微美全息科學(xué)院：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)助力智慧交通新基建

    按：在云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、AI、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)時(shí)代，數(shù)字孿生技術(shù)已經(jīng)全面滲透到我國(guó)城市發(fā)展進(jìn)程中。VR/AR（虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）技術(shù)的發(fā)展，使虛實(shí)交融的沉浸式應(yīng)用場(chǎng)景成為可能，并通過(guò)搭載視頻、游戲、娛樂(lè)、電子商務(wù)、本地信息服務(wù)等多元化應(yīng)用，營(yíng)造全方位、立體化的感官體驗(yàn)和消費(fèi)服務(wù)，激發(fā)更多信息消費(fèi)潛力。

    作為納斯達(dá)克上市企業(yè)“微美全息WIMI.US”旗下研究機(jī)構(gòu)“微美全息科學(xué)院”的科學(xué)家們認(rèn)為，5G、人工智能、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)將加速與個(gè)人穿戴、家居生活、交通出行、健康健身等消費(fèi)需求集成融合，會(huì)改變著整個(gè)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式，并推動(dòng)民生服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施智能化升級(jí)。以下是微美全息科學(xué)院的科學(xué)與技術(shù)的融合性觀點(diǎn)，對(duì)“智慧交通新基建”具有前沿性指導(dǎo)意義。

    2020年11月18日，Realize Medical公司宣布在其醫(yī)療虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）平臺(tái)“ Elucis”中發(fā)布其新的集成遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)協(xié)作功能。醫(yī)療保健和教育領(lǐng)域的用戶現(xiàn)在可以在Elucis協(xié)作VR環(huán)境中與他們的同齡人會(huì)面——而Elucis環(huán)境提供了一種安全的解決方案，讓人們可以在新冠病毒大流行的封城期間傳輸、分享3D內(nèi)容。借助Elucis，不同用戶可以一起接入虛擬共享環(huán)境，并同時(shí)創(chuàng)建和編輯醫(yī)學(xué)圖像中的3D模型。通過(guò)將項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)器或機(jī)構(gòu)認(rèn)可的云存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器上，只需單擊一下鼠標(biāo)，便可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)部遠(yuǎn)程協(xié)作。Elucis還允許導(dǎo)出項(xiàng)目，從而使用戶可以與外部進(jìn)行協(xié)作并安全地共享工作[1]（如Figure 1所示）。

    Figure 1: 工作人員通過(guò)Elucis接入虛擬共享環(huán)境，共同實(shí)施病理器官手術(shù)

    虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)Elucis反映了AR技術(shù)在“遠(yuǎn)程協(xié)作”功能上的一個(gè)典型應(yīng)用。事實(shí)上，由于無(wú)法讓消費(fèi)者埋單，AR設(shè)備從2017年起，開(kāi)始轉(zhuǎn)向需求更為明確的企業(yè)市場(chǎng)。經(jīng)過(guò)數(shù)年的產(chǎn)品迭代和市場(chǎng)教育，AR設(shè)備在教育、工業(yè)、安防等垂直行業(yè)逐漸站穩(wěn)腳跟，吸引到越來(lái)越多的政府和企業(yè)客戶。而在2018年之后，行業(yè)對(duì)AR需求在工業(yè)領(lǐng)域慢慢收斂到兩個(gè)核心場(chǎng)景：一是遠(yuǎn)程協(xié)作，二是可視化指導(dǎo)培訓(xùn)。在安防、旅游等領(lǐng)域，AR的作用也類似，主要通過(guò)圖像識(shí)別，給使用者提供額外的信息，包括人的身份信息、博物館展品的介紹等。AR技術(shù)在行業(yè)領(lǐng)域的穩(wěn)健發(fā)展反襯出AR技術(shù)在消費(fèi)領(lǐng)域的弱勢(shì)：

    （1）第一代谷歌眼鏡1500美元的售價(jià)、極為有限的功能和過(guò)短的續(xù)航時(shí)間等，使其在2014年量產(chǎn)進(jìn)軍消費(fèi)市場(chǎng)時(shí)出師不利，迅速成為行業(yè)“先烈”。

    （2）獲谷歌和阿里巴巴投資的明星AR企業(yè)Magic Leap成立七年、燒掉20多億美元之后，才在2018年拿出首款面向消費(fèi)者的AR眼鏡Magic Leap One。這款售價(jià)2295美元的產(chǎn)品在上市之初就遭到媒體惡評(píng)，導(dǎo)致產(chǎn)品積壓，公司融資受阻，創(chuàng)始人下臺(tái)。

