跟老师「隔空」讨论作业,全息技术颠覆教育离我们还有多远?

商业

2019-12-19 11:46

本文来自公众号硅谷洞察(ID:guigudiyixian),作者 Juny,爱范儿经授权发布。

几年前,很多人一定被这样一段影像惊艳过。在体育馆中,一头鲸鱼高高地跃起又落下,一时间水花四溅,场边的观众惊呼连连。

而影像背后的美国著名增强现实设备生产公司 Magic Leap,当年就凭借几个类似的「概念」宣传视频一时声名大噪,市场也对全息、AR 技术充满了热情和期待,而随着 5G 的全面铺开,全息技术也可能迎来新的「拐点」。

今年开学季,北京邮电大学首次采用 5G 全息直播技术实现两校区同上一门课,以全息影像的方式,将远在 25 公里外的教授「搬」到了另一校区的教室里,让人们看到了将「天涯变咫尺「的全息技术更多的可能性。

▲(图片来自北京邮电大学微信公众号,版权属于原作者)

那么,全息技术跟增强现实、虚拟现实有何不同呢?它将给教育行业带来怎样的改变,又还会面临怎样的技术挑战?

全息技术与 AR、VR 的区别

实际上,近些年在虚拟成像领域,我们经常会听到全息投影、AR、VR 技术,很多人可能会迷糊,这几个技术都能让用户产生身临其境的体验,它们究竟有何区别?

虚拟现实技术 (VR) 是指由计算机模拟生成具有实时动态的三维立体逼真虚拟世界,通过佩戴相关设备让使用者与虚拟环境产生互动。目前 VR 技术相对成熟,在游戏领域有比较广泛的应用和开发,关于 VR 游戏发展可查看硅谷洞察之前的文章:收购 Beat Game,Facebook 离「VR 游戏社交王国」梦还有多远?  而 VR 技术最显著的特点就是所创造的场景都是虚拟的,与现实世界没有联系。

增强现实技术(AR)则是一种将真实世界信息和虚拟世界信息「无缝」集成的技术。把原本在现实世界的很难体验到的实体信息(包括视觉信息、声音、触觉等),通过计算机模拟仿真后再叠加,将虚拟的信息应用到真实世界,让用户拥有超越现实的体验。AR 技术的特点就是能在真实环境看到虚拟事物,将其叠加在了同一个画面或空间,具体应用比如曾风靡一时的寻找宠物小精灵的游戏 Pokeman Go。

▲(图片来自网络,版权属于原作者)

而全息投影技术(front-projected holographic display)也称虚拟成像技术,是利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像的技术。该技术记录了包括外观、颜色、运动轨迹、空间位置等全部信息,并事先做好的影像,再播放出来以 3D 形式展示在观影者面前。

从技术层面讲,VR、AR 技术都是通过计算机实现,全息技术则是通过光学原理实现本质上是一种投影技术。而全息投影最大的优势在于可以不通过 3D 设备就可以裸眼观看到逼真的虚拟画面,因此应用的场合和领域更加广泛。

老师「分身术」、三维全息图,全息+教育的想象空间在哪里?

全息技术最早是由英国物理学家丹尼斯·盖伯于 1947 年在研究增强电子显微镜性能手段时偶然发明,并获得了 1971 年的诺贝尔物理学奖。最开始,全息投影作为一种科研手段存在,仅被应用于电子显微技术中。但随着投影技术的不断发展,全息投影技术已经被尝试应用于娱乐、建筑、医疗等多个领域。

比如在演唱会中让周杰伦与邓丽君跨时空「对唱」。

比如在博物馆里,让敦煌壁画上的天女在你眼前「复活」舞动。

比如在台桌上升起 3D 建模图用于工业设计。

而全息技术在教育行业的应用也让人看到了无限潜能,且意义重大。

首先,全息技术将打破传统的「面对面」教学模式,打破了课堂的地理、物理限制,更好的促进教育公平。

去年 11 月,英国帝国理工学院就宣布将在商学院首次开设「全息投影」课程形式,学生和讲师将可以实现隔空互动,讲师还能直接与学生们进行眼神交流,并同时可以实现 4 个人的同时交互活动。除了实时呈现影像,授课过程还可以被录制下来,在需要的时候可以再次播放。

▲(帝国理工的全息「教授」,图片来自于网络)

帝国理工是第一个这样采用该种方式授课的学术机构,推出后在教育系统引起了很大反响。学校表示虽然全息技术还有一定局限,但该技术的优势已经远远超过了它可能面对的风险。美国政府目前也已经在阿拉斯加等偏远地区提供了专项资金,用于通过全息投影形式进行教育。

而随着 5G 技术的发展,凭借低时延、高速率特性实现的 4K 影像实时传输的特点让图像数据传输更加稳定,目前包括 MIT、斯坦福大学、清华大学、北京邮电大学等在内的国内外顶尖高校也都在尝试探索将「全息」老师带进课堂的可能,如同北邮一样,多个学校都实现了「教授」在不同校区同时上课。

▲ (图片来自网络,版权属于原作者)

