厉害了！这群95后正在用三维成像技术让科幻变成现实
摘要：2049年我们能拥有一个“虚拟朋友”么？ 未来尚不可知，但是现在，我们已经拥有了空中三维成像技术。
《银冀杀手2049》中，虚拟女友乔伊获得了大家的青睐，她美丽、贴心、善解人意，关心着男主的点滴，总能在适当的时候给予鼓励与帮助，陨落前冲上去说我爱你，一个从投影中透射出来的人工智能产品有了灵魂，这也许是未来科技想要到达的。
2049年我们能拥有这样一个“虚拟朋友”么？ 未来尚不可知，但是现在，我们已经拥有了空中三维成像技术。 这意味着，我们的视觉方式很快就会发生翻天覆地的变化。打开手机，不管是网购、玩游戏还是刷视频，呈现在我们眼前的图像不再只是手机屏幕上的二维扁平图像，而是有空间感的三维立体图。
听他们自己说
有一群来自北京邮电大学的年轻人经过6年的时间，终于实现了无介质空中成像。观众不需要佩戴任何仪器、眼镜，仅通过裸眼就可看到脱离物理屏幕40厘米以上的三维画面，极具悬浮感、立体感，由教育部组织、权威专家组成的专业委员会评价该技术为全球首创，且核心指标达到国际领先水平。并在第六届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛中拿到了全国总决赛银奖的好成绩。 北京邮电大学的95后团队是如何实现无介质空中成像的？一起来看看他们怎么说吧！
文可敲代码，武可住工厂
这支平均年龄只有26岁的团队，由北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室的十余位博士、硕士生组成。在本科期间，第一次接触到三维显示，这些年轻人就被眼前的成像效果吸引了，科幻电影中想象的场景与实际生活有了连接，那种视觉所带来的震撼感让他们热血澎湃。
“超凡幻境——未来全息光场显示的定义者”这个名字继承自往届前辈们。人们习惯把这项技术和“3D”做对比，但其实两者是完全不同的概念。“全息”在物理上我们把它叫物体的全部信息，比如给一个苹果拍照，普通照片我们能看到它的颜色、亮度等信息，而全息影像可以从手机上、平板电脑上“跳”出来，看到一个特别逼真的苹果浮现在眼前，前后左右能看到各个维度的立体影像，就是物体的全部信息。全息可以不借助任何VR眼镜、3D眼镜等辅助设备，仅靠技术呈现，将图像飞离显示屏幕，裸眼就能看见悬浮在空中的物体。
从2010年开始，导师就带领着学生们研究裸眼显示领域。课题在一代代年轻人的热血中延续，他们一路读研、读博，在三维显示领域花了大量的时间、精力，每天都在研究到底如何能够提高视觉效果，哪怕只是一丁点的进步都能让他们欢呼雀跃很久。 但这群痴迷其中的年轻人们，并没有意识领域的未来性，会导致他们无法找到可以相匹配的硬软件条件，有时只是一个光学元件都能让他们崩溃许久。
为了能够让成像效果更好，每个光学元件都会经过团队反反复复设计、但由于他们技术的前沿性，导致在市场上找不到相应的硬件支持，辛辛苦苦做的设计，往往并不能如愿生产，厂家看过设计后，要么直接拒绝说太难；要么就是加工后，拿到手里发现货不对板。
设备问题不解决，哪怕技术再牛也毫无意义，既然工厂没有办法直接按照设计生产出来，那么他们就与工人一起去打磨，“既然没有人能去做，那我们就跟那些人去联系，我们一起去学。”
为了找到合适的厂家，原本在实验室里搞技术、搞研发的人都跑去了工厂，与工人们一起讨论如何加工，连续找了三十多家工厂后才终于找到了深圳一家工厂。
工厂位于深圳郊区，周边都没有什么其他设施，这群从小没有吃过什么苦头的年轻人，拖着行李开始跟工人同吃同住，与工人一起讨论、研发，将自己的专业理论知识与工人的实操经验相结合。 工厂条件很艰苦，但每次一有新的方案，团队就立马火急火燎赶过去，一待就是20多天。原本陌生的工厂变成了他们的第二个大本营，曾经不熟悉的工人们也打成了一片，还常常互开玩笑，他们说工人个个都身怀绝技，工人感慨他们的发量太过浓密。
每一个光学元件都经过了这般打磨，每一件产品也都是这样慢慢拼接加工出来的，每当看到产品一点点成形，这群年轻人早已忘记在工厂里所吃过的苦头。
正是这般一头扎进行业里的执拗，设备才能落地。
▲设备外观
当前项目取得了阶段性胜利，但仍面临一些挑战——成像设备太大，不够轻巧便携。但相信靠他们这股死磕劲，这一问题终究会被解决，毕竟，在74年前世界上第一台通用计算机“埃尼亚克”，也曾是占地170平方米、重达30吨的庞然大物。‘
万事俱备，巧遇华为
用现在定义未来，这个研发过程远比想象中难，除了设备的生产、打磨之外，还有当前软件局限性带来的重重挑战。 全息光场景课题从2010年开始着手研究，到2016年快速发展，之后保持着每年一次的迭代速度，在分辨率、视角和出屏距离三个重要参数上得到两到三倍的提升。2018年，在技术方案引进的过程中与华为结下了不解之缘，缘分一直延续到现在。在产品更新迭代中，华为提供了很大的帮助。
首先，华为解决了海量数据存储问题。图像要实现三维立体，从采集过程开始，就要比二维图像更加复杂。一个三维物体在图片采集阶段，至少需要五六十台相机全方位的拍摄，这些高清图片叠加在一起就是一个不小的储存量，图片在传输、渲染时也会造成非常大的运算量。
