ，光程等于几何路程与折射率的乘积，由此可得微位移器的最小位移量 式中 OPD 为光程差； M 为绕接圈数； n 为光纤的纤芯折射率。 利用透明的平行介质 11 ，通过改变介质平面与相干光夹角调制相干光在介质内光程，从而调节相干光的相位，或通过改变细光束平移距离，改变进入光导材料的光束大小，从而改变相干光光强的应用器件的一个实施例如图 15 ，平行介质通过固定铰链或弹性轴承固定在底座上，微位移器（微位移器的一个实施例是压电陶瓷微位移器，另一个实施例是稀土超磁致伸缩材料）同样固定在底座上，平行介质另一端带有滑动杆，放（或压）在微位移器上，改变电压，微位移器微伸缩，从而改变介质平面与相干光夹角。 相干光 3 垂直于一对有相同楔角，对应面平行的楔形的一个面入射，通过对称的楔形柱状光学介质 12 ， 从另一个楔形柱状光学介质对应面出射，改变楔形柱状光学介质 12 的间隙时，细束光位置会有移动，通过改变改变楔形柱状光学介质 12 的间隙改变从前一段光传导装置进入后一段光传导装置的相干光束宽，从而调制相干光光强，或者改变通过上述一对楔形的间距，改变相干光的光程，从而调制相干光相位的方法有多种，图 16 给出了改变间距方案的 8 个实施例。 图 17 给出了利用楔形对改变光程从而调制相位或平移细光束从而改变进入光导材料光强的器件的实施例：根据改变楔形间距的方案的不同选择，将一个楔形固定在底座上，另一个楔形固定在微位移器上（微位移器的一个实施例是压电陶瓷微位移器，另一个实施例是稀土超磁致伸缩材料），微位移器固定在底座上；或者将二个楔形各固定在一个微位移器上（微位移器的一个实施例是压电陶瓷微位移器，另一个实施例是稀土超磁致伸缩材料），微位移器固定在底座上，驱动微位移器，就可以改变楔形间距，从而达到调制相位或光强的目的。 本发明中，根据需要可以只调制相干光光强，或者只调制相干光相位，也可以同时调制相干光的光强和相位。 由于光传导装置长度误差带来的相位差和改变光强时带来的相位差，以及其他因素带来的相位差，可以通过调整相干光相位进行补偿。反之，由于光传导装置长度误差带来的光强损耗差和改变相位时带来的光强损耗差以及其他因素带来的光强损耗差，可以通过调整相干光光强进行补偿。 具体地说，当出现不是按照图像源数据要求产生，而是由于某些因素造成相位发生误差时需要对相位差进行补偿。例如：光传导装置的长度误差会带来相位不一致，改变光强时同时也会改变相位，温度不均匀、光传导装置的弯曲程度等因素也会带来相位差。当发生相位差时，可以通过上述调整相干光相位的方式对相位差进行补偿。 同理，当出现不是按照图像源数据要求产生，而是由于某些因素造成光强发生误差时需要对光强差进行补偿。例如：光传导装置的长度误差会带来光强不一致，改变相位时同时也会改变光强，温度不均匀、光传导装置的弯曲程度等因素也会带来光强差。当发生光强差时，可以通过上述调整相干光光强的方式对光强差进行补偿。 可在成像位置每个光传导装置前安装散射装置。散射装置的一个实施例是毛玻璃珠。 也可以在成像位置每个光传导装置前安装衍射孔。衍射孔的一个实施例是尺寸可以与相干光波长相比拟的圆孔，另一个实施例是垂直于观看者双眼连线的细缝。 还可以在成像位置前安装光学透镜。一个实施例是成像位置处于光学透镜的焦平面上。 散射装置、衍射孔和透镜可以单独使用、两两组合，也可以同时使用。也可以均不使用，直射的相干光在空间直接干涉形成立体图像。 为避免光强和相位调节时产生的图像混乱，可以在光传导装置前面、后面或中间任意位置处安装可控挡板，可控挡板在相干光调节光强、相位时关闭，调节完毕后打开。另外，也可以采用可控发光的相干光光源，在调节光强、相位时不发光，调节完毕后发光。一个实施例是在光源前加快门。 可以采用多个相干光光源，以解决大图像范围或相干光强度不够的问题（如图 18 所示）。每个光源的相干光通过一组光传导装置调制光强和相位。每个光源形成的成像位置可以聚集在一起，也可以交织分布。 不同相干光光源形成的成像位置可以共同形成同一个图像，也可以各自形成不同的图像。 确定成像位置的一个实施例是根据摄像时的状态决定每个光源形成的成像位置是聚集在一起，还是交织分布。 可以采用多种颜色的相干光光源，以解决彩色显示的问题。每种颜色光源的相干光通过一组光传导装置调制光强和相位。每组颜色光源形成的成像位置可以聚集在一起，也可以交织分布。采用多种颜色的相干光光源，每种颜色采用多个相干光源，每个光源的相干光通过一组光传导装置调制光强和相位。每个光源形成的成像位置可以聚集在一起，也可以交织分布。 图 18 为利用光传导装置形成成像位置，直射、散射、衍射、混合或经过透镜后，衍射、干涉形成立体的实像或虚像（三维图像）的方法和装置总体结构的一个实施例示意图。从多个相干光光源 1 通过可控挡板 2 的控制发出激光 3 ，经过扩束装置 4 扩束，再分别经过光强调制装置 5 和相位调制装置 6 调制，进入光传导装置 7 ，到达成像位置 8 ，最后通过透镜形成立体像。 图 18a 为利用光传导装置形成多个分离的成像位置，直射、散射、衍射、混合或经过透镜后，衍射、干涉形成立体的实像或虚像（三维图像）的方法和装置总体结构的一个实施例示意图。从单个或多个相干光光源 1 通过可控挡板 2 的控制发出激光 3 ，通过分光装置 15 和转向装置 16 后，分别经过扩束装置 4 扩束，再分别经过各自光强调制装置 5 和相位调制装置 6 调制，进入各自光传导装置 7 ，到达各自成像位置 8 ，最后通过各自透镜形成立体像。 分光装置 15 可以选用半透镜，光线变向装置 16 可以选用反射镜。 利用光传导装置形成多个分离的成像位置，直射、散射、衍射、混合或经过透镜后，衍射、干涉形成立体的实像或虚像（三维图像）的另一个实施例如下：从单个或多个相干光光源 1 通过可控挡板 2 的控制发出激光 3 ，经过扩束装置 4 扩束，再分别经过光强调制装置 5 和 / 或相位调制装置 6 调制，或经过分组的光强调制装置 5 和 / 或相位调制装置 6 调制，再通过分组的光传导装置 7 ，到达各自（分离）成像位置 8 ，最后通过各自透镜形成立体像。 也可以同时用分光装置 15 和转向装置 16 、分组的光传导装置 7 形成多个分离的成像位置，直射、散射、衍射、混合或经过透镜后，衍射、干涉形成立体的实像或虚像（三维图像）。 图 19 为利用光传导装置形成相干光波面立体成像的方法和装置总体结构的另一个实施例示意图。从相干光光源 1 通过可控挡板 2 的控制发出激光 3 ，经过扩束装置 4 扩束，再分别经过光强调制装置 5 和相位调制装置 6 调制后到达成像位置 8 ，最后通过透镜形成立体像。其中，光传导装置的长度为零，即不经过光传导装置。 在上述实施例中，当采用多种颜色相干光时，一个实施例是在调节相位、光强的装置的前面或后面加滤光片，或者采用色散装置，使不同颜色的光经过不同的相位、光强调节装置，见图 19a 。色散装置的一个实施例是三棱镜。 在上述光传导装置长度为零的实施例中，当采用多种颜色相干光时，另一个实施例如图 19b ：在光源 1a/1b/1c 等前分别采用统一控制的快门 2a/2b/2c 等，开始时所有光源快门 2 关闭，先按照光源 1a 发射的相干光 3a 需要的相位、光强调节所有相位、光强调节装置，同时，或者相位、光强调节完毕后，打开快门 2a ，保持预定时间后，关闭快门 2a ；再按照光源 1b 发射的相干光 3b 需要的相位、光强调节所有相位、光强调节装置，同时，或者相位、光强调节完毕后，打开快门 2b ，保持预定时间后，关闭快门 2b ；如此循环往复。 本发明中，形成立体图像的一个实施例是将从同一相干光源发出的相干光分光成二束后，一束经过上述步骤扩束、通过光传导装置（长度为零或不为零）分别调节光强和相位，在成像位置出射，另一束经过转向、扩束后，形成宽束而光强、相位均匀的相干光，与成像位置出射的各处光强与相位分别调节的相干光干涉后形成立体像。 如图 20 所示，相干光 3 经过为分光装置 15 后一分为二，一部分光线 3-1 经过变向装置 16 ，扩束装置 4 后直接射出，另一部分 3-2 通过扩束装置 4 后分别经过相位调节装置 5 和光强调节装置 6 、光传导装置后，出射，与 3-1 相干涉。 上述实施例中，也可以不采用分光、转向装置，而采用等长，没有光强和相位调节装置的光传导装置，形成宽束而光强、相位均匀的相干光。 上述同一光源发出的光强和相位调制的相干光与未调制的均匀相干光干涉的方案一个实施例是光束交叉，另一个实施例是光束平行。图 21 给出了光束平行方案的一个实施例，成像位置出射光通过一个平板光学玻璃反射，而光强、相位均匀的相干光从平板光学玻璃的另一侧沿成像位置出射光的反射方向入射，然后发生干涉，形成立体像。 上述各实施例中，当连续改变每束光传导装置内光的强度和相位，就形成连续运动的立体像。 上述各方案的具体工作流程的一个实施例如下（如果只有光强调节器 5 或只有相位调节器 6 ，下述过程中只调节光强调节器 5 或相位调节器 6 ）：初次工作时，首先分别调整各相干光光源对应的相位，使其根据成像位置排列方式的不同，形成对应的标准图案；其次分别调整各相干光光源对应的光强调节器 5 ，使传导装置出射光形成的对应的图案更加标准；上述过程可能需要重复多次，直到其形成图案与标准图案的差别小于某个判据，可认为此时各出射光相位相同，光强相同；记下此时光强调节器 5 和 / 或相位调节器 6 的状态作为工作时光强和 / 或相位的误差补偿。以后显示图像时，在相干光光源 1 工作稳定后或同时，根据图像源数据和上述光强和 / 或相位的误差补偿，调节所有光强调节器 5 和 / 或相位调节器 6 ，使成像位置的输出光强和 / 或相位与图像源数据一致，打开可控挡板 2 ，相干光 3 在成像位置直射、散射、衍射、混合或经过透镜后，衍射、干涉形成立体的实像或虚像（三维图像）。 当连续改变每束光传导装置内光的强度和相位，形成连续运动的立体像时，具体工作流程的一个实施例如下（如果只有光强调节器 5 或只有相位调节器 6 ，下述过程中只调节光强调节器 5 或相位调节器 6 ）：图像源的光强和 / 或相位数据按时间顺序记录成多组，每组记录同一时间各光强调节器 5 或相位调节器 6 的光强和 / 或相位数据，显示图像时，按时间顺序选取一组光强和 / 或相位数据，调节光强调节器 5 或相位调节器 6 ，调节完毕后打开可控挡板 2 ，相干光 3 在成像位置直射、散射、衍射、混合或经过透镜后，衍射、干涉形成立体的实像或虚像（三维图像），保持一段时间，关闭可控挡板 2 ；选取下一组光强和 / 或相位数据，调节光强调节器 5 或相位调节器 6 ，调节完毕后打开可控挡板 2 ，相干光 3 在成像位置直射、散射、衍射、混合或经过透镜后，衍射、干涉形成立体的实像或虚像（三维图像），保持一段时间，关闭可控挡板 2 ；如此依次显示，利用视觉暂留现象，形成连续运动的立体的实像或虚像（三维图像）。 连续改变每束光传导装置内光的强度和相位，形成连续运动的立体像的控制电路的一个实施例如下： 采用光源快门与相位和 / 或光强控制器联动：每个光强调节器 5 和 / 或相位调节器 6 有一个驱动模块，用于驱动相应的光强调节器 5 和 / 或相位调节器 6 调节到位并保持。所有光强调节器 5 和 / 或相位调节器 6 有一个控制模块，包括：数据接收模块、存储模块、数据处理和控制模块、同步装置或时间控制器。或者将光强调节器 5 和 / 或相位调节器 6 分组，每组有一个控制模块，所有控制模块有一个总控制模块。控制模块定期或连续接收所有或组内光强调节器 5 和 / 或相位调节器 6 下一时刻或若干时刻的光强和 / 或相位数据，并存储；同步装置或时间控制器发出指令，光源快门关闭，数据处理和控制模块根据存储的下一时刻或若干时刻的光强和 / 或相位数据一次调节所辖的光强调节器 5 和 / 或相位调节器 6 ，最后一个光强调节器 5 和 / 或相位调节器 6 调节完毕后，发出调节完成信息。分组时控制模块将各自的完成信息发给总控制模块，总控制模块收到所有分控制模块的完成信息后发出收到完成信息。收到控制模块或总控制模块发出的调节完毕信息后，光源快门打开，直到下一次同步装置或时间控制器发出指令。 考虑到实际物体不可能发生瞬移，图像是连续变化的，即相位和光强是连续变化的，因此光强调节器 5 和相位调节器 6 对应的光强和相位数据是按时间连续或准连续的，所述光强和相位数据是按时间连续或准连续的是指光强调节器 5 和相位调节器 6 从一时刻的光强和相位调节到下一时刻的光强和相位，所用时间小于某个判断值，（如眼睛可分辨的时间间隔）。因此，当连续改变每束光传导装置内光的强度和相位，形成连续运动的立体像时，具体工作流程的另一个实施例如下（如果只有光强调节器 5 或只有相位调节器 6 ，下述过程中只调节光强调节器 5 或相位调节器 6 ）：根据图像源的光强和 / 或相位数据，同步或准同步地同时调节所有光强调节器 5 和 / 或相位调节器 6 ，不使用可控挡板 2 。所述同步地同时调节所有光强调节器 5 和 / 或相位调节器 6 是指同时开始调节所有光强调节器 5 和 / 或相位调节器 6 ，同时结束，或虽然不能同时结束，但结束的时间差小于某个判断值；所述准同步地同时调节所有光强调节器 5 和 / 或相位调节器 6 是指虽然不是同时开始调节所有光强调节器 5 和 / 或相位调节器 6 ，但从第一个光强调节器 5 和 / 或相位调节器 6 开始调节，到最后一个光强调节器 5 和 / 或相位调节器 6 结束调节的时间差小于某个判断值。 同步地同时调节所有光强调节器 5 和 / 或相位调节器 6 的一个实施例是每个光强调节器 5 和 / 或相位调节器 6 都有一个控制模块，包括：数据接收模块、存储模块、数据处理和控制模块、光强调节器 5 和 / 或相位调节器 6 的驱动模块、同步装置。控制模块定期或连续接收光强和 / 或相位数据，并存储；所有光强调节器 5 和 / 或相位调节器 6 的数据处理和控制模块在同步装置的触发下 ( 可以是模块内部 / 外部时钟触发，或外部信号触发 ) ，根据存储模块存储的下一时刻本光强调节器 5 和 / 或相位调节器 6 的光强和 / 或相位数据，同步地控制光强调节器 5 和 / 或相位调节器 6 的驱动模块开始调节光强和 / 或相位，调接完毕后保持光强和相位状态，控制模块待机，等待接收存储数据和下一次调节。 准同步地同时调节所有光强调节器 5 和 / 或相位调节器 6 的一个实施例是所有光强调节器 5 和 / 或相位调节器 6 分成若干组，每组内从第一个光强调节器 5 和 / 或相位调节器 6 开始调节，到最后一个光强调节器 5 和 / 或相位调节器 6 结束调节的时间差小于某个判断值。每组光强调节器 5 和 / 或相位调节器 6 都有一个控制模块，包括：数据接收模块、存储模块、数据处理和控制模块、同步装置，每个光强调节器 5 和 / 或相位调节器 6 有一个驱动模块。控制模块定期或连续接收光强和 / 或相位数据，并存储；所有组的数据处理和控制模块在同步装置的触发下 ( 可以是模块内部 / 外部时钟触发，或外部信号触发 ) ，根据存储模块存储的下一时刻本组的光强和 / 或相位数据，依次控制光强调节器 5 和 / 或相位调节器 6 的驱动模块开始调节光强和 / 或相位，调接完毕后保持光强和相位状态，当组内所有光强调节器 5 和 / 或相位调节器 6 调接完毕，该组控制模块待机，等待接收存储数据和下一次调节。 需要说明的是，采用光源快门和不使用快门采用同步或准同步技术的体验区别在于：在有物体快速运动时，如果光强和相位调节不够快，前者快门关闭时间会较长，会有闪烁感和跳跃感，场面较暗；后者会有部分场景出现迷雾感或破碎感。当镜头切换时，前者会感到眼前一暗，然后场景就变了；后者会出现迷雾或场景支离破碎，恢复时场景就变了。

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2016虚拟现实科技馆项目“火灾逃生虚拟体验系统”