    造成兩個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景中AR技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)此消彼長(zhǎng)的根源，（1）內(nèi)因在于AR技術(shù)的發(fā)展成熟度，（2）外因則是行業(yè)領(lǐng)域、消費(fèi)領(lǐng)域有著完全不同的底層邏輯。

    首先，是AR技術(shù)發(fā)展成熟度問(wèn)題�，F(xiàn)階段的電池技術(shù)、芯片能耗、穿戴體驗(yàn)等方面，會(huì)限制AR設(shè)備使用的范圍，使其難以普及。在中國(guó)發(fā)展高層論壇2017年會(huì)上，蘋果CEO庫(kù)克表示“AR技術(shù)的成熟有賴于傳感器、顯示、電池等領(lǐng)域的共同演進(jìn)，AR當(dāng)時(shí)處在起步階段（Phase 0），還看不到巨大的突破”。也正是由于這些關(guān)鍵系統(tǒng)組件的不成熟，導(dǎo)致當(dāng)前的消費(fèi)級(jí)AR設(shè)備多為分體式設(shè)計(jì)：眼鏡負(fù)責(zé)顯示AR影像和視頻采集，并通過(guò)數(shù)據(jù)線與外置的電池和計(jì)算模塊相連。這種分體式設(shè)計(jì)顯然限制了AR設(shè)備的便攜性，注定了它短期內(nèi)無(wú)法在消費(fèi)領(lǐng)域普及。

    其次，消費(fèi)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域各自不同的底層邏輯，造成了AR技術(shù)在兩個(gè)市場(chǎng)分別采取了不同的產(chǎn)品計(jì)劃路線。

    （1）消費(fèi)領(lǐng)域產(chǎn)品的底層邏輯側(cè)重于“用戶體驗(yàn)”。可是由于當(dāng)前階段的電池技術(shù)、芯片能耗、穿戴體驗(yàn)等方面的短板，致使消費(fèi)級(jí)別的AR設(shè)備存在如下缺陷：沒(méi)法長(zhǎng)時(shí)間佩戴，還會(huì)遇到出汗、難以更換電池等問(wèn)題。在手勢(shì)識(shí)別方面，多安裝一個(gè)3D攝像頭不僅增加數(shù)千元成本，還會(huì)增加耗電和用戶的學(xué)習(xí)成本。因此在消費(fèi)領(lǐng)域內(nèi)，傳統(tǒng)科技巨頭蘋果、谷歌等近年悄然將AR技術(shù)的重心轉(zhuǎn)向軟件以待風(fēng)起。

    （2）而行業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品的底層邏輯則在于“降本增效”：如果你是一家制造企業(yè)，這個(gè)設(shè)備可以提升你產(chǎn)量的1%，就是1000套HoloLens，你也會(huì)買。而且側(cè)重于行業(yè)應(yīng)用的產(chǎn)品基本上多為專用性產(chǎn)品，只需滿足特定場(chǎng)景的具體任務(wù)，因此在功能選擇、硬件配置、工業(yè)設(shè)計(jì)上要專注、取舍、克制。也就是說(shuō)行業(yè)應(yīng)用“降本增效”的底層邏輯關(guān)注的是性價(jià)比，雖然方案可能不完美，但只要整體方案可以節(jié)省成本，帶來(lái)效益成倍的提升，企業(yè)就愿意去列裝。而這也是為什么AR設(shè)備在教育、工業(yè)、安防等垂直行業(yè)逐漸站穩(wěn)腳跟，吸引到越來(lái)越多的政府和企業(yè)客戶的原因。

    行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的底層邏輯，恰好為AR技術(shù)在其它新興行業(yè)的應(yīng)用指出了一個(gè)潛在的方向，譬如智慧交通的新基建方面。

    智慧交通領(lǐng)域存在以下四個(gè)核心訴求[2]：

    （1）安全。在安全方面，在人工智能系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制下，人、車、路將會(huì)進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，交通事故概率將會(huì)顯著降低；而且無(wú)人駕駛時(shí)代來(lái)臨后，酒駕、路怒癥、闖紅燈、疲勞駕駛等問(wèn)題將得到根本解決。