将三维成像与普通电影做对比，大概会在一千倍左右。三维显示展现一张8K图片，需要7680×4320的像素，每个像素有3个子像素，每个子像素分开编码，一共有7680×4320×3，大概是1亿个子像素需要计算。在实验阶段，团队往往要耗费大量的时间来等待程序运行完毕，有时只是渲染一帧图像，就需要一天一夜。
而目前正在研究的3D全息通信技术，需要上传视频或者实时直播，单张图片就有1亿子的运算，而每一秒的视频大概有30帧左右，这样每秒的计算量就是30×1亿，目前团队使用的光线追踪技术，需要发射1亿的光线合成一张图像，速度慢，消耗时间长。
基于华为的海量存储、海量运算的技术，团队开发了一个平台，将它命名为“海量光场数据集成并行渲染平台”，通过平台将8K图片进行区域的拆分，拆成几百个小区域，每一个区域同步计算，这样一来，整个运算效果得到了显著提升，而且每一个区域同步的计算量也比之前使用CPU计算的速度快很多，同时降低渲染时间，达到实拍实时传输，实时显示的状态。相比于自行购买硬件，市面上高性能显卡都极其昂贵，如RTX3090价格超过一万元，使用华为云在经济上也更节省。
分布式光场图像渲染软件平台结合华为云弹性计算的特性，避免了前期的硬件投入，解决高质量光场图像渲染效率低下的难题。通过REST接口对模型数据进行管理和使用，结合华为提供的SQS点对点服务完成了此分布式系统中异步消息的构建，实现了多渲染任务的并行执行。
另外，华为解决了实时动态的问题。比如空气中浮现了一个苹果的三维影像，我们用手去触碰，它能展现出触碰后的形态，旋转或者变形，这个就要求三维数据实时发生变化，引入华为技术之后，帮助团队实现实时数据转化，完全实现实时的交互。
▲人体器官全息再现
2018年，团队与华为共同合作研究全息通信领域。我们目前的通信方式都是二维层面的，脸、身体禁锢在屏幕中，虽然解决了大多数通话需求但未来肯定不仅局限于此，一位远方的母亲是否想要看见孩子立体的脸庞，并触碰到他呢？除了日常通信，会议也逐渐成为人们工作沟通的方式，即使远隔千里，利用技术将对方一颦一笑清晰的呈现在眼前，就像科幻电影里的场景一样，听听就很兴奋。
而不论是全息视频还是全息会议都需要两个基本技术来支撑。第一个技术就是通信，2019年世界进入5G商用元年，华为将5G技术推向了全世界，它带来的不仅仅是速度上的提升，还有万物互联的构建。华为提出了“智能体”概念，以AI为核心，以云为基础，云网边端协同。通过联接、人工智能、云、计算及行业应用的有机协同，构建一个立体感知、全域协同、精准判断、持续进化的开放的智能系统。而5G的发展正好是实现网络无缝覆盖和万物互联的基础。未来将是一个物理世界和数字世界的融合。另外一个就是显示终端，华为在技术上帮助团队传输数据再实时转化成空间的真实人物浮现。目前项目第一期已经结束，团队和华为正在为第二期的研究做准备。
科幻现实化，还远吗
如今，超凡幻境项目成果已经申请国家发明专利21项、授权11项，成功应用到了国家20多个重要单位和企业中，涉及展览、通信、金融等多个领域，用颠覆三维显示的技术同时也颠覆了其他领域的传统应用方式。
北京天文馆里，使用全息光场显示技术展示宇宙中八大行星绕着太阳转的场景，不再是依靠屏幕中的二维图像或3D动画来展示，而是能够用真正的三维图像让人身临其境。
同时，在教育部举办的全球首届世界慕课大会中，超凡幻境项目组被邀请到现场，全球直播展示未来互联网+线上教育的可能性。
对于学习几何、空间的孩子来说，不用再惧怕缺乏想象力而感觉学习吃力、困难。
相信不久的未来，孩子们都能够在学习中直接看到呈现出的几何图像，无须想象，就能看到书本中描绘的物体全貌，这就意味着，未来关于立体、空间等等需要想象的知识，都可以变成我们能够看到的三维立体图像。
而这只是超凡幻境项目未来场景的一个缩影，这群年轻人所做的事情，就是要颠覆大众习以为常的二维视觉方式，用全新的三维视觉改变我们生活的方方面面。目前团队正在与华为联合研发下一代交互式全息视频通信系统，已经取得重大进展。
▲华为将本产品应用到宽带通信业务
这世界终究是靠有追求、有热爱的年轻人在推动，当越来越多的年轻人能把心血都投入到定义未来领域里，那么这个社会定将会飞速发展。
作为一家拥有高端技术和人才的企业，华为一直都在为这样的年轻人提供技术支持、项目帮扶。但从去年开始，华为将不再只限于此，与高校联合培养更多能够定义未来的高端人才。
华为联合教育部，在有关高校建设“智能基座”产教融合协同育人基地，现已在北京大学、清华大学、上海复旦大学、上海交通大学、西安交通大学、哈尔滨工业大学等72所高校，把鲲鹏、昇腾系列课程融入计算机专业、软件工程专业、人工智能专业、电子信息专业进行首批试点。
中国的未来看高端技术的发展，高端技术的发展看各大高校的年轻人，现如今，华为带着技术走进了各大高校，相信不久的未来会有越来越多有技术、有想法、有热情的年轻人喷涌而出，到那时智能化还会远吗？