VGEGONG 2016-6-5 08:16

【VR项目】虚拟地理环境团队李文航博士等申请的“学校火灾应急逃生模拟与虚拟训练系统”，入选2016年中国科协科普部与中国仿真学会组织的“虚拟现实科技馆项目”。 项目目标： 火灾是社会生活中威胁人类生命安全最常见的灾害之一，火灾应急疏散和逃生训练是减少火灾伤害的有效手段。而中小学生由于年龄较小，在火灾面前更是弱者，因此，本项目面向中小学生，以学校中多层教学楼为疏散环境，基于虚拟现实，建设面向火灾的应急疏散虚拟训练和交互体验的仿真系统，培训参与者在火灾发生后的正确的应对知识和应急措施，提高参与者的应急疏散能力和路径选择能力，辅助降低火灾的伤害水平。

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AlphaGo和理论物理

热度 11 qhliu 2016-3-19 11:04

以前有位学生，在校期间一直呆在我课题组， 2014 年本科毕业后创业，一炮而红。昨天路过长沙，回课题组聊天，讲了很多 AlphaGo 底层的工作原理其实就是物理中的一些工作方法，等等。令我脑袋一度爆裂。特别是，他提到图灵的一句话： “We also wish to allow the possibility that an engineer or team of engineers may construct a machine which works, but whose manner of operation cannot be satisfactorily described by its constructors because they have applied a method which is largely experimental. ” 尽管无法立即心领神会懂，这句话的内涵还是瞬间把我大脑很多的神经元同步激发进入活跃状态 ： 1 ，物理上很多重大的实验结果是偶然遇到的，甚至反常量子霍尔效应。 2 ，美国学生不懂基本原理，有个想法就先搭个台子干将起来。结果产生了很多革命性的结果。 3 ，你说甚至 AlphaGo 中有千万个参数需要调整等等，获得的最优者可能是经验而非原理知道。 …… 这位旧生学生今天早晨就发了一些详细的资料过来，信件附后。 ---- 插播：如果不能制造传奇，不妨做做传奇的搬运工!---- 对师道尊严没有好感，觉得朋友感、平等交往最惬意。 学生在校，有点无奈。一旦毕业，我都特意“装”一下：“解放了，从此就不是师生了！” 有位女生毕业后，不认我做老师了，但一直对我执兄长礼。现在，她的事业已经蔚为大观，资产配置早已国际化。上天垂爱，她儿子也特别出色。小学、初中基本在一所国际学校寄宿上学，初中毕业后表示要去美国。独自去美上高中，毕业后进入名牌大学，坚持选择数学专业！尚在大学时，就创立了“ Association of Chinese Scientists and Engineers ”。 —————— 2009级毕业生某君，现在西安，胆子特肥！敢于接下一个项目，目前支配的资金在亿的量级。听后我好一阵胆寒。 他觉得在校期间我对他要求过严，一度啧有烦言。直到最经看了一个国外的什么电影，专门讲师生关系，才稍有释怀。 对学生要求是不是很严，我自己的感觉不明显。曾经否决了他同届的一位同学的本科毕业论文，以至于该同学延迟了半年才毕业。而这位同学后来还主动和我联系过一些事情，似乎不以为怪! ---- 插播完---- ---- AlphaGo , 理论物理及其它 ---- 刘老师您好， 这是我最近找到的一些相关材料： Anexact mapping between the Variational Renormalization Group and Deep Learning Deep learning and the renormalization group WHY DOES UNSUPERVISED DEEP LEARNINGWORK? - A PERSPECTIVE FROM GROUP THEORY AI Recognizes Cats the Same WayPhysicists Calculate the Cosmos 关于这个话题的专业或非专业网络讨论 a 知乎 ; b 论坛 ； c.reddit The statistical physics of deeplearning ( 见附件 ) Physics-inspired algorithmsand phase transitionsincommunity detection H. Christopher Longuet-Higgins ， PhD 学生里出了 Peter Higgs 和 Geoffrey Hinton （把深度学习从边缘学科拯救出来的人）等。这篇文章讲了一些过往的故事 , 物理学、理论化学与人工智能 。 物理给了人工智能灵感（ Hinton 在采访中说道，他领悟到从物理类比而非纯数学理论进行编程之后，是他非常高产时期）；机器学习在高能物理、宇宙学方面也大显身手。我一直觉得机器是否会涌现出智能（以及机器有没自由意志？）是一个伪命题。真正重要的是人能做什么。在我看来王浩的三问超越了古希腊三问，非常诱人，欲投之而后快。但《超越分析哲学》并没能给一个我认为满意的答案（某些方面更已过时）：他虽然决定把诗学性置于史学性之上，但行文依然不那么可控，致使很多时候感觉在自说自话。 几篇人工智能运用于物理的文章： Rice 大学物理系教授博文 : Can we use machine learning tosolve really hard physics problems? NATURE MATERIALS ： Adapting granular materialsthrough artificial evolution （类似有创业公司将机器学习应用到药品研发，大幅缩小成本） Machinelearning for many-body physics: efficient solution of dynamical mean-fieldtheory Machine learning for many-body physics: The case of theAnderson impurity model https://www.oreilly.com/ideas/big-science-problems-big-data-solutions 当机器拥有识图能力的时候，非常有利于天文观测 昨天和 BB 聊天，他提到 XX 级社科 XX 班 MMM 自杀的 消息 。很震惊很惋惜。这位女生刚拿到香港大学优秀毕业生荣誉，去年年底在上海找工作（ BB 说是名校毕业与找金融工作岗位时的落差）。她是公认的智商情商双高的人，平时很开朗，给别人带来快乐的大姐大的形象。之前跟刘老师说 “ 人生没有那么多胜与负，生存下来就好 ” ，即使对自己的安慰，也是总结这几年来，意识到自己跟那些优秀的人比起来确实存在大差距。差距是先天不足以及后天的习惯缺陷积累造成的。有些人凭借自己的天赋直线行走守成即可获得声誉（很羡慕 YF 、 XJ 。他们目前顺利，而未来又那么可期）；有的人必须尝试别人不敢的尝试，坚守不被看好的坚守，用冒险来换回一点 “ 翻盘 ” 的可能性，放逐而获新生。改造与革命是 underdog 们的权利和机会。一个二流棋手要战胜天赋异禀棋手，得开始一段前人没有尝试机器之旅。既然把一切都当做尝试，胜负已不报期许，生存下来就有希望，绝境亦能获得真自由。林语堂总结说楚地之人的精神是 “ 性灵、悲剧感和逍遥精神 ” ，我理解的悲剧感是，意识到自己的渺小，依然直面内心使命召唤的酒神精神。 毛主席在我这个年龄段的 文章中 说 “ 读书为上，教书、办事为下。 ” 我现在想法也是读书为上，工作为下。一方面，我能感受到很多人思维受学科训练框架的钳制；另一方面，也为自己至今没有深入进入任何一个领域而羞愧。这是我想去攻读一个博士学位原因。 再次感谢刘老师的款待！ XX

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虚拟现实中的虚拟听觉与机器人听觉

热度 1 brygid 2016-1-16 13:44

1月14号，高盛发布了一份长达58页的报告，详细讨论了虚拟现实(VR)和增强现实(AR)产业的未来发展状况，高盛认为VR和AR拥有巨大的潜能，它可能会成为下一个大型计算平台，到2025年AR和VR硬件及软件营收将达800亿美元，如果它们迅速跳出小众市场走向大众，年营收最多可以达到1820亿美元。 这条消息真是刷爆了朋友圈，笔者不禁慨叹虚拟现实领域的热闹，终于也忍不住提提大家经常忽略的声学领域。自从电话诞生以后，甚至一直到现在，我们远程传递信息主要还是依赖声音，那个时候声学的研究自然相当重要，甚至我们国内最早的DSP就是兴起于中科院声学所，大家到我们所参观看到独特的DSP大楼也总会多问几句。但是好景不长，随着智能手机的兴起，至少在消费电子领域光学的重要性已经超过了声学，不用慨叹技术弄人，实际上这才是真正的进步，因为人类也是主要靠眼睛获取信息，而耳朵辅之。有时候我们也会开玩笑：眼睛在前，耳朵在后的人体结构决定了各自的地位。当然这样说不太准确，因为两者实际上是协同一体的，根本就无法割裂开来。 实际上，智能手机火爆的当下，真正赚钱的光学厂家也不是太多，毕竟这个领域类似计算机技术一样竞争过于激烈，而且巨头提前布局已然形成了垄断地位，从摄像头模组和电容触摸屏行业分析中就可窥探一二。反而声学这个不被重视的行业，却在国内孕育出了不少大型企业，比如山东的歌尔声学和共达电声，浙江的新嘉联等上市企业，耳机配套厂家就是更多了，就连造音箱的漫步者、奋达也已上市。 什么是VA和RA？ 从上述简单道理来看，未来虚拟现实的火爆自然也会引发虚拟听觉的火爆， 虚拟听觉（Virtual Audition） 是相对于虚拟现实的概念来说的。实际上现在的虚拟现实叫法还不准确，应该叫虚拟视觉，因为现在的VR/AR设备还都没有考虑声音的问题，包括现在的3D电影。这个问题在看3D电影的时候，感受应该很明显，声音或多或少总会和画面的方位脱节，特别是当坐到了影院两侧过道的时候，似乎声音总是在头顶一方。虚拟听觉就是要解决这个问题，这是个很大的研究和应用领域，包括了虚拟环绕声、虚拟3D声等等，甚至利用小声定向音箱投射产生的虚源声音也属于这个范畴。 从现在的头戴式VR/AR设备来看，虚拟环绕声和虚拟3D声应该是最有应用前景的。虚拟环绕声只能做到一个平面上的声音定位，而虚拟3D声则可以做到立体空间的声音定位，这种虚拟出来的声音会让人类的耳朵明显感觉到声音的方位，尽管只是戴了副耳机而已。 除了上述的虚拟听觉技术，未来跟随爆发的还应该有 机器人听觉技术（Robot Audition） 。机器人自然也是各大巨头看重的未来行业，但是仔细想想机器人的核心是什么？显然，传感系统、机械系统、控制系统、视觉系统、听觉系统、触觉系统等等都是关键要素，可谓涵盖了几乎所有相关学科。机器人自然要应用人工智能，但是最先突破又能够落地应用的人工智能又是什么呢？显然，听觉智能又会走到最前面，毕竟耳听八方，眼观六路嘛，听觉有着先天优势。从最近各大巨头收购相关声学初创企业的动作来看，这点应该是确信无疑的（见附录）。 RA主要研究什么？ 首先就是仿真人类听觉系统，人类真正解剖听觉系统是在文艺复兴时期，著名的医学家维萨里（Andreas Vesalius，1514－1564）在1543年发表了划时代的著作《人体的构造》，被认为是最早的耳科解剖学家。随后很多著名人物都对人类听觉的认知做出了贡献，而在1961年，贝克西因发现了耳蜗内部刺激的物理机制而荣获诺贝尔医学和生理学奖。虽然直到现在还是没有搞清楚听觉的原理，但是这些研究成果足以推动至今我们仍在快速发展的各声学相关学科。显然，机器人或者智能设备必须拥有一副仿真的人类耳朵，这才能解决机器人自动适应环境以及与人类的自然交流问题。通俗来说，就是要让机器人 听得到 ，就这一个要求就必须解决远程拾音、声音定位、语音增强、噪声处理、语音识别、声纹识别等等众多技术问题。 其次机器人听觉还要解决听觉智能的问题，也就是 听得懂 。我们人类的听觉系统是和神经紧密相连的，而且现在也知道大脑中专门有个部分处理声音信号，医学上常称为语言中枢。当然机器人也就需要这种中枢，很多语音识别厂商包括Apple、Google、Nuance、百度、科大讯飞等等也都希望建立这种听觉中枢系统。由于语音识别大都基于DNN算法，所以当下的深度学习技术极为流行，搜索Deep Learning的论文简直就没法翻页了。但是这有个问题，Deep Learning是基于大样本的，需要初始大样本训练，恰好适合云应用。笔者认为机器人采用这种大样本训练倒不合适，训练样本总是特定的，而机器人面临的环境是多变的，这我们需要机器人能像人类一样自主学习，也就说举一反三，因此笔者认为，未来机器人的听觉智能必然是基于小样本训练的，而我们的团队也一直在这方面努力。很多关注声学在线的朋友经常反映我们的小声机器人一点不智能，实在抱歉。其实，这款小声机器人还未真正上线，我们觉得还达不到我们想要的效果，暂时就不出来挑逗大家了，我们怕走向微软小冰一样的歧途。 最后机器人听觉当然要解决自动对话的问题，也就是 说得出 。机器人不同于其他设备，不能听到或者听懂了后一直默不作声，想想若旁边有个人也这样简直会发疯。人机对话自然也是声学相关的领域，人类的发音系统同样也是一个复杂的结构，至今也是没有完全搞懂，总之人体就是太复杂了。目前，这方面主要是语音合成技术，虽然最近几年进步很大，但是离我们的要求还差之甚远，机器人的对话自然也需要注入语调和情感，现在看来难度有点大。 虚拟现实和机器人领域涉及的声学技术太过庞杂，这篇文章不再赘述。简单概括来说，虚拟现实不仅需要虚拟视觉，也需要虚拟听觉，至少也 要 让虚拟现实中的场景和声音适配起来，否则由于眼睛和耳朵的失调更容易引起观看虚拟现实的疲劳感 。机器人和人工智能则更需要声学技术来实现最可能落地的人机交互，我们知道，识别声学特征明显的物理环境和采用语言传递信息是我们人类最有效的保护手段和交互手段，而真正的机器人也必须能够完全从环境中提取丰富的声音信息，以及像人类一样使用语言进行自然信息通讯。 声学在线：知识，趣味，圈子 网站： soundonline.org 微信： 搜索“声学在线”

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[转载]2015年最值得关注的15家生物医药科技创业公司