    （2）便捷。在便捷方面，現(xiàn)行交通系統(tǒng)缺乏系統(tǒng)性、協(xié)調(diào)性，不同交通方式未能發(fā)揮聯(lián)動(dòng)作用。以換乘為例，地鐵站和公交站設(shè)置不合理，導(dǎo)致人們換乘需要付出較高的時(shí)間成本；而應(yīng)用人工智能技術(shù)后，將通過(guò)對(duì)各類交通數(shù)據(jù)的整合與分析，對(duì)城市交通流量變化進(jìn)行預(yù)測(cè)，幫助交通運(yùn)輸運(yùn)營(yíng)企業(yè)更好地設(shè)置公交及地鐵站點(diǎn)，合理安排路線等，給人們的生產(chǎn)、生活帶來(lái)諸多便利。

    （3）高效。智慧交通系統(tǒng)可以實(shí)施整體性優(yōu)化，通過(guò)“智慧交通大腦”協(xié)調(diào)各方資源，幫助人們制訂更為科學(xué)合理的出行方案，提高交通路網(wǎng)承載能力及交通運(yùn)行效率。

    （4）以人為本�！耙匀藶楸�、為民服務(wù)”是智慧交通創(chuàng)造價(jià)值的根本途徑，滿足人民日益增長(zhǎng)的美好生活需要是建設(shè)中國(guó)特色社會(huì)主義的必然選擇；而交通作為一個(gè)高頻剛需需求，會(huì)對(duì)人們的生活水平與質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。在智慧交通系統(tǒng)中，人的需求將會(huì)得到充分尊重，系統(tǒng)會(huì)從城市整個(gè)交通生態(tài)角度上配置資源，以人為本，實(shí)現(xiàn)人、車、路之間的高度和諧。

    圍繞智慧交通領(lǐng)域的上述四點(diǎn)核心訴求，秉持著行業(yè)應(yīng)用以“生產(chǎn)效率”為核心的“降本增效”的底層產(chǎn)品邏輯，AR技術(shù)將有望通過(guò)更加高效便捷的人機(jī)交互方式，將智慧交通智能基礎(chǔ)設(shè)施的路網(wǎng)全域感知信息，導(dǎo)入到智能駕倉(cāng)，直接提升司乘人員的駕駛體驗(yàn)。

    在《碟中諜4》中，寶馬i8概念車的車前擋風(fēng)玻璃上的影像不僅可以顯示導(dǎo)航信息，還能在肉眼未見(jiàn)前，超視距地顯示出前方路面出現(xiàn)的行人和障礙物，而觸控操作更是令人炫目（如Figure 2所示）。事實(shí)上，倒車可視、HUD、全景影像等都是AR技術(shù)在汽車領(lǐng)域的成熟應(yīng)用。

Figure 2: 寶馬i8概念車的ARHUD，車前擋風(fēng)玻璃上可以現(xiàn)實(shí)導(dǎo)航信息

    可即便是《碟中諜4》中近似于科幻的ARHUD（基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的抬頭現(xiàn)實(shí)設(shè)備），在我國(guó)正在大力發(fā)展的智能網(wǎng)聯(lián)汽車面前仍然保守的像個(gè)小弟弟：因?yàn)橹腔劢煌ㄐ滦突�礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)能提供路網(wǎng)的全域智能感知信息，這將使汽車操作的自動(dòng)化程度、安全程度提升到一個(gè)嶄新的高度。自動(dòng)駕駛目前需要有三大基礎(chǔ)設(shè)施：

    一是智能網(wǎng)聯(lián)汽車，是指搭載了先進(jìn)的車載傳感器、控制器、執(zhí)行器等裝置，并融合現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車與車、車與路、車與人、車與云端（就是服務(wù)器）、智能信息的交換、共享，具備復(fù)雜環(huán)境的感知、智能決策、協(xié)同控制等功能，可實(shí)現(xiàn)安全、高效、舒適、節(jié)能行駛，并最終實(shí)現(xiàn)替代人來(lái)操作汽車的新一代汽車。

    二是要給智能網(wǎng)聯(lián)汽車提供各種各樣的信息，通過(guò)“5G+北斗”構(gòu)建的車聯(lián)網(wǎng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)V2車路、車與周邊環(huán)境協(xié)同，對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車提供精準(zhǔn)時(shí)空位置服務(wù)的一種泛在的信息網(wǎng)絡(luò)，車聯(lián)網(wǎng)是這樣一種信息網(wǎng)絡(luò)。

    三是自動(dòng)駕駛高精地圖。地圖也是基礎(chǔ)設(shè)施嗎？是的，我們國(guó)家將來(lái)變成智慧的地球、智慧的區(qū)域管理等等都是要依賴地圖的。對(duì)自動(dòng)駕駛地圖來(lái)說(shuō)，高精地圖含靜態(tài)信息就跟現(xiàn)在的地圖一樣，如道路的形狀和它的類型，可以控制彎道的車速，而進(jìn)入高架橋下面或者隧道里面就會(huì)自動(dòng)啟用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)來(lái)彌補(bǔ)北斗這個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)的不足。