除了在教学模式上的转变,全息技术还能给教育内容带来多样性和趣味性,提升教学效率。

通过将书本上的静态物品和知识进行三维图像转化,有效实现动画转换,让书本上的知识活起来,因此充分调动学生的感官与听觉,帮助学生提高他们的思维发散能力,从而实现更好记忆和更深入的理解。

比如在在飞机制造课程教学中,由于飞机体型巨大,如 C919 的翼展就有几十米长,实验室难以构建场景,而且实验失败的成本很高。但是通过虚拟仿真实验,学生不仅可以在实验室中体验这个过程,还可以把原来物理实验中不能重复做的,在虚拟环境中不断迭代,增强实验能力。

▲ (图片来自网络,版权属于原作者)

比如在医疗课程中,过去需要老师带着学生们进行器官解剖,而通过全息技术,教授们可以将器官通过全息立体投影成像,并且可以看到虚拟成像的具体细节,学生则可以通过这个立体成像一目了然的了解生物的具体的内部结构,从而达到高效教学的目的。

今年 11 月,位于美国俄亥俄州的凯斯西储大学的研究团队使用使用了微软 HoloLens 的全息技术创建了第一个交互式的人脑神经通路的全息图像。研究团队表示,由于大脑神经通路很小,在现实中很难通过 2D 书本教学和实物操让学生精准而生动的认识,而通过全息脑图将使大脑神经结构更加立体形象,进而帮助老师能够进行互动性更强、更为立体直观的额可视化教学和研究。

▲(图片来自网络,版权属于原作者)

全息技术的市场前景以及面临的技术壁垒

除了教育行业之外,全息技术还可能给各行各业带来颠覆性的变化。然而,纵观近年来全息产业相关领域的发展,却并非一帆风顺。今年,「全息筑梦商」Magic Leap 爆出 E 轮融资进展不顺利、Magic Leap One 销量惨淡,产品大量积压,公司 CFO 和创意策略副总裁纷纷离职,多个部门员工遭到裁减。

国内市场也是如此,于 2015 年成立于北京的微美全息,在今年 7 月在纳斯达克提交了 IPO 申请,若上市成功将成为「全息 AR 第一股」。但微美全息 IPO 也是一拖再拖,近期被爆公司收入大部分来源于广告,至今还未成功上市。

▲(图片来自微美全息官网,版权属于原作者)

看起来,全息技术带来的「魔幻」概念在现阶段仍难以真正落地。那么,究竟是什么制约了全息产业的发展呢?

首先,介质问题。全息投影必须需要一定的介质投影在上边才能实现,虽然空气被认为是最理想的介质,但受温度、湿度等因素影响目前还不能达到理想效果。目前常见的三种介质分别为水雾、镜面激光旋转和全息膜投影,但在很大程度上制约了全息技术使用的场合和效率。

其次,声效问题。全息投影技术想让用户有真实的体验就必选保证声音的真实度。所以不仅要采取沉浸式的音频,而且要求在不同的方向或声场,观众所听到的效果都有所不同,如何在应用场合下保证真实的音效也是难点之一。

最后,传输问题。要保证全息平台运作正常稳定,则需要高效的内存分配和超强图像处理能力,但是要想同时实现百万级的并行处理,对网络速度和硬件设备都提出了很高的要求。

随着 5G 的全面铺开,全息产业的下一阶段发展可能也将迎来新的转机。据 Mordor Intelligence 最新发布的报告显示,全息显示市场 2018 年价值 16.54 亿美元,预计到 2024 年将增长到 76.01 亿美元,在预测的 2019-2024 年期间内,年均增长率达到 28.4%。

▲ (图片来自 Mordor Intelligence,版权属于原作者)

而从全球地区增长分布来看,北美地区和亚太地区增长最快。而印度市场目前虽然仍处于起步阶段,但 Mordor Intelligence 预测,随着零售业的兴起、科技产业的发展,印度也将成为全息产业的另一个增长极。

 

▲(图片来自 Mordor Intelligence,版权属于原作者)

但是小探认为,5G 的到来虽然能够帮助解决传输问题,但投影介质仍然是市场需要解决的核心问题。一旦空气介质问题得到攻克,便能够在空气中随时成像,也就代表着我们正式从泛屏幕时代迈入无屏幕时代,那将是人类科技的一次史诗级的突破。

可喜的是,近几年来,高校和企业也取得了众多突破性的进展。三星于 9 月完成了一项三维影像专利申请,能将我们手机平面看到的画面成为立体显示在空气中,不需要任何的幕布。而于 2018 年在合肥成立的东超科技,也从中科大实验室中走出在空气成像商业化应用上发力。

虽然目前的空气全息投影还面临着第像素、颜色单一、成本高昂等问题,但我们至少能看到全息投影真正到来的曙光,谁不想早日像 Tony Stark 一样在空气中「挥斥方遒」呢?

你们怎么看待全息产业的发展呢?你们认为还有多久全息时代才能真正到来?欢迎大家留言讨论!

(本文授权转载自硅谷洞察:硅谷资源的第一入口,更多文章请点击网站:www.svinsight.com。如需转载此文,请联系原作者。)

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