xishuaili 2015-10-26 18:57

虎嗅注： 继移动互联、O2O和虚拟现实技术之后，生物医药技术成为投资人下一波关注的重点。FierceBiotech网站已于日前评出了全球最值得关注的15家生物医药科技公司，一起来看看你知道几家，它们的共同特点在于：大部分都是成立于2010年以后的新兴公司，同时都拿到了金额不等的风投。 原文来自专业生物医药新媒体网站 生物探索 （微信公号ID：biodiscover），作者Gary Gan，虎嗅进行了少量编校。 与往年一样，FierceBiotech网站在中国的国庆节前夕连续13年公布了“FierceBiotech's 2015 Fierce 15”名单。 FierceBiotech主编John Carroll （约翰·卡罗尔） 先生认为，虽然我们还无法预测2016年生物界会有什么新变化，但是回首近3年生物科技创新创业的热潮，我们可以肯定生命科学迎来了最好的时代。 风险投资催生了生物科技公司IPO的热潮，大企业与小公司的并购交易不断，让这个领域越来越有钱。 继 Juno、SparkTherapeutics、Editas Medicine等生物技术公司的产品被FierceBiotech编辑挖掘出来后，在资本市场获得了风险投资者极大的亲睐。随着数以亿万计的资金和辉煌的科技新成果不断涌现，今年又有哪些公司上榜“15家最热门的生物技术公司”呢？ 在我们公布榜单前，先吊一下读者的胃口，无论你是风险投资者、大型药企CEO、中小企业的创业者，你都有必要看一下今年上榜的最热门生物技术公司在做什么？怎么做？以下是让你看的理由。 什么样的风险投资者才是一个好的风险投资者？显而易见是别人看不懂的故事，你是那个能提前10年甚至是20年预测未来发展趋势的先知。 近10年来，全球生物制药公司不约而同地向美国波士顿/剑桥地区聚集 ，和此趋势相对应的是，波士顿/剑桥地区近年被多个媒体或网站评为生物制药/生命科学领域的冠军产业群 （PS：此语句引用科学网王守业博客“生物制药公司缘何扎堆美国波士顿/剑桥地区？”） 。受基因泰克和安进公司“从小公司到大企业”成功故事的影响，许多创业者、投资者经常聚集于波士顿/剑桥地区，组建潜力团队，试图成为生物技术领域最耀眼的明星。那究竟谁将成为下一个基因泰克or安进呢？Fierce 15带你提前看懂生命科学故事的趋势。 药厂CEO，Fierce 15告诉你核心科研人员离职动机 近年来，“人才”成为了生物制药产业的核心竞争力，尽管对“人才”的保护呼吁力度不断加大 （甚至一些企业签订人才联盟协议防止人才流失） ，但是创新创业的灵魂仍然阻挡不了研发大佬们“颠覆”产业的步伐。 首先，当老东家的研发理念、价值观、福待遇等与RD大佬们期望大相径庭时，后者们纷纷选择创立新公司，利用自己过去的经验、人脉、技术运行自己的生物技术； 其次，那些商务开拓、资本运作的高手们纷纷选择从药厂跳槽到直接面对客户的医疗诊所是人才流失的另一原因。 第三，热门研究领域 （肿瘤免疫疗法、基因编辑、神经退化……） 在媒体的追捧下，资本的燃烧下，即使是曾经的失败药物（loser）在基因组学技术的普及下可能会有新的适应症，甚至有望成为重磅弹药。 因此，即使是一个从未研究出上市药物的团队，也可能在新一轮的生命科技浪潮中成为佼佼者。离职创业，老树开新花，谁不心动呢？ 创业者，Fierce 15让你了解美国最牛的生技人在做什么？ 当创新创业的热风从大英帝国吹到了环太平洋地区；当硅谷的风险资本吹到了万里之外的中国长三角，当投资者们不再介怀创业者曾经的失败，而是把失败当做一面镜子、一种机会时，“生命科学”最好的时代真的来临了。 2014年上榜Fierce 15的公司中，有8家已经递交或者完成了IPO，至少有2家因为领域交叉而进行了市场合作，这在以前是少见的。为了增加技术/药物成功的可能性，新型的创业公司将不再是孤立的，他们愿意携手并肩。 作为创业者，你必须清醒的知道一个准则： 牛市中资本满天飞任性烧钱无所谓；熊市中资本缩水，你天天砸钱亏本测DNA获取健康数据将面临随时倒闭的风险。 因 此作为创业者，你需要不断的创新 （制度、政策、价格） ，真正的创新将会补偿经济的寒冬。土豪Martin Shkreli买断了一个药将价格涨了50多倍的事情显现出了投资者对制药行业的贪婪，越是被吹捧上天的技术（人物），背后的风险越大。因此，作为创业 者，你还需要理性。 以下是“FierceBiotech's 2015 Fierce 15”名单上的生物科技公司。 Alector：专注神经退化药物研究 成立于2013年的Alector公司具有生物技术界的三大灵魂人物——作为CEO的Genentech （基因泰克/基因技术公司） 的老将Arnon Rosenthal，作为科学带头人的哥伦比亚大学神经退化研究学者Asa Abeliovich及作为董事长的Adimab创始人Tillman Gerngross。 该司是一家主要致力于神经退化领域的药物研究公司，研发阿尔茨海默病药物是一项艰巨的任务，最近的许多研究将阿尔茨海默病 （虎嗅注：俗称“老年/早老性痴呆”） 致病机理集中于积聚在大脑的病毒蛋白质，但位于旧金山Alector正在采取一种完全不同的方法。Arnon Rosenthal认为阿尔茨海默氏症与免疫系统相关，他希望建立提高人体的自然防御系统，以抵挡神经退行性疾病。 近日，该公司获得来源于MRL， Google Topspin及Mission Bay Captial等风投的C轮融资3200万美元，以支持神经退化性疾病的早期研究工作，以研发针对脑破坏型疾病、神经退化性疾病的新方法。 Rosenthal表示：接下来几年里，Alector的研究团队针对已确认的12种神经退化性疾病开发主导治疗方法，若该司生产的抗体能通过临床试验， 或将找到全球神经退行性疾病的有效疗法。 Arvinas：专注水解蛋白技术研究 蛋白质降解是一个容易理解的科学，成立于2013年的Arvinas公司由于其PROTAC技术而迅速为业内所熟知，公司的这项技术来源于耶鲁大学Craig Crews （克雷格·克鲁斯） 教授的实验室。 该司独有的蛋白水解靶向嵌合体技术 （PROTAC） 可以通过激活细胞内部的蛋白降解途径定向降解某些不“受欢迎”的蛋白质，从而将一个个细胞转变为药物单位。这一思路将有望在未来的蛋白质药物研发中大显身手。 今年4月份，默沙东公司以包括预付款、研究经费以及相应的里程碑资金在内的共计4.34亿美元的付款购买了Arvinas公司PROTAC技术，或将成为未来默沙东公司药物开发系统中的一个重要卖点。 Cell Medica：专注肿瘤免疫疗法 CAR-T技术的出现，使得经过基因修饰的T细胞显示出明确的靶向性、对特定肿瘤细胞强大的杀伤活性和持久性的抗肿瘤作用，不仅为过继性细胞免疫治疗注入了新的活 力，也标志着肿瘤免疫治疗真正进入了能够与手术，化疗和放疗这些传统肿瘤疗法并列齐驱，并可能在一些晚期、复发、转移和难治性肿瘤患者中完成手术，开启化 疗和放疗不能完成的根治性治疗效果的新时代。除了CAR-T为主体的免疫治疗之外，也包括TCR-T，NK，CAR-NK，TIL，γ/δ T细胞和基因修饰的间充质干细胞（MSC）等。 Cell Medica是一家英国的公司，总部位于伦敦，主要领域是肿瘤免疫疗法和传染病，该公司拥有的病毒-特异性T 细胞 (异体)) 针对Epstein-Barr （EB）病毒抗原，可用于治疗进展型NK/T细胞淋巴瘤。美国资深投资人Neil Woodford已经总计投资7800万美元，用于该公司开发T细胞肿瘤疗法。 CRISPR Therapeutics：专注基因编辑技术 CRISPR Therapeutics是德国亥姆霍兹传染研究中心的科学家、与Jennifer Doudna共同分享300万美金的生命科学奖的Emmanuelle Charpentier与人合伙创办的公司，目前关于CRISPR系统技术的专利还在与另外2家公司争议中。现任CEO罗杰•诺瓦克(Rodger Novak)曾是一名制药行政主管，他说：“知识产权在这个领域是相当复杂的，每个人都知道这其中充满了矛盾。” 该公司在 2014年成立于瑞士第四大城市——巴塞尔，通过融资2500万美元资金以开发基于Cas9技术的基因剪切技术CRISPR-Cas9，该技术可以被用于治疗基因类疾病。今年，CRISPR Therapeutics在美国的CRISPR Therapeutics设立了坟墓，是目前美国第二家主攻“CRISPR”基因编辑的生物技术公司。诺贝尔奖获得者Craig Mello等专家都为这家公司提供技术协助。 Denali Therapeutics：专注神经组织退化研究 今年5月份，生物制药公司基因泰克的三名前高管在2.17亿美元的风险投资帮助下，成立了一家新公司——Denali Therapeutics，专注于治疗神经组织退化疾病，如阿尔茨海默氏症、肌肉萎缩性侧面硬化病（ALS）和帕金森病。 Denali Therapeutics总部设在旧金山，公司联合创始人之一、董事长Marc Tessier-Lavigne是知名神经学家，纽约洛克菲勒大学 （Rockefeller University） 校长；另一位联合创始人、负责公司日常运营的CEO Ryan Watts是基因泰克公司神经科学总监；第三位联合创始人Alex Schuth为基因泰克公司技术创新和诊断业务主管。 Intellia Therapeutics：专注基因编辑技术实践 Intellia Therapeutics是2014年成立的生物技术公司，主要致力于CRISPR/Cas9技术在治疗领域的发展，独家享有一项在CRISPR/Cas9技术治疗领域极为重要的知识产权，并获得了Atlas Venture和诺华的首轮融资。 该公司的CEO和联合创始人Nessan Bermingham博士表示，Intellia与诺华的合作将会极大地推动将CRISPR/Cas9转化为实际治疗手段的应用，CAR-T和造血干细胞 治疗是CRISPR/Cas9技术极具代表性的应用领域和契机，而诺华毫无疑问是这两项治疗领域的领跑者，与诺华合作可以加速发展产品的研发。 MyoKardia：专注基因组疗法药物治疗心脏病 2012年9月，旧金山一家生物技术公司MyoKardia利用新的基因组方法研发治疗心肌病的药物，寻找因为基因突变而患有此类疾病的患者，不仅计划筛选出针对某类患者的有效药物，同时还计划开启相关药物的伴随诊断测试。 波士顿的风险基金Third Rock Ventures对这家公司投资了3800万美元后，该司专注在治疗肥厚性心脏病和扩张性药物的研发工作，着眼于开发治疗心肌肌节蛋白突变引发疾病的个性化小分子药物疗法，美国有数百万人受这两种疾病的折磨。 2014年9月，法国生物医药巨头赛诺菲公司投资2亿美金里程碑付款给MyKardi，进行治疗心肌疾病相关新药的早期研发工作，包括了两个关于肥厚性心脏病药物研发项目和一个扩张性心脏病药物研发项目，双方计划到2018年完成这一协议研发。 NGM Bio：常见慢性病病药物开发 NGM生物制药公司（NGM Biopharmaceuticals, Inc.）成立于2008年，位于旧金山南部，是一家由私人控股的药物探索开发公司，致力于鉴定和开发革新性生物制剂，用于糖尿病、肥胖症、肌肉萎缩及其他心脏疾病的治疗。 该公司新一代疗法 （next generation of therapeutics） 的探索工作或将从根本上改变现有代谢疾病的治疗模式。NGM已鉴定出一系列新靶标，这些靶标在II型糖尿病、肥胖症及肌肉萎缩的各种体内模型中具有深远的代谢作用。 Padlock Therapeutics：专注自身免疫药物开发 Padlock Therapeutics成立于2014年1月，是一家专门开发自身免疫疾病药物的公司，正在开发靶向蛋白精氨酸脱亚氨酶 （介导蛋白瓜氨酸化的一类酶，PADs） 的新颖疗法。蛋白瓜氨酸化可导致强劲自身抗原的产生，参与导致类风湿性关节炎的最早期事件，并驱动活动性自身免疫性疾病的炎症和免疫复合物的形成。该司或将开发出PAD治疗自身免疫疾病的疗法。 Revolution Medicines：抗真菌药物开发 三石风险投资公司 （Third Rock Ventures） 作为生物技术风险投资公司，在2015年建立了一家新公司Revolution Medicines，并投入了4500万美元进行该项研究。该司正在寻求进一步的工艺和优化技术，同时采用了第一个版本的抗真菌药物新工艺。 该司CEO Mark Goldsmith表示，抗真菌治疗研究为那些在自然界中发现的复杂分子提供了非凡的合成工艺，这使我们能够对原子进行修饰，重新设计这些分子，用于治疗严重疾病。 SQZ Biotech：分子疗法与纳米疗法 通过轻轻地挤压细胞，就可以让一些大分子或纳米材料进入细胞，进而改变细胞的运作。倘若人类能让体内的细胞按照我们的要求去运作，比如让它们适时地合成胰岛素，或去攻击肿瘤，那么许多健康问题将会迎刃而解。 2013 年，化学工程师Armon Sharei和两位导师——微流控领域的奠基人之一Klavs F. Jensen、生物领域的先锋人物Robert S. Langer开发出了一种以硅和玻璃为材质的微芯片，可预先蚀刻了供细胞流动的通道，随着细胞流动的方向，通道逐渐收窄，直到细胞无法继续向前行进。此 时，被卡住的细胞因受挤压而产生形变，细胞膜上便会出现小孔。这些小孔的直径，足够许多可改变细胞运作的介质通过，如蛋白质、核酸、碳纳米管等。 经过一些法律咨询及导师们的帮助下，Armon Sharei和朋友Agustin Lopez Marquez 创办了SQZ Biotech 公司，该司在获得了累计高达55万美元的奖金，并从投资者那里筹集了100万美元，随后的经营产生了可观的收入，开启一条通向新型药物投放治疗的道路。 Surface Oncology：下一代肿瘤免疫疗法 免疫肿瘤学 （Immuno-oncology，I/O） 正在改变着我们传统的癌症治疗方式。在免疫肿瘤治疗中，检查点抑制剂已经赢得了越来越多的关注。然而，仅仅启动T细胞攻击癌症还不够，这就是越来越多的公司及诊所将多种疗法联合使用攻击癌症的原因。 Surface Oncology在2015年才成立，首轮融资了3500万美元，并招募了阿斯利康的肿瘤战略部总监Detlev Biniszkiewicz作为CEO，目前该司表示有一个非常清晰坚定、多管齐下的战略来开发下一代肿瘤免疫疗法：致力于改善抗原呈递和表达、阻断抑制细胞填充肿瘤微环境、阻止细胞因子和代谢产物等来减弱免疫系统的攻击。 Syros Pharmaceuticals：基因修复药物研发 生命科学公司锡罗斯制药 （Syros Pharmaceuticals Inc） 成立于2013年，首轮融资了3000万美金，2014年底该司完成5300万美元B轮融资，该司的投资者包括我国知名的CRO公司——药明康德。该司CEO Nancy Simonian博士原来是日本武田制药株式会社旗下的肿瘤公司千年制药 （Millennium） 首席医疗官，目前最有前景的产品是一种叫做CDK7的激酶，可以主导DNA修复。 Simonian博士表示，若一切如计划所愿，该司将在明年推出CDK7激酶的人类临床试验；该司另一款治疗癌症的靶向药物拟在2013年进行IND（药品临床试验申报）。除此之外，该司还准备拓展RD研发管线，包括免疫学、细胞炎症的超级 增强剂、针对遗传导致的中枢神经系统和肾脏系统的疾病。 Unum Therapeutics：肿瘤疗法 Unum Therapeutic成立于2013年，该司名为抗体偶联T细胞受体疗法（ACTR）的优势是通过对不同抗体的选择，能够对多种肿瘤起到治疗作用；不同 于诺华公司和Juno公司等CAR-T疗法先驱，另一个优势在于，研究中采用的抗体都已经经过充分研究，这或将大大加快CAR-T疗法的研究进度，帮助其 在未来市场上占据更大的优势。 2014年10月，著名投资公司 Fidelity Biosciences、Atlas Venture等牵头赛诺菲旗下投资公司健赞生物基金共同投资1200万美元支持Unum开发CAR-T相关疗法。 2014年年底，Unum就宣布开始招募一期临床病人，通用T-细胞免疫疗法药物ATTCK20将和Rituxan联用用于慢性白血病（CLL）的治疗。 2015年6月，该公司融资6500万美元开发下一代CAR-T治疗技术。 Yumanity Therapeutics：神经退行药物研发 Yumanity 是由Onyx Pharmaceuticals （该司在2013年以104亿美元卖给了制药巨头安进） 的前CEO Tony Coles和麻省理工学院附属怀特黑德生物医学研究所前负责人Susan Lindquist成立于2014年，位于马萨诸塞州的剑桥市，是围绕Susan Lindquist所开发的多项技术而创立的，该司没有获得任何基金的支持就敢独自开发神经退行性疾病新药，一方面是因为这个市场太大，诱惑力太强，另一方面还是因为Yumanity有其独特的研发技术平台。 神经退行性疾病目前普遍被认为由大脑的一些蛋白质折叠畸形引起，蛋白折叠的出错不仅使蛋白本身失去功能，更严重的是导致毁灭性的链反应，促使脑细胞障碍并死亡。 Lindquist实验室把这些折叠畸形的蛋白进而置入酵母细胞，从而引起酵母细胞的死亡。而降低酵母细胞死亡率的化合物则可能成为抑制蛋白折叠畸形的先导化合物，这样就形 成了一个发现这类药物的phenotype screening筛选体系，找到的先导化合物再置入来自多能干细胞的神经元，体外评价这些化合物对这些来自神经变性疾病患者神经元的活性。 如果这些化合物在人神经元中表现活性，再放回酵母系统寻找真正起作用的分子靶点，这样反复评价、筛选就形成一个筛选神经退行性疾病药物的技术平台。 到目前为止，Lindquist实验室已经采用这个技术筛选了超过50万个化合物，已经发现了至少一个治疗帕金森氏病的分子靶点和先导化合物。 Lindquist 曾以phenotype screening筛选体系为基础成立了一个叫FoldRx的生物技术公司并在2010年卖给了辉瑞。辉瑞采用FoldRx技术曾成功开发了 Tafamidis，在2011年11月获得欧盟EMA，2013年9月获得日本药监部门批准上市 （商品名：Vyndaqel） ，治疗一种罕见但致命的神经退行性疾病——家族性淀粉样多发性神经病变 （FAP） 。 文章引自：http://www.huxiu.com/article/128351/1.html?f=index_feed_article

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[转载]虚拟现实游戏开发商 Playful 获 2500 万美元融资

alaclp 2015-10-25 12:21

达达 • 3 小时前 Playful 是 3D 虚拟现实平台游戏 Lucky's Tale 的开发商，公司今天刚获得一轮 2500 万美元的融资，本轮融资主要来自一些私人投资者。Playful 计划利用这轮融资扩充研发团队，加速 VR 游戏的研发速度。 2016年 第一季度，Oculus Rift 消费者版本将会上市，Lucky's Tale 会与这款设备一同发售。非常有趣的一点是，玩家在这款游戏中并不是以第一人称视角进行操作的，玩家可以俯瞰游戏主角 Lucky 所在的虚拟世界全景。 未来 12 个月内，HTC Vive、Oculus Rift 和 PlayStation VR 都将开始发售，而作为 VR 游戏的先行者，Playful 将有机会参与 VR 游戏质量标准的制定。 “互动娱乐是 21 世纪的艺术形式，得益于技术的突破，玩家们可以身临其境般进入我们的故事，并伸出怀抱拥抱我们的角色，非常地魔幻。这也是我们进行此轮融资的原因所在，因为 VR 行业最重要的发展机遇已经来了。” Playful 创始人兼 CEO Paul Bettner 在一则声明中这样说道。 行业分析人士表示，到 2020年，虚拟现实和增强现实行业的市场产值规模将达到 1500 亿美元。Playful 将面临前所未有的发展机遇。 本文参考信息来源： Venturebeat 原创文章，作者：达达 “看完这篇还不够？如果你也在创业，并且希望自己的项目被报道，请 戳这里 告诉我们！” 来源：http://36kr.com/p/5038888.html