    借助智慧交通新基建帶來(lái)的路網(wǎng)全域智能感知信息，能極大滿足智慧交通領(lǐng)域四個(gè)核心訴求中的“安全”、“便捷”、“高效”，唯獨(dú)缺少了“以人為本”這個(gè)關(guān)鍵因素——因?yàn)槿绻�路網(wǎng)全域智能感知信息只能在車載操作系統(tǒng)后臺(tái)參與汽車自動(dòng)駕駛的話，雖然默默無(wú)聞的提高了交通的運(yùn)行效率，但用戶是無(wú)感的。為了讓用戶能有效的感覺(jué)到智慧交通帶來(lái)的便利體驗(yàn)，智慧交通新基建所提供的智能信息必須介入到人機(jī)交互的過(guò)程中，必須沖擊到用戶的“眼睛”和“耳朵”中去，這就需要一個(gè)有效的人機(jī)交互媒介——而ARHUD就是這樣一種非常恰當(dāng)?shù)娜藱C(jī)交互設(shè)備。從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，ARHUD可以有效助力智慧交通新基建。而在后續(xù)的產(chǎn)品原型概念設(shè)計(jì)中，則必須謹(jǐn)記“行業(yè)應(yīng)用產(chǎn)品”和“消費(fèi)領(lǐng)域產(chǎn)品”不同的底層產(chǎn)品邏輯，既能為廠商降本增效、又能顧及用戶體驗(yàn)。在這個(gè)過(guò)程中，通過(guò)智能網(wǎng)聯(lián)設(shè)施向智能汽車的ARHUD接入哪些信息對(duì)用戶最有用、最有視聽(tīng)沖擊效果？自動(dòng)駕駛高精度地圖以怎樣的方式介入到用戶的駕駛行為？這些都是有意義的課題。

微美全息科學(xué)院

    微美全息科學(xué)院成立于2020年8月，致力于全息AI視覺(jué)探索科技未知，以人類愿景為驅(qū)動(dòng)力，開(kāi)展基礎(chǔ)科學(xué)和創(chuàng)新性技術(shù)研究。全息科學(xué)創(chuàng)新中心致力于全息AI視覺(jué)探索科技未知, 吸引、集聚、整合全球相關(guān)資源和優(yōu)勢(shì)力量，推進(jìn)以科技創(chuàng)新為核心的全面創(chuàng)新，開(kāi)展基礎(chǔ)科學(xué)和創(chuàng)新性技術(shù)研究。微美全息科學(xué)院計(jì)劃在以下范疇拓展對(duì)未來(lái)世界的科學(xué)研究：

    一、全息計(jì)算科學(xué)：腦機(jī)全息計(jì)算、量子全息計(jì)算、光電全息計(jì)算、中微子全息計(jì)算、生物全息計(jì)算、磁浮全息計(jì)算

    二、全息通信科學(xué)：腦機(jī)全息通信、量子全息通信、暗物質(zhì)全息通信、真空全息通信、光電全息通信、磁浮全息通信

    三、微集成科學(xué)：腦機(jī)微集成、中微子微集成、生物微集成、光電微集成、量子微集成、磁浮微集成

    四、全息云科學(xué)：腦機(jī)全息云、量子全息云、光電全息云

    以下是微美全息科學(xué)院的部分科學(xué)家成員：

    郭松睿，湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)工學(xué)博士，曾在中科院科學(xué)計(jì)算國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室合現(xiàn)實(shí)技術(shù)研修班 學(xué)習(xí)混合現(xiàn)實(shí)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，參與研發(fā)多個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目。

    江濤，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所博士，機(jī)器人學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，研究方向?yàn)槲⑿头律�飛行器的氣動(dòng)/結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，在2018年獲得 ICRCA-2018 機(jī)器人 EI 國(guó)際會(huì)議"最佳論文獎(jiǎng)"。

    楊軍超，重慶郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院信息與通信工程專業(yè)博士研究生，華盛頓大學(xué)電子工程學(xué)院聯(lián)合培養(yǎng)博士，長(zhǎng)期研究虛擬現(xiàn)實(shí)、5G多媒體傳輸優(yōu)化、基于MEC的智能轉(zhuǎn)碼優(yōu)化，以第一作者發(fā)表SCI/EI 論文 6 篇，中文核心 1 篇，申請(qǐng)專利 4 項(xiàng)。

