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公司 2015-8-31 10:26

怎样的雨能在屋子里下,又不淋湿屋中的人?

编者按:本文作者为张静,是计算机视觉、虚拟现实、增强现实等领域的专家,个人订阅号“黑客与画家”(HackerAndPainter)。

《雨屋》是什么?

先插播新华网的一则新闻 ——《雨屋》登陆上海余德耀美术馆 花150元淋10分钟雨?

轰动伦敦和纽约的大型装置艺术《雨屋》,9月1日-12月31日入驻上海余德耀美术馆。在昨天的媒体预展上,记者提前感受了这场淋不到的雨,结果发现,只要你动作稍微快一点,雨还是淋得到的,人和机器互动居然还带着点自虐的快感。

余德耀美术馆引进的《雨屋》,场地面积达到150平方米,是迄今最大的一件《雨屋》。这件作品最吸引人的地方在于,它通过天花板上的高科技装置,能瞬间感知观众的行为,观众所到之处,大雨便戛然而止。《雨屋》让观众在和雨的互动中完成艺术创作,以此探讨人和技术、人和自然之间的互动关系。

《雨屋》是怎么实现的?

整个装置可以分成三部分:输入、处理和输出。

输入负责室内人体数据(像素)的采集,处理负责从像素信息中得到位置(x,y坐标),输出负责控制顶部水流喷头的开和关。

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输出部分类似下图中上海世博会鹿特丹案例馆的水幕,给个 ON 信号就出水,给个 OFF 信号水就停掉,本文不展开介绍。

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输入部分使用什么传感器?

在展览展示行业中这种互动装置被称为“地面互动投影”,传感器和投影仪都位于顶部。传感器通常是带补光的红外摄像头(IR camera)或深度传感器(depth sensor)。投影仪在这个装置中被水幕所代替,原理是一样的,程序中的 RGB 像素变成 ON/OFF 开关而已。

那么,这个装置用的是红外摄像头还是深度传感器呢?看看这款装置的艺术家是怎么说的:

艺术家 Hannes Koch 来自英国的 Random Internatinal 设计工作室,披露了室内安装了多个 3D 传感器,传感器侦测人体的移动,允许雨滴在人体所在的位置停止。当人离开后,雨继续落下。每个雨水开关都有 30 英尺的干燥半径,也就是 90 厘米的半径。因此雨屋参展人数不能太多(在纽约展出的时候是限制 10 人),不然屋里的雨都会停掉。

所以用的是 3D 的深度传感器,按照行业惯例,最有可能的还是 Kinect 一代。关于深度传感器的综述,点击“查看原文”进行阅读。

kinect

处理部分怎么编程?

互动装置都是需要编程的,这个行业涉及到的编程语言有 C++、Java 等,开发工具则是 Visual Studio、Processing、Unity3D、OpenCV 等。如果读者感兴趣,我会在后续的专栏中介绍我之前开发的一些互动装置。

从深度传感器处得到的数据如下图,离传感器越近的值越亮。

Rieder_1

程序在处理时将整个场景划分为一个个格子,每个格子对应一个喷水口。伪代码如下:

for each cell:
   if there is non-zero pixel in the cell:
      send ON signal
   else:
      send OFF signal

 

下面的示意图由 Processing 生成:

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如何合并多个传感器的结果?

一个深度传感器的覆盖面积在 10 平米以下,而《雨屋》的室内面积达到 150 平方米,因此需要近 20 台传感器。传感器之间的画面难免会重叠,一个人会同时出现在多个传感器点画面中,在下面的示意图中整个场景由四个传感器覆盖,实际情况比这个更复杂。(示意图由 Processing 生成。)

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因此程序中还需要设置重叠部分像素的归属权。

这项技术还能应用到什么场景?

虚拟现实(Virtual Reality)中可以使用这项技术,当你戴上虚拟现实头盔(HMD),漫步在空无一物的房间中,室内定位系统检测到你的真实位置(x、y、z),头盔中渲染的则是虚拟世界中你能看到的场景(由真实的x、y、z映射到虚拟世界中)。

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届时,你看到的不只是雨了,而是一个全新的世界,走得快了也不会被雨淋到。(附图为 The VOID 和 黑客帝国 3。)

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