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从“丘”、墟”到“虚”的转化考释与思考

VGEGONG 2015-7-29 15:43

龚建华，2015. 从“丘”、“墟”到“虚”的转化考 释与思考, http://www.vgelab.org. 【 从“丘”、墟”到“虚”的转化考释与思考2015V1.2.pdf 】 从“丘”、“墟”到“虚”的转化考 释与思考 龚建华，2015/7/25 在虚拟现实与虚拟地理环境概念中，“虚”是一个关键的词。在2001年出版的《虚拟地理环境-在线虚拟现实的地理学透视》专著中，作者对于“虚”的字源及意义进行了如下阐述： 　 据李实（1999）对虚字的甲骨文的考释： 　 虚是土、丘的意思。进一步，虚，是“墟”的古字，可跟“墟”相通，而墟可指故城、废址，即表示曾经繁华、热闹，而如今废弃、残败、荒凉之地(辞源 1987)。这样，从古文字学看，虚包含有如下涵义：表示曾经有过、存在过，而如今不在场的事物或现象。如在时间上从“过去”扩展到“未来”，那么，虚还可表达：现还未到场、将来要出场的事物或现象。完整地考虑“过去”、“现在”和“将来”，虚可表示过去、现在和未来的不在场（未出场）的世界。这里，现在的不在场世界，是指人无法直觉感知的、但与当前可感知事物或现象相紧密关联的世界。 近来，在北京王府井的三联书店偶然阅读到著名华裔美国美术史家巫鸿教授 2007 年关于“废墟的内化：传统中国文化中对‘往昔’的视觉感受与审美”一文，感到特别亲切与受启发。原先，作者对于“虚”的观点，是从甲骨文以及古字“虚”与“墟”相通分析而来的，从当时能获得的文献来看，一直没有发现有相关资料能证明或佐证我们观点的合理性和可靠性。从艺术史角度，巫鸿教授关于“墟”涵义认识，则表明了我们专著中关于“虚”的含义分析基本是合理可靠的，是可以接受的，并同时大大深化了我们对于“丘”、“墟”和“虚”的关系理解。 巫鸿（ 2007 ）对于“丘”与“墟”进行了仔细的解读，认为中文里表达“废墟”最早的词汇是“丘”。“丘”，本义是自然形成或人为造成的土墩，但也有第二语义指乡村、城镇或国都的遗址。中国最早的百科词典《广雅》说，“丘，空也”；同时，在商代卜卦铭文里， 丘被写成 或 ，即含有两个土墩或小山等立体形状的象形文字。张立东认为这个象形文字源自废城留下的残垣断壁的形象。所以，“丘”，作为一种独特的废墟概念与形象，可以包含二种含义：建筑物遗迹和空虚的状态（巫鸿， 2007 ）。 巫鸿（ 2007 ）认为“墟”字，则在东周时期，逐渐成为表示“废墟”的第二个主要词汇。虽然“丘”和“墟”经常交互使用，但“丘”，首先是指一种具体的地形特征，而“墟”的基本含义是“空”。从“丘”到“墟”的变化转向过程，巫鸿认为是对“废墟”的内化过程，“通过这个过程，对废墟的表现日益从外在的和表面的迹象中解放出来，而愈发依赖于观者对特定地点的主观反应”。“墟”，是摧毁了的木质结构留下的“虚空”，可以更多地想象为一种空旷的空间，可以作为一种“空”场，在那里，前朝的古都建筑曾经耸立。所以，“墟”，不由外部特征的识别，而被赋予了一种主观的实在，而激发情思的是观者对这个空间的领悟（巫鸿， 2007 ）。 而关于“虚”字，依据“虚”的甲骨文考释，“虚”是丘，又与“墟”字相通，所以，从“丘”，到“墟”，再到“虚”，则也可以认为是从具体到抽象的进一步变化转向。“虚”，则更多地远离了“废墟”的情景，转向了更广义的“空”和更主观的“想象”实在，更具有主观性和能动性。但应该指出，中文“虚”字，含有的对于往昔已逝事物的追忆，“废墟”留下的遗迹、痕迹，则隐约地留在了“虚”的深层涵义世界。 所以，在《虚拟地理环境 - 在线虚拟现实的地理学透视 》专著中，我们认为中文“虚 ” 字，是面向过去的，是回忆式的，是静的，是“空”的；而西方的“ Virtual ”一字（具体解释见《虚拟地理环境》专著），则是面向未来的，是动的，具有面向显现的生机与潜在活力。“虚”与“ Virtual ”体现了东西方文化的某种细微差异性特征。 作为生活在同一个地球上的人类，“过去”与“未来”一样重要，东西方文化的“虚”与“ Virtual ”必然也必须相遇、相接、相融；作为一个整体，“虚 /Virtual ”共同完整地昭示人类虚拟文化的多元基因基质，以及“虚”与“ Virtual ”交融后人类未来虚拟世界发展的源动力特征。 参考文献： 龚建华，林珲， 2001. 虚拟地理环境 - 在线虚拟现实的地理学透视，高等教育出版社. 巫鸿，2007. 废墟的内化：传统中国文化中对‘往昔’的视觉感受与审美 . 巫鸿著，梅玫，肖铁，施杰等译，时空中的美术，巫鸿中国美术史文编二集，生活 . 读书 . 新知三联书店， pp31-82,2013.

个人分类: Pulications|4233 次阅读|0 个评论

六自由度科技——Ascension 3D Guidance trakSTAR位置跟踪器

cangdongbo 2014-2-10 14:02

trakSTAR是最新加入的阿森松三维指导系列超快速追踪小磁传感器。用户可以选择更新率高 达420次，第二次为每个四个小型传感器。 unobtrusiveness和易用性，传感器范围的大小从8毫米至1.5毫米的直径。此外阿森松的中程 发射机， trakSTAR支持一种新的轻量级（ 230克）直流磁场发生器，便于安装在人体以及物 体。 特点： ● 快速，动态追踪- 240到420更新每秒。 ● 小型被动传感器-产出不受“电力线”噪音源。 ● 所有的态度追踪-没有惯性漂移或光学干涉。 ● 高级金属豁免-无失真非磁性金属。 组成部分： ● 电子单元 ● 直流磁场发射机 ● 8毫米， 2.0毫米和1.5毫米传感器（外径） ● 功放 新功能： ● 紧凑型变送器：轻足以装在身体或头部 ● 时尚桌面电子股与内部功率模块（无外接电源） ● 混合并匹配微型传感器 特性: 快速，动态追踪 -每秒240到420次的更新频率 小型无源传感器 – 输出不受“电源线”噪声源干扰 全姿态追踪 – 不会受惯性漂移或光学干扰 强抗金属性 – 非磁性金属不会造成失真 小型发射器：轻到足可以安装于身体或头上 新式外形的桌面电子元件：内置电源模块 (无需提供外接电源) 混合搭配的小型传感器 默认配置： 一个3D Guidance trakSTAR电子单元 一个中程或近程（空心）的发射器 (1-4)传感器(800型,180型,或130型) 一条USB光缆 一条RS-232光缆 CD光盘中含有安装操作指导和接口软件模块(包括winBird) 快速安装指导(包含纸质副本) :::产品规格::: 规格 Ascension 3D Guidance trakSTAR model 800 感应器配置 800型（8.0 mm）, 180型（2.0 mm）, 130型（1.5 mm） 自由度 6 采样率 最高420Hz（默认240Hz） 平移范围 800型 长距离发射 2.1m 800型 中距发射器 78 cm，短距发射器 46 cm 180型 中距发射器 58 cm，短距发射器 未知 130型 中距发射器 46 cm，短距发射器 未知 角度范围 回转与翻滚角±180度;俯仰角±90度 静态精度 位置精度1.4mm (0.0055英寸) RMS，方位角为0.5° 静态分辨率 30.5cm（12英寸）处：位置分辨率0.5 mm (0.002英寸)，方位分辨率为0.1 ° 输出 X,Y,Z 位置坐标和方位角, 旋转矩阵或四元数 接口 USB 1.1/2.0 或 RS-232 数据格式 二进制 通信 Windows API 和 驱动 物理尺寸 电子元件 18.5cm (7.3英寸)x29.2cm (11.5英寸)x6.4cm (2.5英寸) 发射器 ?中距发射器 9.6cm (3.8英寸)见方，3.3米（10.8英尺）缆线 ?短距发射器 6.27cm (2.5英寸)见方，3.3米（10.8英尺）缆线 传感器 ?800型 8mm (0.31英寸)x20mm (0.78英寸)，3.3米（10.8英尺）缆线 ?180型 2mm (0.07英寸)x9.7mm (0.38英寸)，3.3米（10.8英尺）缆线 ?130型 1.5mm (0.05英寸)x7.7mm (0.30英寸)，3.3米（10.8英尺）缆线 电源 100-240V~50/60Hz 操作温度 5 oC-40 oC；90%无凝固湿度环境 环境要求 周围金属物体和电磁场可能降低性能 精度： 1.4mm (0.0055英寸) RMS，方位角为0.5° 分辨率：30.5cm（12英寸）处：位置分辨率0.5 mm (0.002英寸)，方位分辨率为0.1° 范围：回转与翻滚角±180度;俯仰角±90度 更新频率：每秒240到420次每秒 用途:适用于医疗但不局限于医疗领域

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六自由度科技——5DT HMD800-40虚拟现实数字头盔

cangdongbo 2014-2-10 14:01

5DT HMD 800 5DT头盔显示器（HMD）为用户提供了价位适中的高质量、高分辨率的（SVGA ） 清晰图像和出 众的音质，并将其包围在一个平滑、舒适和极为轻便的头盔内。该头盔显示器的用户可根据需 要调整沉浸感。另外还有可调的顶部/背部旋钮 、穿戴式的头位置追踪器及可掀起的观察现实 场景的装置。 选项 5DT头戴式显示规格 5DT HMD 800-40 分辨率 800X600像素 视域 40度 显示技术 OLED 立体版本 3D 立体模式 连续切换立体画面 重量 约600克 耳机 sennheiser HD25（16-22赫兹） 特征 适中的价位 可调的顶部/背部旋钮 单目/立体模式 集线器 穿戴式的头位置追踪器 清晰的SVGA图象 极佳的舒适度 用户可调的沉浸感 轻便 可掀起的观察现实场景的装置 高质量耳机 用途:虚拟现实vr、成像、军事训练以及远程参与等诸多领域。 北京六自由度科技有限公司长期供应最高质量的三维运动追踪系统： 实时的运动追踪定位系统——美国Polhemus 公司的 FASTRAK，LIBERTY，PATRIOT 实时的手持式三维激光扫描系统——美国Polhemus 公司的FASTSCAN 实时的眼睛/头部追踪系统——美国Polhemus公司的VISTIONTRAK 实时的实时的运动追踪定位系统——美国Ascension公司的运动追踪产品 实时的操作系统——美国Concurrent公司的实时操作系统 实时的动作捕捉系统——南非5DT的数据手套和数据头盔 我们公司在三维追踪系统、数字化技术、眼睛追踪技术、手持三维扫描技术保持领先。这些产 品用于医疗、大学研究、军事仿真和训练以及计算机辅助设计。我们一直承诺交付给客户最好 的解决方案 ，欢迎咨询洽谈。

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Polhemus Fastscan Scorpion三维立体扫描仪手持激光扫描仪

cangdongbo 2014-1-20 12:21

使用FastSCAN对整个物体的表面进行平稳扫描，即可迅速得到该物体的三维尺寸——其扫描过程有如喷漆一般。物体图像可迅速出现在你的计算机屏幕上，扫描结果将结合任一种重叠扫描方式进行处理，从而显著降低了开发物体局部或非金属物体模型表面的次数。内部集成了FASTRAK技术，FastSCAN结合了方便的手持功能，可实时进行三维模型的“自动缝合”。扫描的数据可以很容易地被输出到业内标准的图形应用程序：动画/CAD设计/虚拟现实。选用数字化探笔可以准确地记录隐蔽处的位置和方向。 FastSCAN还包括了一个文件包大小的手提箱。 Scorpion由于采用双激光头，扫描速度是Cobra的两倍，适合于扫描复杂的物体。 功能： 当你需要一个快速又简便的方法产生三维图像时，FastScan手持激光扫描仪可以帮你实现梦想！ 1.便携：作为一个工业标准的易携带、重量轻的手持扫描仪，FastScan可以带你到从没有扫描仪去过的地方：考古挖掘地、作物栽培基地，甚至进入对光敏感的医疗监测室。从打开箱子开始，5分钟之内就可以做好准备工作。 2.快速：可以将被扫描的物品线条迅速编结在一起，得到一个精确的模型复制品。即刻产生三维图像：像是在变魔术一样，物体被扫描过的部分实时显现在你的计算机屏幕上，并将扫描过的部分进行交替处理。 3.多种图形输出格式：被扫描物体的三维图形数据可以被保存成12种以上的工业标准格式，可以用来做三维建模，图形设计，以及CAD项目。 4.运动物体的扫描：扫描仪中的魔力来自Polhemus公司的专利产品 FASTRAK 动作追踪技术。磁性追踪器用来确定扫描仪的位置和方向，使计算机能够完整地复制出物体的三维表面。这仅需给物体附上第二个追踪接收器。 5.公制或英制测量单位：允许以毫米或英寸来表示测量的单位。 应用领域： 动画制作、考古、建筑、广播和电影、计算机游戏、教学、工业设计、医疗、多媒体和网页制作、快速范例和逆向工程。 FastSCAN很轻，便于携带，可以到实物现场工作。因为采用手持方式，对于生理方面的扫描工作就免除了机械上的束缚。 这种扫描仪使用起来就像在喷漆：通过手握扫描仪的把柄，对着目标平滑移动，即时采集三维物体的表面数据。目标的图像同时显现在您的计算机屏幕上，扫描完的数据可以自动消除重叠的部分，极大地节省了三维非金属目标的建模时间。这些数据可以保存成标准的图形格式，应用在其它软件程序中。 FastSCAN Cobra 可以扫描非金属、不透明的物体。扫描仪通过投射一束激光到物体上，来记录物体表面的轮廓截面数据。嵌入的FASTRAK,被用于探测手柄的位置和方位，使得计算机能够重建全部的物体的三维表面。至于移动的扫描对象，可以在上面附加一个空间传感器。 扫描人物 手持激光扫描仪可用于数字化人物外形来制作动画、多媒体、特定的时装设计、生物医学研究等等。以下的例子表明扫描仪能够： 快速扫描保持静止状态的人 1.使用第二个空间传感器，把它固定在头巾上来追踪人物的运动。 2.可以旋转扫描得到清晰的图像。 扫描物体 手持激光扫描仪可用于动画制作、快速生成虚拟原型、三维测量、文物等模型化存档等。以下的例子表明扫描仪能够： 1.迅速数字化物体的完整三维表面 2.以标准的图形格式保存这些数据，应用在其它软件程序中。 技术指标 与计算机的接口：USB 自带软件 灵便、直观的图形界面 三维图形显示模式：点云，网格，可选是否叠加法线的平滑表面 三维控制：旋转，缩放，移动，中心点会聚 在屏幕上直接测量两点间距 可选分辨率，细小表面碎块的合并，外露层的切除 选定并删除某些表面；选定并删除某次扫描；设定背景和图像的颜色以及亮度。 可以输出的格式包括：3D Studio Max? (.3ds), ASCII (.txt), AutoCAD (.dxf), IGES (.igs), Lightwave (.obj), Matlab (.mat), STL (.stl), 虚拟现实建模语言 (.wrl), Wavefront (.obj), Open Inventor (.iv), 和Visualization Toolkit (.vtk) 分辨率 在距离被扫描物体20厘米范围内，可分辨到0.5mm；最佳可分辨0.1毫米。 扫描速度是每秒50线，线和线之间的间隔取决于激光头的移动速度，在每秒50毫米的移动速度下，分辨率是1毫米。 工作范围：发射天线和扫描仪之间可达75厘米距离；也可选用更大功率的发射天线（TX4），工作范围可达105厘米。 精度： 0.178毫米 环境要求：大的金属物体和强电磁环境会影响扫描的效果，透明/半透明的，黑色的，强反射的物体表面都会影响扫描效果，这些表面需要做人工的处理（如涂上白漆）。 标准系统构成： - 定制的电子处理器，11.0 英寸 x 11.4英寸x 3.6英寸 - 扫描杖长度为230mm - 激光器670nm, 1mW, Class II - 系统选项，如 可选的RBF软件：是用来修补没扫描地方出现的孔、洞（插值计算处理）；可自动进行洞穴填补，表面平滑外推，网格简化，以及输出封闭网格 - 自动填补洞穴 - 平滑的表面推算 - 保留扫描细节的网格简化 - 输出封闭的水密网格 - 通过更多统一的三角形使网格特色化 - 扫描低通过滤（平滑）处理 可选的Delta软件：是做物体表面测量和分析的软件。 例如，可以分别在美容手术前后对人的面部进行扫描，用Delta软件进行两组数据的对比，如鼻梁的高度，曲面形状等。譬如，同一颗植物，对比前后两天的形状数据，比较变化的特点。 可选的数字化探笔：提供的数字参考符号可以准确地指出标记点的位置和方向。扫描工作一旦开始，按动笔式扫描器上的按钮便可在追踪器空间系统中产生指示器的位置和方向。 可选的发射天线和接收器 可选不同功率和大小的位置追踪发射天线 可选不同大小的附着在被扫描的移动物体上的接收传感器 常见问题 我们研究虚拟作物，已经有了FASTRAK, 为什么还要买FASTSCAN? 如果利用FASTRAK去采集数据，在植物已经长高的情况下是比较繁琐。这时需要激光扫描仪，其实FastScan就是在FASTRAK基础上发展的手持三维扫描仪，手的相对植物的运动（远近，高低）不会影响采集数据的准确性。FASTRAK所带的LongRanger和Stylus，都可以和FastScan共享。 野外如何使用？ 如果在野外，因为FastScan需要交流电，就必须配备一个逆变器，可以把从汽车上的点烟器引出的直流电，变成交流电。 精度： 1mm 分辨率：0.178mm 范围：15英尺。 数据传输速度：每秒100线 用途:医疗、大学研究、军事仿真和训练以及计算机辅助设计 动画制作、考古、建筑、广播和电影、计算机游戏、教学、工业设计、医疗、多媒体和网页制作、快速范例和逆向工程