    李維娜 ，2017 年博士畢業(yè)于韓國(guó)忠北國(guó)立大學(xué)的信息和通信工程學(xué)院。2017 年 8 月去了新加坡的 Singapore-MIT Alliance for research and technology centre(SMART)從事壓縮全息（compressive digital holography）的博士后工作，2018 年 11 月進(jìn)入清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院的先進(jìn)制造學(xué)部，在以前工作的基礎(chǔ)上把數(shù)字全息（digital holography）拓展到機(jī)器學(xué)習(xí)（machinelearning）領(lǐng)域，特別是對(duì) U 型網(wǎng)絡(luò)（U-net）的改進(jìn)和應(yīng)用。在上述研究領(lǐng)域以第一作者發(fā)表高水平論文 5 篇，以第二作者發(fā)表的高水平論文2 篇。

    曲曉峰，香港理工大學(xué)博士，現(xiàn)任清華大學(xué)深圳研究生院博士后，主要研究生物特征識(shí)別、機(jī)器視覺(jué)、模式識(shí)別，與綠米聯(lián)創(chuàng)合作進(jìn)行嵌入式產(chǎn)品算法、深度學(xué)習(xí)應(yīng)用、圖像與視頻相關(guān)算法以及生物特征識(shí)別相關(guān)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。

    危昔均，香港理工大學(xué)康復(fù)治療科學(xué)系博士，南方醫(yī)科大學(xué)深圳醫(yī)院虛擬現(xiàn)實(shí)康復(fù)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人，主要研究基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的康復(fù)系統(tǒng)搭建及相關(guān)臨床和基礎(chǔ)研究。

    單羽，昆士蘭科技大學(xué)數(shù)字媒體研究中心（澳大利亞）博士，研究方向?yàn)樘摂M現(xiàn)實(shí)娛樂(lè)產(chǎn)業(yè)與亞洲創(chuàng)意經(jīng)濟(jì)，曾參加多場(chǎng)虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)的國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議并發(fā)表主題演講，發(fā)表多篇以“虛擬現(xiàn)實(shí)藝術(shù)”相關(guān)的學(xué)術(shù)論文，并參與國(guó)內(nèi)多個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)娛樂(lè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的項(xiàng)目研究。

    劉超，新加坡南洋理工大學(xué)博士，是深圳市南山區(qū)領(lǐng)航人才，深圳市海外高層次人才孔雀計(jì)劃C類, Molecular Physics 2011年度最佳年輕作者提名，主要研究方向?yàn)槿斯ぶ悄茴A(yù)測(cè)過(guò)渡金屬氫化物金屬氫鍵鍵長(zhǎng)與解離能和環(huán)式加成反應(yīng)中量子力學(xué)/分子力學(xué)反應(yīng)機(jī)理研究，曾參與過(guò)流程模擬軟件的開(kāi)發(fā)與研究。

    張婷，美國(guó)西北大學(xué)博士后，香港大學(xué)博士，海外高層次人才孔雀計(jì)劃C類，主要從事VR/MR關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)應(yīng)用和復(fù)雜服務(wù)系統(tǒng)優(yōu)化等研究，發(fā)表全息專利5項(xiàng)。獲全國(guó)＂挑戰(zhàn)杯＂創(chuàng)業(yè)計(jì)劃大賽 湖北省一等獎(jiǎng)，華中科技大學(xué)一等獎(jiǎng)。

    以上是微美全息科學(xué)院一小部分科學(xué)家成員，有意加盟微美全息科學(xué)院的國(guó)內(nèi)外博士均可發(fā)郵件簡(jiǎn)歷到：mark@wimiar.com。凡有志向做全息科學(xué)研究的任何個(gè)人或單位，亦可向此郵箱發(fā)表個(gè)人科學(xué)論文以獲得科學(xué)研究資金資助。

    微美全息科學(xué)院旨在促進(jìn)計(jì)算機(jī)科學(xué)和全息、量子計(jì)算等相關(guān)領(lǐng)域面向?qū)嶋H行業(yè)場(chǎng)景和未來(lái)世界的前沿研究。建立產(chǎn)研合作平臺(tái)，促進(jìn)重大科技創(chuàng)新應(yīng)用，打造產(chǎn)業(yè)、研究中心深度融合的生態(tài)圈。微美全息科學(xué)院秉承“讓有人的地方就有科技”為使命，專注未來(lái)世界的全息科學(xué)研究，為全球人類科技進(jìn)步添磚加瓦。