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北京六自由度科技——Polhemus PATRIOT电磁式位置追踪器

cangdongbo 2014-1-14 14:23

PATRIOT运动追踪系统具有圆滑、颇具时代感的外形，是一款非常经济实用的六自由度追踪和三维数字化产品。 PATRIOT带有两个运动追踪传感器，每个运动追踪传感器的采样率是60Hz。PATRIOT提供直观友好的图形界面（见下图），具有高的信噪比、高度可靠性、稳定性。电磁单元的大小仅为6.75英寸长x 6.25英寸宽x 1.75英寸高 PATRIOT能够实时测量/记录位置和方位，可以集中模式工作：连续不断地更新数据，或离散地（一点一点地）采集数据，或逐渐增加地采集数据。利用可选的配件——探笔, 你能够采集目标的物理外形轮廓或内部的孔、洞，获得更加精准的X, Y, Z轴的数据点。 PATRIOT的工作范围是5英尺；分辨率为 0.0015 英寸；0.01 度静态精度；动态精度：X, Y, Z 位置0.1英寸 RMS，方位0.75 度 RMS；两个传感器同时工作的延迟小于10毫秒 。 特点 花费少：以很低的花费提供位置和方位数据。 使用方便：用几分钟安装和使用。 多种输出格式：用户可选择输出笛卡儿坐标位置(英制或公制)；方位角余弦等数据格式。 多传感器操作：在一个测量系统中可以使用两个传感器同时工作，不需要其它的电子元件。 可靠性高：工厂校准，不需要调整装置。 应用 虚拟现实头部追踪 生物力学分析制图学 机器人视觉立体定位 CAD数据库建模 模型外形尺寸存档 组成部分 PATRIOT系统包括一个系统电子单元（SEU），一个电源，一个传感器和一个发射器。可以通过增加一个传感器来提升 系统的性能 系统电子单元 包括产生磁场和感应磁场所需的硬件和软件，计算位置和方向通过RS-232或者USB和上位机进行通讯。 发射器 发生器包括包着塑料外壳的电磁镀锡卷板，它产生磁场。发生器是传感器测量的参考端。 传感器 传感器包括包着塑料外壳的电磁镀锡卷板，它探测由发生器产生的磁场。一个很轻的立方体单元，在传感器移动的时候，它的位置和方位被精确的测量。传感器是完全被动式的。 技术指标 工作范围：该系统在非金属环境下工作性能好，用标准的TX2的发生器时，传感器工作在30英寸范围内（TX4时工作在40英寸范围内），要是超过范围会使性能下降。 延迟时间：17毫秒（不需要软件滤波） 刷新频率：60HZ（固定）/每个传感器 接口：RS-232 串口（高达115.2 K波特率可选）或USB 静态精度：X, Y, Z 轴0.1英寸RMS和方位角0 .75度 RMS 分辨率：0.0015 英寸；0.1o 方位。 测量范围：使用TX2发射器能够达到5英尺；使用TX4发射器会使数据更加稳定。 方位探测范围：任何角度 工作环境：如果大的金属物体在发生器或传感器旁边，会影响系统的性能 工作温度：10oC - 40oC 相对湿度10% - 95%,不凝固 通信：有图形用户界面和软件开发工具包；有用于Windows? 和Linux的USB驱动器 物理特点（尺寸数据）： SEU - 6.75 in. L x 6.25 in. W x 1.75 in. H 电源 - 3.5 in. L x 2.4 in. W x 1.4 in. H 发射器 - 2.3 in. L x 2.2 in. W x 2.2 in. H (standard 2 in. ) or (4 in. ) 接收传感器 - 0.9 in. L x 1.1 in. W x 0.6 in. H 供电电源： 10W, 100-240 VAC, 47-63 Hz 精度：0.01 度-0.1英寸RMS 分辨率：0.0015 英寸 范围：5英尺 更新频率： 50HZ 用途：运动采集、扫描和整体追踪应用

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北京六自由度科技——5DT数据手套/虚拟现实手套

cangdongbo 2014-1-14 14:20

数据手套-5 Ultra/数据手套-14 Ultra 5DT 数据手套-Ultra数据手套的设计目的是为了满足现代动作捕捉和动画制作等专业人士的严格要求。它提供了舒适，易于使用，小型要素和多种应用的驱动。高数据质量，低相关性和高速率的数据传输，使其满足逼真的实时动画要求。 数据手套-Ultra 5DT 数据手套-5 Ultra测量使用者的手指弯曲位置（每个手指1个传感器）。 5DT 数据手套-14 Ultra测量使用者的手指弯曲位置（每个手指2个传感器），以及手指之间的夹角。 　　该系统与计算机的接口通过一个USB缆线连接。一个连续端口（RS 232-独立的平台）的选择是一个可用的通过5DT 数据手套-Ultra的连续串行接口套件。它具有8位柔性分辨率，极高的舒适度，低漂移和开放式架构。5DT 数据手套-Ultra的无线套件接口通过蓝牙技术（高达20米的距离）与电脑相连。一个单块的电池用于高速连接，可持续使用多达8个小时。左右手的两种型号可供选择。一个型号可满足许多应用要求（伸展的合成弹力纤维）。 特点 先进的传感技术 广泛的应用支持 廉价的，高质量 极度舒适 一个型号可满足许多应用要求 自动校准-最小的8位柔性的分辨 独立平台-USB或串行接口（RS 232） 跨平台的 SDK 捆绑软件 高刷新率 板载处理器 手指之间的低串扰 可用的无线版本 (5DT Ultra 无线套件) 快速热点释放线路 数据手套-5 Ultra MRI/数据手套-14 Ultra MRI 5DT 数据手套-MRI磁共振成像系列是最优化的系列，可用于磁共振成像（ MRI ）的环境。该手套本身不包含任何磁性零件。它通过光纤直接与一个控制盒（ 5-7米远）相连接。控制盒的接口通过串口（RS 232 -独立平台）的电缆与计算机相连。 有5个传感器和14个传感器型号可供选择。左右手型号可供选择。一个型号可满足许多应用要求（伸展的合成弹力纤维） 。 数据手套-Ultra MRI 磁共振成像手套系列提供与数据手套超薄系列相同的USB接口功能，但在手套控制板之间采用8m长的纤维束。这种配置适合于不想让金属部件都靠近用户的磁共振成像环境。 特点 廉价的，高质量 极度舒适 开放的体系结构 仅有鼠标仿真模式有线版本 右/左手版本 虚拟现实程序驱动 动画程序驱动 8位柔性的分辨 一个型号可满足许多应用要求 内置倾斜的传感 高刷新率 捆绑软件 低漂移 可用USB适配器 5DT Ultra 无线套件 (适合于2个手套，注：不包括手套) 5DT Ultra无线套件是5DT Ultra系列数据手套的一个即插即用套件。每个皮带佩戴的无线套件的设计目的在于为2个手套同时传递数据。这意味着一个单台无线收发器和电池组可用于两个手套，既节省空间又节省能量。最多可同时使用4个无线套件（8个手套）。 无线套件 5DT无线套件可以让你在一个紧凑的封装内，其射程可达20米，以无线的方式使用2个手套。无线套件标配有皮带和2个高容量电池组，其中每一个与2个手套接通时，可持续使用长达8小时。 特点 最新的2.4 GHz蓝牙? 扩频技术 超长的电池寿命-超过8小时 小形状因子– 4.33 x 3.27 x 1.65英寸(110 x 83 x 42 mm) 重量轻-1 0.6盎司（ 3 00g ）与电池组 安全带列为标准 包含备用电池包 5DT Ultra 连续的接口套件 5DT串行接口套件可让你使用任何5DT Ultra超薄系列手套与串行端口。这对于只有串行端口或嵌入式的设备非常有用。 特点 RS 232 -独立平台连接 连接到所有5DT 数据手套-Ultra超薄系列手套 规格 5DT ，第五维技术 5DT数据手套14超（左或右） 5DT ，第五维技术 5DT数据手套五日超（左或右） 5DT ，第五维技术 5DT数据手套五日超磁共振成像（左或右） 5DT ，第五维技术 5DT数据手套14超磁共振成像（左或右） 操作系统 Cross platform SDK for Windows, Linux and UNIX operating systems Cross platform SDK for Windows, Linux and UNIX operating systems Cross platform SDK for Windows, Linux and UNIX operating systems Cross platform SDK for Windows, Linux and UNIX operating systems 软件 Kaydara MOCAP, 3D Studio Max (free beta version), Maya, SoftImage XSI Kaydara MOCAP, 3D Studio Max (free beta version), Maya, SoftImage XSI Kaydara MOCAP, 3D Studio Max (free beta version), Maya, SoftImage XSI Kaydara MOCAP, 3D Studio Max (free beta version), Maya, SoftImage XSI 接口 USB USB USB USB 传感器的个数 14 price5 5 14 传感器决议(°) 0.11 (A/D) 0.2 (A/D) 0.7 (A/D) 0.43 (A/D) 传感器的数据传输率(Hz) 75 () 75 () 75 () 75 () 传感器 Fibre Optic Fibre Optic Fibre Optic Fibre Optic

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第十二届中国虚拟现实大会征文通知(新2012.02.20)

tangyong 2012-1-13 09:37

由中国图像图形学会主办，中国图像图形学会虚拟现实与可视化技术专业委员会、中国计算机学会虚拟现实与可视化技术专业委员会、中国系统仿真学会虚拟现实技术应用专业委员会、 IEEE Computer Society 联合协办、燕山大学承办、秦皇岛经济技术开发区及北京工商大学协办的第十二届中国虚拟现实大会和 International Conference on Virtual Reality and Visualization (ICVRV’12) 将于 2012 年 9 月 14 -15 日在秦皇岛燕山大学举行。 ICVRV2011的论文Ei已经收录。 本次大会将继续与 IEEE 计算机学会合作，继 2011 年 11 月 4-5 号在北京航空航天大学建立了国际虚拟现实与可视化学术会议 ICVRV( International Conference on Virtual Reality and Visualization) 之后，决定今后每年举行一次，并与中国虚拟现实大会同期举行 。本次会议将集聚国内外从事虚拟现实与可视化技术的研究人员和工程技术人员，广泛开展学术交流、研究发展战略、推动成果转化、发展国际合作、激励青年志士，共同促进中国虚拟现实与可视化技术的发展与应用。 本次会议接收中文投稿，录用的中文论文将 由《系统仿真学报》 2012 年第 9 期正刊出版（ 会前出版 ）， 优秀论文推荐《计算机学报》、《计算机辅助设计及图形学学报》等 EI 源期刊发表。会议将邀请国内外著名专家作专题报告，同时将举办科研成果和最新产品展示会，为各研究开发单位及有关厂商展示自己的成果、产品提供场所。 征文截止日期 : 2012 年5 月15 日 录用通知日期： 2012 年 6 月 20 日 校样提交日期 ： 2012 年 6 月 30 日 会议网址： http://chinavr12.csp.escience.cn/dct/page/1 投稿网址： https://www.easychair.org/conferences/?conf=chinavr12 会议邮箱： Chinavr2012@ysu.edu.cn

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第十二届中国虚拟现实大会征文通知（2012.01.13更新）

tangyong 2011-11-17 10:57

由中国图像图形学会主办，中国图像图形学会虚拟现实与可视化技术专业委员会、中国计算机学会虚拟现实与可视化技术专业委员会、中国系统仿真学会虚拟现实技术应用专业委员会、 IEEE Computer Society 联合协办、燕山大学承办、秦皇岛经济技术开发区及北京工商大学协办的第十二届中国虚拟现实大会和 International Conference on Virtual Reality and Visualization (ICVRV’12) 将于 2012 年 9 月 14 -15 日在秦皇岛燕山大学举行。 本次大会将继续与 IEEE 计算机学会合作，继 2011 年 11 月 4-5 号在北京航空航天大学建立了国际虚拟现实与可视化学术会议 ICVRV( International Conference on Virtual Reality and Visualization) 之后，决定今后每年举行一次，并与中国虚拟现实大会同期举行 。本次会议将集聚国内外从事虚拟现实与可视化技术的研究人员和工程技术人员，广泛开展学术交流、研究发展战略、推动成果转化、发展国际合作、激励青年志士，共同促进中国虚拟现实与可视化技术的发展与应用。 本次会议接收中文投稿，录用的中文论文将由《系统仿真学报》 2012 年第 9 期正刊出版（ 9 月 6 号），优秀论文推荐《计算机学报》 、《计算机辅助设计及图形学学报》 等 EI 源期刊发表。会议将邀请国内外著名专家作专题报告，同时将举办科研成果和最新产品展示会，为各研究开发单位及有关厂商展示自己的成果、产品提供场所。 征文截止日期 : 2012 年5 月15 日 录用通知日期： 2012 年 6 月 20 日 校样提交日期 ： 2012 年 6 月 30 日 会议网址： http://chinavr12.csp.escience.cn/dct/page/1 投稿网址： https://www.easychair.org/conferences/?conf=chinavr12 会议邮箱： Chinavr2012@ysu.edu.cn

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[转载]我国发展虚拟现实与三维空间数据(GIS)的重大意义

热度 2 geobing11 2011-1-22 16:26

来源：第三维度( http://www.d3dweb.com ) 作者：王逍 前言： 戈尔（美国）： 一场新的技术革新浪潮正允许我们能够获取、储存、处理并显示有关地球的空前浩瀚的数据以及广泛而又多样的环境和文化数据信息。大部分的这类数据是“参照于地理坐标的”，即数据的地理位置是参照于地球表面的特定位置。 美国副总统戈尔 1998 年的著名演讲 引发全球对数字地球、数字城市的思考和大讨论。 1、 国外相关产品 (1) Google Earth 自 Google Earth 发布以来，三维 GIS 得到业界广泛关注，一时间成为研究和应用的热点，加上有美国宇航局 (NASA) 的 World Wind 等开源项目代码可供参考，各厂商纷纷推出三维可视化软件。随着计算机网络技术的发展， Google Earth 上的数据也越来越完善和精确，不仅仅在地理信息、空间数据方面取得了很大进步，同时在高分辨率地表贴图方面已经达到专业级别应用。目前很多国家已经把 Google Earth 提供的数据作为间谍防卫对象。 Google Earth 近几年推出的街景拍摄，可以把地面拍摄的多角度高辨率图像与地理空间信息直接匹配，这更加剧各国对数据安全和信息泄密的担忧。 Google Earth 同时开发了一款基于虚拟现实技术的飞行模拟器，其充分利用了 Google 丰富的卫星图像。用户进入 Google 飞行模拟器以真实视角模拟驾驶， F16 Viper 和 4 座 SR22 ，同时为模拟建设者回馈真实的空间、高度、经纬度等数据。驾驶者视角中所见到的是真实的地表贴图和三维化山脉、城市建筑等信息。 Google Earth的飞行模拟器选择机型 Google Earth的飞行模拟器飞行过程中的画面 (2)Skyline 三维 GIS 处理系统 Skyline 是美国 Skyline 软件系统公司研发运营的一款专业三维地球可视化软件，该公司 1997 年创立于弗吉尼亚州，目前通过一家代理公司 ( 北京东方道迩信息技术有限责任公司 ) 在中国运营。其技术早于 Google Earth ，据传 Google Earth 的部分技术就是源于 Skyline 。一般认为 Google Earth 属于民用基本的应用， Skyline 是专业领域的应用开发系统。 Skyline 可以利用海量的遥感航测影像数据、数字高程数据以及其他二三维数据搭建出一个对真实世界进行模拟的三维虚拟现实场景，同时 Skyline 的中国代理公司具有千人以上的测绘、信息处理员工，采集我国的国土资源信息。 Skyline的三维数字地球软件截图1 Skyline的三维数字地球软件截图2 系统可以直接读取土地利用现状数据库，并对土地利用数据按国家标准进行实时的专题图分析。 可以对专题图斑进行无级透明度设置，按分类打开、关闭土地利用图层，并进行属性查询 2、 我国三维地理空间信息发展状况 中国工程院院士 刘先林 ：首先是在技术层面，国产软件在性能、功能上已经具备了同国外软件竞争的实力，并在许多重大项目中得到了应用，尤其是作为 GIS 核心技术的地理信息系统算法方面，国产软件已经接近国际顶尖水平，自主创新能力逐年增强。 其次是市场方面，基础平台软件技术门槛高，是应用平台软件和技术开发服务的基石，因而成为 GIS 软件产业链中最具核心技术竞争力的环节，也是国际大型厂商参与角逐的重点。近年来，国内软件厂商异军突起，在不断增强研发实力和大力开拓国内外市场的努力下，已经涌现出一批以超图软件、武汉中地等为代表的优秀软件厂商，他们凭借对本土客户的更深入理解和多年的研发积累以及成功的市场营销策略，在与 MapInfo 、 Autodesk 、 Intergraph 等国外厂商竞争中，占据了 40 ％以上的市场份额，成为 GIS 市场的中坚力量。 从纸制地图到电子地图再到二维 GIS ，地理信息领域发生了众多革命性变革，每一次变革都极大地提高了人们生产和决策的效率。三维 GIS 过去一直是人们研究探索的重点。近年来，基于虚拟现实技术的三维地理信息系统技术获得了较快发展，并被应用于规划、房产、测绘、军事等诸多领域。 总体而言，当前基于虚拟现实技术的三维地理信息系统，其应用水平仅相当于十多年前的二维地理信息系统应用。造成这种局面的原因，一是与主流大型二维地理信息系统平台割裂，二是缺乏高端地理信息系统分析功能。因此，要从根本上解决这些问题必须从 GIS 平台底层技术着手，实现二三维的一体化，实现与地理信息技术的结合。在深入剖析二三维地理本质的基础上，提出二三维一体化的思想，基于先进的 GIS 内核技术，将二维和三维统一到一个真实的地理空间（球面空间）中发布出去，真正实现二三维的有机结合，将是我们目前努力的方向。 中国工程院院士 刘先林 3、 我国大力发展三维可视化数字地球技术的意义 抢占战略制高点 中科院对地观测与数字地球中心主任 郭东华： 数字地球建设是一场意义深远的科技革命，也是地球科学研究的一场纵深变革。人类迫切需要更深入地了解地球、理解地球，进而管理好地球，回顾 10 年的发展，我们已看到诸多设想已变为现实。 因此，有人说它是一门科学，有人说它是一项技术，有人说它是一种战略，也有人说数字地球是 21 世纪人类最伟大的信息工程之一。目前，还找不到一个统一的词汇来描述数字地球的特征。 拥有数字地球等于占据了现代社会的信息战略制高点。，从战略角度来说，数字地球是全球性的科技发展战略目标，数字地球是未来信息资源的综合平台和集成，现代社会拥有信息资源的重要性更基于工业经济社会拥有自然资源的重要性。 而从科技角度分析，数字地球是国家的重要基础设施，是遥感、地理信息系统、全球定位系统、互联网—万维网、仿真与虚拟现实技术等的高度综合与升华，是人类定量化研究地球、认识地球、科学利用地球的先进工具。 从国家需求角度分析，数字地球可在一定程度上满足国家在资源环境和可持续发展领域的需要，可以为国家在社会、经济发展和国家安全方面提供支撑，可以带动并牵引国家空间领域、信息领域等的不断发展。 大到地球系统、全球气候变化这类地球表面正在发生的宏观大尺度现象，小到人们日常生活里广泛使用的电子地图，数字地球已经应用到了社会的各个层面。数字地球正在成为人类发展和解决全球性问题的重大需求。经常有学者在讨论时认为，不论再过 10 年或者 20 年，数字地球的研究仍然是热点，并且会越来越受关注。 保障国土信息安全 目前在空间测绘领域大部分数据建立在以美国等西方国家为主导的 GPS （ Global Positioning System 全球定位系统）上。如上文提到的 Google Earth 和 Skyline 三维 GIS 处理系统都是基于此系统而来的应用开发系统。其特点是信息量大、精度高，其中不仅仅在民用领域起着重要作用，同时也在为美国军方提供更高级别的数据和应用，这无疑对我国的国土信息安全造成巨大威胁！ 近年来我国开始大力研发和推广具有完全自主知识产权的全球卫星定位系统，随着我国航空航天技术发展，在全球范围内部署我国自主的卫星系统的已经逐步提上日程，在此基础上从底层入手、本土开发三维数字地球系统也成为一种现实可能和迫切的需要。 新中国成立以来，我军军事测绘导航从主要提供地图成果向“定时空、绘天地、测目标、导航向”多样化保障发展，技术手段和保障模式发生巨变，保障能力大幅提升。我军军事测绘导航将加速构建以北斗系统为核心的定位导航授时服务基础设施，以天基信息系统为骨干的地球测绘探测系统，集测绘信息处理存储与网络服务为一体的测绘信息服务系统，以及基于全军共用信息基础设施的测绘导航应用保障技术装备体系，努力实现时空基准不断精化，技术手段更加先进，信息资源极大丰富，服务保障快捷高效。 资料图：我国北斗导航定位系统模型 巨大的产业前景 不久前，《自然》杂志发表的一篇文章将与数字地球密切相关的地学技术与纳米材料、生物科技一起誉为 21 世纪三大前沿科学技术。而作为信息产业的重要组成部分，每年全球地球空间信息产业的产值超过 500 亿美元，并以每年约 20 ％的速度增长；服务于数字地球建设的对地观测计划在逐渐形成，仅在近 5 年内全世界就将发射 130 颗左右的对地观测卫星。 中科院对地观测与数字地球中心主任 郭华东： “ 500 亿美元的估计还是保守的，仅美国就有每年 300 亿美元的产值。前不久，美国一家公司自己计划发射卫星群，希望可以通过这个卫星群经营农业信息。在我看来，不论是就世界范围还是我国来讲，数字地球的商业化应用前景广阔。” 国际上的高分辨率数据都是高度商业化的，而高分辨率的数据在商业上有广泛的需求，主要应用在国防、城市规划、城市管理等方面。 很多中国公司也看到了数字地球产业的良好前景，不但参与各种技术和应用的研发，还频频自费参加相关学术会议，以期扩大企业影响。 “这在 20 年前甚至 10 年前，是根本不能想象的，最近几年越来越多的中国企业加入到这个行列中，希望能在数字地球的商业应用上占据一席之地。” 郭华东。

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【团队发表论文】虚拟现实技术在村镇民俗旅游中的应用研究

kuibu 2010-10-24 22:31

马鹏飞 , 胡卓玮 , 赵文吉 , 蔡文博 . 虚拟现实技术在村镇民俗旅游中的应用研究 . 地理信息世界 , 2010, 8(2): 7-11 论文下载

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[转载]终于出现了：日本街头虚拟化妆镜

w52191114 2010-8-13 02:16

终于出现了：日本街头虚拟化妆镜 2010年2月9日 cvchina 2 条评论 虚拟化妆镜 人人都想得到主意，终于有实物了。 这是日本街头上的虚拟化妆镜。它会扫描你的脸部，然后展示不同的化妆效果。美女们应该会喜欢吧。 来源： augmented.org 。如果你会翻墙的话，可以看到视频哦。

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告别“虚拟”，拥抱现实（之三.1）塌缩的空间

luocun 2010-7-24 12:19

［在外头旅行，写得短一点。这个之三就分几次完成吧。］ 前面说到，虚拟这样的说法流行，是因为计算机和信息技术发展带来的历史性转换，带来了很多以前没有的事物，新的交互方式，扩张了世界的本体现象域和人 的生存环境，同时也扰乱了我们熟悉的传统事物的范畴。然后，当我们不假思索地把传统事物、现象、方式、范畴等等设定为更真实、更本真、更完善，就难免把新 的事物、现象、方式、范畴等等视为虚假的、仿冒的、有缺陷的。 这些天翻地覆、沧海桑田般的历史性转换虽然极其容易让人困惑，但其中的一些基本方面还是可以说得更具体一些的。 （1）首要的一个方面是在空间关系上。从电报到电话，从广播到电视，从远程终端到视频聊天室到Second Life和魔兽世界，空间上的分隔，不再如以前那样绝对地隔绝实时交互。当信息的传递依赖于物体（或者说原子）的传递时，空间分隔就只能以快马加鞭的方式 运输写了字的纸张那样的方式来克服；而物质的转移是要受到相对论，甚至基本的牛顿力学的制约的：加速、减速、在阻力下保持速度都是费时费力的事情。（驿站 是那个年代的典型，而烽火台则是例外。）而当信息的传递以比特的流动（或者说是电磁场的调制）为基础时，信息的传递不再预设物质的转移。基本的限制变成了 光速、信道带宽（与调制方法、编码方式和信道噪声水平等等有关）和编码解码速度。环绕地球的实时交互成为可能。空间似乎塌缩了。 麦克卢汉的地球村（global village）的说法，就是在说实时信息交流带来的空间塌缩。跟地球另一边的朋友在网上碰个头，甚至比在一个实际的村子里从村这头走到村那头还容易，消 耗的能量还要少得多。不过，今天村这头联络村那头，也多半会用手机了。（当然，准确地说，所谓空间塌缩只是相对于传统的那种信息交流依赖于跨越空间的 物体运输而言的：如果我们仍然按照物体的传递来想象比特流，那么在今天的数字实时远程交互情形下，极大的空间分隔对于交互的影响真的是很小，通常只是增加 一点点延迟，空间就好像塌缩掉了一样。） 这种塌缩了的空间，似乎正是虚拟容易登场的地方之一。 举个例子，当你和我在Skype上视频聊天的时候，两个人都没有旅行到对方的一边，然而你确确实实看见了我的一举一动，我确确实实听到了你的一言一语。相对于传统聊天的那种必须面对面、处于同一物理空间的前提，空间真的似乎塌缩了。你我 似乎真的 相遇了。然而，你我又并没有在传统意义下那样相遇，并没有同时共处同一空间。那么，难道不可以说：你和我在赛博空间里虚拟地相遇了，或者你是在和虚拟的我聊天，或者你和我在虚拟地聊天，如此等等？当然可以。而且，虚拟在很多时候似乎正是这样用的。 可是我觉得虚拟用在这里并不合适。因为这里并没有什么东西是假的、不真实的、或者只是似乎的。尽管在我们俩之间的时空关系下，在过去是不可能有聊天发生的，然而我们现在确确实实、实际地聊天了，只是所用的方式和所处的时空关系与传统不同而已。

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告别“虚拟”，拥抱现实（之二）

luocun 2010-7-21 13:08

赛博空间是虚拟的这一说法广泛流行，有个大的背景，就是在数字时代，人们如何谈论各种新生的数字事物。很多传统词汇，都被借用来描述新的现象，比如桌面、窗口、邮件、文件、文件夹等等。有人也许会觉得，这些老词汇的新用法只是隐喻而已。可是，电子邮件确确实实在很大程度上取代了传统邮件。如果电子邮件只是隐喻而已，这似乎是不太可能的。 再以文件夹为例，据说有位老先生，买了台电脑，手册上号称文件夹可以像传统文件夹那样使用，把文档拖到里面，它就会呆在那里。于是，写作完毕，老先生就把自己写好的文档，拖到文件夹里，然后直接拔掉电脑的插头。下次，再开机，却找不到上次写的文档，老先生奇怪：不是说放进文件夹就好了吗？诚然，老先生没搞懂此文件夹非彼文件夹也。两者名称固然相同，行为固然相似，类比却还是有限的。然而，要说数字文件夹是虚拟的，是不真实的，这恐怕也说不通；恐怕是在像老先生那样，按传统文件夹来看待甚至要求电子文件夹。 同样，数字摄影在今天已经是摄影的基本形态了。但是，没有人会认为摄影从胶片发展到数字是变得更虚拟，更不真实了。 再来看看虚拟作为技术术语的具体意思。比如虚拟内存，是指从应用程序（或者应用程序员）的角度看起来一台机器的主存可以很大，可用的地址空间可以大大超过实际内存容量，而当程序访问到不在内存中的数据时，相应存储页面的内容就会由操作系统来从外存（比如硬盘）调入内存。 虚存的实质，就是在操作系统（和硬件）的支持下，把一个内存加外存的系统协调起来，呈现给应用程序一个更大的内存系统。 这大体上是个以时间换空间、换简单性的做法。虚存妙就妙在，它完全是以真实的机制，通过操作系统的协调来实现的。 代价就是数据不再内存时，访问也许需要更多的时间来把数据从外存调入内存。 在概念上，重要的是分清应用程序的和操作系统这两个角度：应用程序那边看到的是一个相对比机器本身的内存加外存更为抽象、也更为简单的的内存似的（拟）系统，而这一抽象之所以成立，则是由于从操作系统的角度，它与硬件真真实实的协调配合。在这个意义上，虚拟的意思是：就好像内存那样，意思是差不离，而并非不真实。没有人会说，虚拟内存、虚拟硬盘是假的。虚拟机的情况类似，它们是用这些虚拟构件拼出来的。 我们还没有谈到的，是三维虚拟现实（virtual reality，VR）。（这里，三维和二维的区别，其实并不是实质性的。电脑桌面其实就是一个二维的虚拟现实，给人们提供与电脑上各种文档和程序的直观的组织和交互方式。恐怕没人会以为电脑桌面上的文件是存储在屏幕上的吧。）三维虚拟现实的特殊性在于，它可以把人沉浸式地放到一个三维环境之内。这样，大家就好像进入了一个真正的三维空间一样，在其中可以用他们和普通物体打交道的方式与虚拟物体交互。这样一来，这个虚拟环境里面的东西的真实性，就可疑了：一方面虚拟环境可以做得越来越逼真，而另一方面它却好像永远不可能成真。 然而，难道虚拟环境的目标真的是为了逼近现实吗？虚拟现实真的是越逼近真实越好吗？不对！想想飞行模拟器。 虚拟现实在这里的价值，正在于它与通常现实的不同：模拟器里飞机虚拟地坠毁时，飞行员可以毫发无损。如果在虚拟环境或者里面的东西真的要跟日常现实一样，那它还有什么用？有什么意思？难道真得要机毁人亡才是真实的吗？ 所以，飞行模拟器也好，魔兽世界也好，它们完全可以自己是本真的环境，是人们生活、工作、学习的一部分。所以，不能说你在魔兽世界里的角色，（你通过）你的avatar的所作所为，是不真实的，是虚拟的，是非本真的。 这些其实跟传统的象棋围棋有很多相似之处。象棋、围棋都是游戏，也许还可以说是模拟战争的游戏，对于职业棋手而言，它们完全可以是值得为之献身的事业，是人生不可分割的一部分。同样，魔兽世界，也是世界的一部分，是数字化时代的人们游戏、娱乐、学习、交往的方式，它并不构成另一个世界，尤其不构成一个不真实的、非本真的世界。很多人可以不在里面玩，但这并不意味它是虚假的；正如，你可以不下象棋围棋，但这并不意味着棋的输赢是虚假的。 我想，这些恐怕是每个程序员、每个玩游戏的人，骨子里头都知道的：这些交互、娱乐、游戏、学习、甚至生活方式，确实是新的，但也仍然是这个世界的一部分。把计算机、互联网空间里面的现实，一网子视为虚拟，错得有点离谱，而实际上基本是保守派的做法，是在试图以传统的、大家习以为常的方式或事物为真、为正、为优，而以新的为假、为邪、为劣。 半年前的一天，女儿在企鹅俱乐部网站（http://clubpenguin.com/）上玩卡片柔术的游戏。她很开心地说，我很快就要拿到黑带了！我不想让她太沉迷，就说，你跆拳道不是也快拿黑带了吗？那才是真的黑带。她回答道：这是个真的企鹅世界啊。它还有个真的网站呢！ 我想，对于他们这一代而言，把在线世界视为虚拟的，视为不真实，简直就是胡说八道。

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告别“虚拟”，拥抱现实（之一）

luocun 2010-7-18 12:05

读黄富强题为 《感知现实与感知虚拟》 的博文，欣赏他对所谓虚拟东西的可感知性的直觉，有点触动，于是把自己的一点想法写成个小系列来凑凑热闹。 虚拟这个词，按照 汉典 ［我见过的最好的网上中文字词典！］的解释，有两个意思：（1） ：不符合或不一定符合事实的，例如：虚拟的情况；（2） ：凭想像编造的，例如：这个古人是虚拟的。 可见虚拟这个词的本义是包含了虚假、不真实等否定性的、负面的含义的。 在计算机技术里面，虚拟这个词作为术语用得也挺多的，操作系统的虚拟内存、程序设计语言里虚拟机的概念、人机交互里面的虚拟现实和虚拟环境， 目前广泛流行的服务器的虚拟化等等。 在这些术语用法之外，虚拟这个词还被用来一般地形容信息技术给我们带来的各种新的事物和现象，形容这些事物和现象所构成的所谓赛博空间。比如，百度百科是这样来界定赛博空间的：赛博空间（Cyberspace）是哲学和计算机领域中的一个抽象概念，指在计算机以及计算机网络里的虚拟现实。 这个更为一般的用法，很多时候又进一步结合虚拟这个词传统上的虚假、不真实等否定性含义。于是，就有人会说，赛博空间里的东西，甚至一般而言的计算机技术的产物，都是虚假的而非真实的，至少是模拟的而非原来的或本真的，是次品、赝品而非正品，如此等等，并由此得出各种重大结论。比如有人会说，计算机什么事情都不会自己做，只会模拟，所以人工智能永远也不可能造出货真价实的人类那样的心灵来。又有人会说，以计算机为基础的游戏，比如魔兽世界，全是虚拟的，沉浸于这类游戏，就是脱离现实，甚至是不道德的。 当虚拟这个词的不真实的含义被一般地用于计算机领域，有时甚至渗透回对虚拟技术的理解，从而造成误解。比如， 比特网上面是这样来定义虚拟化的 ：指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行。这简直有点太离谱了！难道程序员们真的是魔法师，能够让不真实的基础提供实实在在的网络服务或者计算资源？这种说法似乎是把虚拟的传统意义和术语意义给混淆起来了。 那什么才是关于赛博空间虚拟性的正确理解呢？先喊几句口号吧： 赛博空间不是虚拟的，是真实的！ 赛博空间不是模拟的，是本真的！ 赛博空间不是抽象的，是具体的！ 赛博空间不是另外一个世界，是这个世界的一部分！ 这些口号背后的道理其实不难明了。想一想：你的存款难道因为记录在银行的计算机里就只是假钱吗？你昨晚发给女朋友的手机短信，当它穿行在赛博空间里时，难道只是在模拟你的真情流露吗？你的实验数据，一旦搜集到计算机里，难道就不再具体，不再关涉你千辛万苦才成功完成的实验吗？你发表的博文，难道一旦传到网上，就不再是你在这个世界里的生活的一部分吗？ 百度百科关于赛博空间的说法，看来是错误地假定了下面这样的简单二分： 赛博空间：虚拟的、模拟的、抽象的、另一个世界 ───────────────────────────────────── = 错！ 传统事物：真实的、本真的、具体的、这个世界 而我认为，正确的图像或许应该是： 在这个世界里 赛博空间：虚拟的/真实的、模拟的/本真的、抽象的/具体的 传统事物：虚拟的/真实的、模拟的/本真的、抽象的/具体的 就是说，赛博空间里的电子、数字事物绝不比传统意义上的事物更虚拟、更模拟、更抽象； 传统事物也不比赛博空间里的事物更真实、更本真、更具体。赛博空间里的一切，与传统事物一样，都同样属于这个世界；赛博空间与传统事物之间也没有明确的界限可以划分。 或许有人会问，难道人们通过魔兽世界里的化身（avatar）的所作所为、所感所知也都是真实的吗？ 欲知答案如何，且听下回分解。

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数字化是个好东西（四 完结篇）

zhongyueqi 2009-9-13 16:59

这些年纺织服装学科也赶时髦，就像好好的织物不叫织物，叫多孔介质一样。明明白白地计算机技术应用也改成数字化应用了，里面包罗万象，泥沙俱下。什么东西跟计算机沾点边，就给冠以数字化的头衔，专业设置里面也有相应的数字化纺织或者数字化服装。用人单位也看不懂，这到底是个什么货色？难不成是将织物做成电路板，而服装穿上就是个电脑。呵呵，这么想也没错，反正你自己回家把个 mp3 肢解了，买点结实的数据线，找街边补鞋裁裤边的阿姨给你暗缝到左右袖口，搞不好也是科技创新 X 等奖呢。 服装学科的研究领域里面有一块，称为服装 CAD 。将属于体力劳动的编程和数据库开发切割掉，服装 CAD 里面最有挑战的就是实现如下的构思： 当真实服装生产出来之前，如何得到跟设计师脑海中几乎一模一样的三维服装原型？ 这个问题不简单，因为你要解决两个命题： 1. 服装构思草图与立体裁剪的小样间的映射关系。 2. 如何实现虚拟的立体裁剪？ 这两个问题的解决，就需要数字化的织物（虚拟织物）和数字化的服装（虚拟服装）。虚拟织物的事儿前面已经说清楚了，那么虚拟服装呢 ? 很简单，把虚拟织物缝合起来，就是虚拟服装了。且慢，那那些纽扣，衬垫，服装辅材怎么缝？ 回答：还在研究中。 （众人汗。。。。） 那熨的笔挺的裤缝或者西装的挺括怎么模拟？ （汗。。。）：还在研究中。 ( 众人鄙视 ing) 那衣服的纹理怎么办，你照片拍出来的跟我实际的衣服有色差怎么算？ （囧。。。）：换个好点儿的数码相机 科学研究肯定不会一比一地对照着干，肯定先捡软的捏，跑马占地。对于服装 CAD 的这些命题而言，目前的技术能够完全再现是不可能的，因为还有很多基础的研究工作还没做呢。但是大面上的虚拟缝合再加个悬垂之类的，那已经是业界的旧闻了。 这篇系列博文还回避了一个 CS 中的重要命题，就是纹理。像一般的服装，拍个纹理贴上就行了，像毛皮类的，透明半透明的面料，镶有小亮片的（ 08 年巨流行）的面料，这个纹理就不是那么简单的了。微软研究院在这方面浸淫较久，像他们对羊毛衫的纹理仿真还是蛮像回事的。 再提一个命题，在网上买的衣服不能试穿，可不可以通过虚拟现实技术虚拟的试穿一下，给个合身性评价。 呵呵，这个问题也不好解决。首先不知道你要穿的那个衣服的面料，其次不知道它的剪裁（即版型），再次不知道您老人家的身体形状（碰撞体），怎么能精确的预测呢？再加上万一您喜欢宽松些，他喜欢包身些，这里面还有一个主观感受的客观评价，在没有足够的数据支撑前提下，任何武断的研究都有可能是有理的，也有可能是无理的。 所以说，搞 CS 的人命真好。解决一个 cloth-like 就可以了，放在游戏动画影视特效里面，看起来很逼真，因为人眼是很好骗的。事实是，对于服装工业界的应用而言，这点技术还不够塞牙的呢。 其实各花入各眼，对于 CS 的人来说，他们也意识到了上述的问题，近年来流行起来的一个仿真方法就是用 multi-view 的方案，将服装的变形特征按照统计规律建立一系列的模板，然后从中提取相关的物理参数或者指标，将来有了新的未知的仿真对象了，按照设定的映射关系给套上去，也能弄个碰头彩。只要你在这行里面泡着，早晚有一天这些问题都能解决了。或者 PC 强大到可以把有限元的解在每一帧下实时地给求出来，也许 GPU 里面固化好了相关的碰撞检测单元和渲染单元，像 NVIDIA 的 PhysX 引擎已经能够模拟大多数物理现象了，包括 Provot 模型下的虚拟织物。这种做显卡的厂家早晚会把类似的计算给固化到 GPU 里面的，所以说技术上的事情我一点儿都不担心，只有一个终极的担忧，如果人类进化到某一个阶段，不穿衣服了呢？ （众人拾砖。。。）

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数字化是个好东西（三）

zhongyueqi 2009-9-13 14:12

模拟的服装或者织物的形态稳定性从 CS 的角度来看，就是没有肉眼能够察觉的过度伸长或者压缩，从实际应用来看，就是你不能一件衣服穿到虚拟人身上之后，扑扑拉拉的往下一个劲儿的掉，看起来像融化的口香糖一样。也就是说，模型里面要控制应变和应变率。这工作蛮麻烦的，因为服装是穿在模特身上的，这个应变的控制是必须结合到碰撞检测和响应机制里面的。 所谓碰撞检测与响应在我们纺织工程学科或者纺织结构力学里面是不研究的，这个是 CS 里面才会有的。就是两个图元之间不能穿透，服装的三角形不能穿透到人体的三角形里面，这是个纯几何的问题，难点在于服装三角形如果有 1 万个，人体三角形如果是另外 1 万个，这些 polygon soup 之间如何纠结，又如何打开，就是个非常值得研究的命题了。所以 CS 的人发文章，要么发积分的，要么发碰撞检测优化算法的。 碰撞检测是要回答以下三个问题： 1. 有没有碰撞的可能性？ 2. 如果发生碰撞，其发生的精确时间和位置何在？ 3. 发生了之后，如何响应？ 对于碰撞发生的可能性而言，包围盒技术是最容易实施和精度有保证的方法之一，要么做简单的 AABB(Axis aligned bounding box) ，要么做稍微复杂些的 OBB(oriented bounding box) 或 k-dop 。其目的是剔除那些没有可能发生碰撞的三角形对（ triangle pair ）。方法的原理很简单，用一个包围盒将三角形包起来，如何盒子不交叉，那么盒子里面的东西也就不交叉。 对于确定碰撞发生的时间，往往会采用二分法，虽然慢，但是保证收敛，对于碰撞发生的位置，就是三角形的求交，必有定解。 发生了之后如何响应的问题，包括有摩擦的响应和没有摩擦的响应，基本上都可以按照经典力学的模型去表达。 碰撞检测如果仅仅检测人体与服装，那么问题还好说。大多数情况下，服装的三角形单元之间也会发生碰撞，即自碰撞问题。这使得求解计算量增加了很多，对于很多游戏级的应用而言，是不计算自碰撞的，但是对于真实的服装仿真和高端动画或者影视特效而言，这就是个无法回避的问题。其解法可以分两个流派，一个是基于历史的，一个是不基于历史的。 所谓基于历史的，就是说如果一开始就标志清楚哪两块织物区域有可能发生碰撞，哪两块是绝对不可能的，或者在实时求解的过程中得到了一个无碰撞区，在以后的积分岁月里，沿袭无碰撞区和有碰撞区的几何特征，以此检测自碰撞问题。 所谓不基于历史的，就是说不管三七二十一，上来就检测织物自身是否有交叉，如果有，解开它。 很显然，基于历史的方法有一个致命陷阱，如果一开始由于某种原因，将有碰撞区误判为无碰撞区，那么以后这个错误就会被继承下去，永无翻身之日。也就是说，你不能寄希望于碰撞防止碰撞的发生，而应该致力于破解已经发生的碰撞。所以目前学术界的发展方向，应该是不基于历史的暴力破拆法，上来就硬碰硬的检测。所以说有时候有些做科研的人是要有些暴力倾向的，绵羊式的算法往往是种姑息算法，早晚会被历史所遗弃。 鉴于仅仅是供人娱乐的博文，就不展开啰嗦具体的算法了，本来已经是小众科学，再这样写的话，就成微众科学了。感兴趣的朋友可以关注一下 Baraff 及其一小撮的 Untangling Cloth ， 还有 Volino 以及 Magnenat-Thalmann 的 Resolving surface collisions through intersection contour minimization 。 Baraff 他们这个时候似乎已经在 Pixar 供职了， Finding Nemo （国内译作海底总动员）中小女孩的服装就是用他们设计的算法来求解碰撞问题的。而 Magnenat-Thalmann ，全名 Nadia Magnenat-Thalmann ，是 University of Geneva 的 Fellow ，她治下的 MIRALab 是全球赫赫有名的实验室，最早开展虚拟服装虚拟人研究的就是他们家。 Pascal Volino 是她组里专攻碰撞检测的另一个牛人。 现在回过头来看 Provot 的问题，就会发现如果强行指定一个顶点的位置会带来致命的危险：破坏已经完成的碰撞响应后没有穿透的状态。因为这种纯几何式的位置修改是没有方向性和约束的。因此大家就开始寻找更好的约束方式，首先找到的是 02 年发表 Robust Treatment of Collisions, Contact and Friction for Cloth Animation 的来自 斯坦福大学的 Robert Bridson 。罗伯特选手首先提出了速度过滤的概念，虽然他那个时候并没有这样去命名。事实上他是约束那些可能产生过度变形的质点的运动速度，这样在一个时间步长结束时，质点所在的位置就有可能维持在给定的应变和应变率阀值内。这就相当于对于一个在雷电交加的夜晚收到大雨冲击的蜘蛛网而言，将那些带有巨大冲量有可能破坏蛛网稳定性的大个雨滴击碎，分散到蛛网上的每个节点上，从而保持蛛网的稳定性一个道理。这里将大雨滴变为小雨滴的过程就是速度过滤，实质是冲量的过滤。而分散到各节点则是一个迭代过程。所以如果没有分散好（即不收敛的话），还是会破坏蛛网的稳定性。因此， 2007 年，来自 Columbia University ， The Hebrew University of Jerusalem ，以及 University of California, Berkeley 三所顶尖大学组成的豪华阵容： Rony Goldenthal ， David Harmon ， Raanan Fattal ， Michel Bercovier ， Eitan Grinspun 等人发表了 Efficient Simulation of Inextensible Cloth 一文。我个人认为这也是一个里程碑式的工作，因为在此之前，还没有人能够把织物及服装的形态稳定性上升到如此高的高度，足有三四层楼那么高。 他们创造性地继承和发扬了速度过滤的光辉精神，通过对增强型拉格朗日方程中约束条件的巧妙求解，胜利实现了应变阀值低于 1% 的伟大梦想博主 巧妙之一是用拉格朗日力学来表征，这个的求解在许多时候比经典力学来的快，来的自如。 巧妙之二是对于约束的求解是基于流形投影法。 至此，整个虚拟服装和虚拟织物的模拟在数学上和力学上，从 CS 的角度来说，我认为是够丰满的了。 可是，事实是否真的是这样呢？

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数字化是个好东西（二）

zhongyueqi 2009-9-13 10:52

不过这个系统有几个致命的问题： (1) 不稳定（ 2 ）不真实。 不稳定是什么意思呢，欧拉积分本身在这样一个系统中不稳定。那小沈阳问了：为什么呢？因为织物结构在自重下是不会伸长的，同时又是非常易于屈服的，也就是说，这个系统中的拉伸弹簧的刚度和粘性都要非常大才行，而弯曲和剪切弹簧的刚度相当又要小很多，这样一个系统是一个典型的刚性系统，步长稍微大一些，立即崩溃。我还记得刚开始看到崩溃的样子时所有的三角形突然爆炸性的激增其面积和边长，看起来还蛮像爆炸的。当时想，如果课题做不出来，不如改行模拟爆炸，其实就是渲染一下各种积分器失稳或者崩溃时的状态（呵呵，当然这是不可能实现的，因为崩溃的时刻是不可控的，你的纹理坐标是无法赋值的）。 那不真实又是什么意思呢？就是这个织物模型你固定住它的两个角，按重力加速度 9.8 让它往下垂，分分钟不到就看到两个角过度变形了（ super-elongation ）。所以当年 Provot 的文章其实是要解决这个问题而给出的一个方案：人为地让过度变形者回到变形阀值所允许的那个地方。这个方案是个天真的算法，有两个致命缺点，一个是不保证收敛。因为改动一个点的位置，势必改变所有与之连接的边长，即弹簧的形变，因此它需要迭代，而其迭代未必收敛，就是说你要控制应变在 5% 之内，可是只能达到 7% 或者 8% 。另一个缺点是它无法跟碰撞检测与响应结合起来。因为它又可能使得已经脱离穿透状态的顶点和边重新回到不可预测的穿透状态，这个后面再聊。 所以这里面就给出了两个问题需要解决：一是积分的稳定性，一是形态的稳定性。 向前欧拉积分和向后欧拉积分的区别在于向前积分方法的步长仅仅依赖于在时刻 t 0 时的约束条件，而向后积分方法的步长则取决于每一时间步长终结时的约束条件。一般地，对于刚性方程组，盲目向前的积分方法在系统出现失稳的征兆时是无法自我纠正的，因此， 1998 年，当时还在 Carnegie Mellon University 干活的 David Baraff 和 Andrew Witkin 提出了隐式积分的方法，计算出了在当时乃至今天都是惊世骇俗的 图形效果。而代表世界计算机图形学最高水平的 Siggraph 会议也将那一年会刊的 封面用他们的渲染效果予以展示。 Baraff 等人的文章题目叫做 Large Steps in Cloth Simulation ，从我自己实现的结果看，大步长就未必，但是稳定性超好。不知道有没有做过类似研究的同行有跟我一样的感受。自从他这篇文章出来之后（到我写这篇博文的时候，已经被引用了 884 次，我自己可能贡献了十几次，因为很难不引用他们的工作，那个里程碑放在那里，绕不过去的），积分方法的取舍成了一个研究的热点，一大堆数学好的人在里面狂搞，值得一提的是 2002 年来自韩国首尔国立大学（ Graphics and Media Lab, Seoul National University ）的 Kwang-Jin Choi 和 Hyeong-Seok Ko 发表了 Stable but Responsive Cloth 一文，首次结合了纺织材料学中对于织物屈服状态的理解建立了相应的织物内力模型，他们用的是二阶的向后欧拉积分（ BDF ： second-order backward difference formula ），效果也是非常精彩的。这篇文章被引用了 262 次。同年，来自加拿大的 Robert Bridson 在 斯坦福大学 做博士生时，发表了 Robust Treatment of Collisions, Contact and Friction for Cloth Animation 一文，其算法对虚拟织物所 涉及的建模、碰撞检测与响应两大基本内核进行了深度 优化。被当年的星球大战：克隆人的威胁电影中被用作 Jedi 武士的服装仿真特效（现在他是加拿大 UBC 大学（ The University of British Columbia ）的助理教授，这篇文章被引用了 307 次。 积分方法的研究到现在基本上可以说硕果累累，除了 Baraff 的经典之外， IMEX （ implicit-explicit method ）方法也在逐步得到关注。这么做是为了简化计算，也就是说，同一个系统可以有两个求解器，彼此之间互传数据，这样对于显示积分能够完成任务的区域，就不需要隐式积分的参与，当然，哪些区域需要显式求解，哪些区域需要隐式求解，这可是个大问题。

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数字化是个好东西（一）

热度 1 zhongyueqi 2009-9-13 10:33

计算机图形学研究中有一个特殊的应用分支，就是对于织物和服装这类柔性对象（ cloth-like soft body ）的仿真与模拟。往大了说，可以称为科学可视化，通俗的说，就是 3D 游戏中人物服装的动画仿真，以及大片中人物动画的仿真。 不过坦白的讲，模拟出一块织物随风飘动的感觉不是一个很难的事情，一个数学稍微好一些的中级程序员大概一个星期就能写出这样的代码，在米国的几个 CS 比较牛的学校里面， cloth simulation 已经是研究生课程中需要完成的大作业（ project ）之一。 织物模拟的流派很多，从本质上来说，对织物建模就不能回避它的结构力学问题，这里就有一个力法还是能量法的选择。按照织物结构力学二代祖师 J.W.S. Hearle 的原话（原文出自 From Biological Macromolecules to Drape of Clothing: 50 Years of Computing for Textiles ）： There is one more general point to make. The first approach to modeling textile mechanics has usually been to apply equilibrium of forces and moments. However, almost always, energy methods have proved more powerful. There are various reasons for this, but the most basic is that forces and moments are vector quantities, so that equations are needed for six components. Energy is a scalar quantity, so that there is one basic relation to satisfy. A practical advantage is that it is easier to make useful simplifying assumptions with energy methods. If there is a geometrical relation between macro- and micro-strains, e.g. affine deformation, conservation of energy can be used; if the deformation is undefined, as in buckling, minimum energy or the principle of virtual work is used. Another practical point is that it is usually better to work with mass units (specific stresses in Newton/tex, where tex = g/km, and energies in J/g) than in conventional stress units (Pascals). 织物的悬垂形态主要是 buckling 的结果，因此能量最小化在一开始的物理建模中属于开山之作。 D.E Breen 等 90 年代初期最早发表的粒子系统就是将简化后的悬垂现象所蕴含的三种能量，剪切能，弯曲能以及拉伸（压缩）能通过 KES 风格仪的经验曲线用多项式逼近出来，然后把能量最小化得到织物的静态悬垂效果。为了加快速度，最小化过程的求解还采用了模拟退火的方法。应该说，无论是理论模型还是求解方法，都是一个很精彩的算法，所以尽管 Breen 的方法现在已经很少有人用了，但是其文献的被引用次数依然是这一个分支中排到 Top 10 的（ 117 次 A particle-based model for simulating the draping behavior of woven cloth ）。 不过从程序员的角度来看， Breen 的能量法不好，因为求解速度很慢，那个时代他们用工作站算一帧也要十几个小时（具体时间记不清了），当然你可以说那时候机器的速度慢。我最近 peer review 一个日本人的 paper 时，他也是用的能量法，是日本人 Okabe 92 年（ Three-Dimensional Apparel CAD System ）提出来的基于三个假设的模型： 1. 织物是薄板； 2. 织物结构是连续介质； 3. 用弹性力学的能量定义来描述织物的变形。我怀着极大的兴趣看到文章的最后，结果他报道说速度是每帧两个半小时（ Intel E4300 CPU ），所以说能量法离实现实时计算的目标还有很长很长的路要走。 所以 95 年的时候， X. Provot 讨了个巧，把基于粒子系统的能量法改造成了基于质点弹簧的力法，用弹簧网格所蕴含的拉伸力，弯曲力和剪切力来替代同名的三种能量，求解织物的悬垂形态变成了求解这么一个弹簧网格的动力学问题，这个就简单多了，他用一阶显示积分（欧拉积分）就实时完成了任务。自那以后， mass-spring system 就成了程序员的最爱，直到现在还是最流行的方法，因为它够简单，速度够快，而且可改进的余地很大，就像一把 AK47 一样。

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科学一句画：雾里看花

eloa 2009-4-16 12:11

Marvin P 发表于 2009-04-16 3:04 （本文已刊登于《广州日报》。） 《黑客帝国》里的赛弗说我知道这块牛排实际上不存在，我知道当我把它放在嘴里时，是矩阵发送给我大脑的信息让我相信这牛排是多么地鲜嫩多汁。这听起来有点画饼充饥的凄惨况味，但是目前我们就是想吃块数码牛排都不容易，因为时下的虚拟环境技术依然很初级，主要应用都集中在视觉和听觉模拟，大众能体验到的不过是三维眼镜加振动座椅的全息电影，大不了高级点的椅背后突然滋点小水柱吹点小风吓人一跳。 不过海市蜃楼总有着让人们追逐的魔力：目前英国的约克大学和华威克大学正在进行一项名为目标：真实虚拟的研究，希望能同时激发人的视听嗅味触五感。 他们正在开发的使用界面是名叫虚拟茧的头盔，它可以按配方释放化学物质制造气味，用触觉器捅他们模拟触觉，通过置于使用者口中的感受器引发味觉，加上业已很成熟的视听模拟和滋小水柱吹小风的技术，这个装置可以让使用者足不出户就游历大千虚拟世界。据开发者说，虚拟茧并不是为了取代真实，而是对真实世界的一种补充。 想象一下，你可以安全地环顾庞贝古城被火山掩埋前几秒的街道，似有若无的硫磺味是只有你能察觉的凶兆；或者在迈阿密的海滩上吹着椰风看日落，看潮涨，看超级大海啸劈头卷来也不用转身逃跑，从此宅人更宅，胖人更胖，不知花非花雾非雾，今夕何夕。 开发者声称目前他们已经掌握了制造这头盔的必要技术，但对于这种多感觉模拟，有个很重要的问题是要协调各种感觉之间的同步关系，如果眼中看到仙人掌却摸到柔软的喀什米尔围巾，或者听着舒缓的爵士乐却闻到过期奶酪气味，会让人感觉当彩色的声音尝起来是苦的而且既然取名为茧却只设计头盔部分，似乎略显小气，如果有人想虚拟一下头部以外的感觉，比如泡温泉怎么办，难道让头盔回答对不起，没有找到您的查询结果，最近似的结果是虚拟淹死，您要不要执行？ 虚拟茧的模型今年三月在伦敦奥林匹亚会议中心展出，只是模型。虚拟世界再好，我们活着也不能靠充电。若想吃真牛排，现在还有时间。 Ref: Engineering and Physical Sciences Research Council (2009, March 4). First Virtual Reality Technology To Let You See, Hear, Smell, Taste

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虚拟现实能虚拟加速度吗？

zhangxp 2009-1-2 02:56

玩驾驶类游戏的时候，最不爽的就是无法体现加速度，我今天玩一个骑自行车的游戏，因为车没能体现出侧倾，竟然经常会把方向打反，比如右拐弯的时候，人本能地会往右边倾斜，但这时候却可能会把方向往左边打（我可是会骑自行车的，骑真车我没犯过这错误），不只是我这样，刚开始玩大家都一样，要习惯一段时间才行。 如果要实现加速度，大致来说，需要两种加速度，一种是前后的，一种是向心的，在普通的游戏机上当然无法实现，但原理上是不是能实现呢？要模拟加速度，肯定不能让模拟器载着人跑来跑去，不然那就是真的，不能叫模拟了。必须限制在小范围内，所以只能用圆周运动来实现，我想了一下，好象是可行的，先考虑二维的吧，在水平面上，将模拟仓置于一个可旋转的大环（假设直径3米）上，这个仓本身也是可自转的，当大环转动起来就会有个向心力，将模拟仓自转到不同的方向就可以模拟出前后左右的加速度，比如面对环心，环转动，推背感就出来了，当右手对着环心，右拐弯的感觉就出来了。 有两个问题，一是环转动起来会有两个加速度，向心加速度和线加速度，这倒不成问题，可以将这两个加速度合成，通过计算和实时调整自转的角度可以让实际加速度和需要模拟的加速度大小和方向都重合，比如模拟从直线进入右拐弯道，先将人面对着环心----环开始转动（此时线加速度模拟向心力)----随着环转速加快将人右手逐渐对着环心----环的转动平稳后人的右手正对环心。模拟从拐弯道出来时按这个顺序反过来就可以了。 第二个问题是自转也会有自转的加速度，这个好象就无法避免了。 用这个方法推广到三维好象也是可以的。 听说飞行员的模拟驾驶非常逼真，不知道能不能模拟加速度。

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计算机里的“真实”世界

songshuhui 2008-9-2 15:39

猛犸 发表于2008-06-3 星期二 8:04 分类: 其他 | | 在一场意外的遭遇战中，你勇猛地砍倒了一名对手，开始寻找下一个目标。突然你的背上挨了重重一击，火烧火燎地痛。你回头看了看，偷袭你的是一名穿着黑袍的法师。他念动咒语，手心里一个火球闪闪发光，越来越大。你心知不好，转身就跑。可是那枚火球还是追上了你，把你炸开了花。 你死了。 片刻之后，你在另外一个地方复活了，甚至连一点受伤的痕迹都看不出来。你一边召集你的朋友们，一边寻找刚才那个法师。 你一定要让他付出代价。 虽然是在游戏中。 感谢计算机科学家们，他们创造了另外一个世界，一个通过虚拟现实技术构建出的世界，在那里，你可以成为你想成为的人。 二十年前的游戏玩家远远没有这么幸运。他们或许能看着一个粗糙的由色块构成的小人在屏幕上跑来跑去，跳起来顶金砖，吃一些奇怪的花花草草，和一条长着带刺乌龟壳的喷火龙决斗，最后救出一个根本看不清长相的公主。但是他们可能也会说：二十年前的玩家远远没有这么幸运 的确是这样。虚拟现实（VR，Virtul Reality）和电子游戏一样，是随着计算机发展而发展起来的。1965年，计算机图形学的奠基者伊万萨瑟兰（Ivan Sutherland）发表了关于终极显示（The Ultimate Display）的论文，提出了感觉真实、交互真实的人机协作新理论，被视为虚拟现实的先驱。感觉真实很容易理解：猫就是一只猫，它应该会喵喵叫，也会掉毛，还会骄傲地走来走去，尾巴举得像一支旗；交互真实则是指人们应该像在现实世界中一样对待虚拟世界的物品。如果面前有一杯水，你可以拿起它来，喝一口尝尝它的味道，也可以把它从一个地方端到另外一个地方，也可以把它摔碎在地上，听见悦耳的声响，或者如果你坚持的话把它倒在裤子上也行。 我们可以看到，这其实是一个不太容易实现的目标。人的对外部世界的感觉有多种：视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉，有些人还声称他们有第六感，不过这个我们可以暂时忽略。让计算机来为我们虚拟出一个世界，这五种感觉都是需要考虑的。 在这五种感觉中，听觉最容易被欺骗。人是通过两只耳朵接收到的声音的时间和大小的不同来判断发声物体的方位和距离的，因此，可以录制出非常逼真的环境音效来欺骗人的耳朵。再加上一个好一些的耳机，人很难分辨出声音是真还是假。 接下来的是视觉。说起来很有趣，人们通常把视觉作为最主要的感觉，但是它也不见得很可靠。人的眼睛长在头的前面（很显然，这句是废话），每个单眼都有外侧90，内侧60，上方55，下方70的视野范围。画个图就能看出来，在人的180视野中，有120的视野重叠部分，就是这些视野重叠部分，让人产生了立体视觉，可以分辨物体的远近。兔子比较惨，它的大眼睛长在头部两侧，视野可以达到240以上，但是却几乎没有重叠部分，所以跑起来可能会撞树也就情有可原了。对于兔子来说，给它一幅画它可能会分辨不出和真实世界在视觉上有什么区别，但是如果仅仅给人提供一个平面显示器，一眼就能看出来它不是真的。这个解决办法也很简单：一个不够就给俩。现在大多数立体电影的原理就是这样，用两台在不同位置的摄像机拍摄，用两台加了偏振片的投影机播放，然后让观众带上偏振眼镜，左眼只能看到左投影机的画面，右眼只能看到右投影机的画面，从而产生立体视觉。在1966年，麻省理工学院就研制出了头盔式显示器，现在我们在电影里也总能看到这种设备，有些看起来就像太阳镜一样。市场上也有卖的，每个眼睛前有一片液晶屏幕，不过没有那么拉风就是了。估计过两年这种眼镜可能就会有让人能够接受的产品问世，让人可以边走路边看电影。当然，对于使用这么炫的眼镜的人来说，撞电线杆也是一种可能的风险。总之，视觉的虚拟也比较容易解决。 那么嗅觉呢？我们都知道，嗅觉是因为鼻腔里的嗅觉细胞捕捉到了气味分子。可不可以像喷墨打印机的彩色墨盒一样，让它在适当时间释放出合适的气味呢？这问题也不大，只要味道数量不太多的话。早在2004年，日本奈良尖端技术研究生院就做出了这种东西，不过只能提供八种味道。现在的人哪，真是太能耐了，这么点小事难不倒的。两三年之内，有些手机就能发带香味的短信了，虚拟嗅觉也会出现的吧。 触觉比较麻烦。人的触觉感官遍布皮肤，而且会根据程度不同，产生出压觉、温度觉、肌动觉（感受震动，或叫位置觉）、痛觉、麻木五种基本的皮肤感觉。看起来只好用什么材料覆盖身体表面，靠它们来产生触觉了。比尔盖茨在《未来之路》里描述了一件触觉紧身衣，现在看来都还算是比较靠谱的设想。但是这东西说起来容易，做起来难度却也不小。时不时能听说某某工作室或者某某公司开发出了这种产品，但是到现在，还是找不到上市的产品。退而求其次的话，数据手套可能是一个不错的替代品。1982年就有人设计出了数据手套，用来作为虚拟现实的输入装置，把人的动作传递到计算机中，但是当时它没有反馈功能，也就是说，它并不会因为你在虚拟世界里端了一杯水或者一桶水而有所区别。现在有些用来玩赛车游戏的方向盘已经具备了力反馈功能，但是这种设备相对于人皮肤表面密密麻麻的触觉感官来说，还是太粗糙。 （虚拟现实设备。从左上到右下分别为遥控手柄、感应头盔、数据手套和另一个遥控手柄） 味觉写到这里的时候，我几乎要放弃了。太难了。人的味觉来源于舌头上的味蕾，但是我们品评食物的时候，却不仅限于用舌头判断。不同的食物给牙齿的感觉也不一样，米饭的软，面条的韧，薯片的脆，该怎么虚拟出来呢。更不要提那些弹牙的佳作参考一下周星驰的《食神》难道要把嘴里也塞满橡胶、金属和电线才行吗？我们可还要留着嘴在虚拟世界里说话呢 看来这条路好像进了死胡同。那么有没有别的办法呢？ 想想《The Matrix》（通常译为《黑客帝国》或《二十二世纪杀人网络》）。这部片子里提出的办法好像简单些：直接把信号输进人的脑中。毕竟我们的所有感觉都要通过大脑来判断、综合，那么我们干吗要舍本逐末地虚拟出视觉、听觉和别的感觉呢？直接让大脑以为我们看到、听到或者闻到岂不是更容易？ 呃不得不承认，这是一个非常诱人的方案。然而，这种解决方案必须建立于一个基础上：大脑是如何工作的？知道的请举手！有非常诱人的奖励！ 遗憾的是，人们到现在还没有弄清楚大脑是如何工作的。我们可以通过电流刺激让视神经没有受损的盲人视野中出现闪烁的亮点，但是甚至没办法让他们看见一副线条简单的简笔画。人们对自身的理解还太少太少。也许某人说得对：如果人的大脑简单到可以被人所理解，那么人将会愚蠢得不能理解自己的大脑。（这句话是谁说的我不记得了哪位记得请回帖告诉我，谢谢^_^。） 好吧好吧。我们现在没有办法实现更逼真的虚拟现实。但是，我们为什么要实现这东西呢？难道真正的现实还不够吗？ （虚拟城市。好看吧？） 有些情况下，仅仅有现实是远远不够的。虚拟现实最重要的一个特性是：你可以花费更少的代价来犯错。我们都在错误中学习，但是有些错误的代价太过高昂，让我们没法接受。你不能先做一架飞机让它飞起来再看看它会不会往下掉，也不能随随便便去爬一座陡峭的山峰，等自己自由落体的时候才想起忘了去上攀岩课。有时候我们也会想尽可能低成本地完成某件工作，例如设计一栋建筑、搬家甚至是尝试一下新菜谱。我们总要先找出正确的方法然后再开始真正的操作。例如波音777整个设计过程是在一个虚拟现实系统里完成的，它一共由超过300万个零件组装起来。这是一个创举。 另外，虚拟现实世界里可以体会完全不同的经历。我们现在玩的很多电脑游戏都可以视为虚拟现实系统，想想看我们在游戏里都做了些什么吧。还有虚拟博物馆、虚拟风景区、虚拟地球等等，我们可以做到那些以前做不到的事情。 除了这些以外，军事仿真、城市规划、室内设计、文物保护、交通模拟、工业设计、远程教育等领域都可以见到虚拟现实技术的应用。虽然它现在还远远没有发展到逼真的程度，但是已经可以帮助人们让工作成本更低，生活更方便，世界更有趣了。 甚至可能是太过有趣了。如果逼真的虚拟现实系统真的被设计制造了出来，那一天真的来到了，我们该怎么判断我们生活在虚拟世界或者真实世界中呢？ 或者，也许这一切已经实现了？ 标签： IT , 信息化 , 虚拟现实

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