讓你看到隱形的東西：麻省理工X光AR頭顯創(chuàng)新物流、工業(yè)管理

文/ VRAR星球 維克多

近日美國(guó)媒體報(bào)道，麻省理工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種名為X-AR的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭顯，能使佩戴者看到隱藏的物體，可用于找出電子商務(wù)訂單上的物品，或識(shí)別用于組裝產(chǎn)品的零件。

圖源：網(wǎng)絡(luò)

以不可能的方式看世界

這款得到美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)等部門資金支持的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭顯，基于HoloLens2，結(jié)合了計(jì)算機(jī)視覺和無(wú)線感知能力，可以自動(dòng)定位隱藏在視線之外的特定物品——它們可能在盒子里，或是在貨堆下面，然后引導(dǎo)用戶取出。

該頭顯利用射頻（RF）信號(hào)，可以穿過常見的材料——如紙板箱、塑料容器或木制分隔器，找到貼上射頻識(shí)別（RFID）標(biāo)簽的隱藏物品。射頻識(shí)別標(biāo)簽可以反映射頻天線發(fā)送的信號(hào)，它便宜且無(wú)需電池，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于服裝零售和倉(cāng)庫(kù)等眾多場(chǎng)景。

當(dāng)佩戴頭顯穿過房間時(shí)，頭顯會(huì)引導(dǎo)佩戴者朝向物品所在的位置，在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）界面中顯示為一個(gè)透明視窗。一旦物品在用戶手中，X-AR頭顯就會(huì)驗(yàn)證是否拿取了正確的物品。

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X-AR頭顯可以幫助電子商務(wù)倉(cāng)庫(kù)的工作人員在雜亂的貨架上，快速準(zhǔn)確地識(shí)別出訂單上的物品并將其找到，不管它們是藏在箱子里，還是在同一個(gè)箱子里的許多相似物品當(dāng)中。該頭顯也可用于智慧制造領(lǐng)域，指導(dǎo)用戶組裝產(chǎn)品，讓裝配流程可視化，標(biāo)出工具并標(biāo)明零部件，既提高效率，又減少錯(cuò)誤率。

麻省理工學(xué)院電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)系副教授、媒體實(shí)驗(yàn)室信號(hào)動(dòng)力學(xué)小組主任Fadel Adib是研究團(tuán)隊(duì)成員，他說：“我們這個(gè)項(xiàng)目的整個(gè)目標(biāo)是建立一個(gè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，讓你看到隱形的東西——盒子里的或角落里的東西。該系統(tǒng)可以引導(dǎo)你走向它們，真正讓你用以前不可能的方式看到現(xiàn)實(shí)世界。”

巨大的挑戰(zhàn)：輕型天線

要想制造一種具有X射線視覺的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭顯，首先必須為頭顯配備一個(gè)可以與射頻識(shí)別標(biāo)簽物品通信的天線。大多數(shù)射頻識(shí)別定位系統(tǒng)使用多個(gè)相距數(shù)米遠(yuǎn)的天線，而頭顯則需要一個(gè)有足夠高帶寬的并可以與標(biāo)簽通信的輕型天線。

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設(shè)計(jì)一個(gè)可以安裝在頭顯上、又不覆蓋攝像頭或妨礙操作的天線，是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。該團(tuán)隊(duì)采用了一種簡(jiǎn)單、輕便的環(huán)形天線，并通過縮小天線和增加間隙提高帶寬。由于天線通常在戶外工作，研究人員對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化，以便在連接到頭顯時(shí)能夠準(zhǔn)確發(fā)送和接收信號(hào)。

SAR：隱藏物品定位

在完成了一個(gè)有效天線后，研究團(tuán)隊(duì)開始專注于研究使用它來定位帶有射頻識(shí)別標(biāo)簽的物品。他們利用了一種被稱為合成孔徑雷達(dá)（SAR）的技術(shù)。這種技術(shù)類似于飛機(jī)對(duì)地面物體的成像。當(dāng)用戶在房間內(nèi)移動(dòng)時(shí)，X-AR頭顯用天線從不同的有利位置進(jìn)行測(cè)量，然后將這些測(cè)量結(jié)果組合起來。這種方式就像一個(gè)天線陣列，其中來自多個(gè)天線的測(cè)量值被組合以用于定位。

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X-AR系統(tǒng)利用頭顯自動(dòng)跟蹤功能的視覺數(shù)據(jù)來構(gòu)建環(huán)境地圖，并確定其在該環(huán)境中的位置。當(dāng)用戶行走時(shí)，系統(tǒng)計(jì)算每個(gè)位置的射頻識(shí)別標(biāo)簽的概率。概率越高，標(biāo)簽位置就越準(zhǔn)確，系統(tǒng)通過使用這些信息來鎖定隱藏的對(duì)象。

研究項(xiàng)目合作者密歇根大學(xué)助理教授Dodds說：“這是一個(gè)挑戰(zhàn)，但我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，它實(shí)際上可以很好地適應(yīng)人類的自然運(yùn)動(dòng)。因?yàn)槿祟惤?jīng)常走動(dòng)，所以它可以讓我們從許多不同的位置進(jìn)行測(cè)量，并準(zhǔn)確地定位一個(gè)物體?！薄?/p>

一旦X-AR定位了物品，用戶拿起它，頭顯需要驗(yàn)證用戶是否抓住了正確的物體。但現(xiàn)在用戶站著不動(dòng)，頭顯天線也不動(dòng)，因此無(wú)法使用SAR定位標(biāo)簽。然而，當(dāng)用戶拿起物品時(shí)，射頻識(shí)別標(biāo)簽會(huì)隨之移動(dòng)。X-AR可以測(cè)量射頻識(shí)別標(biāo)簽的運(yùn)動(dòng)，并利用頭顯的手部跟蹤功能來定位用戶手中的物品。然后它檢查標(biāo)簽是否發(fā)送了正確的射頻信號(hào)，以驗(yàn)證它是否是正確的對(duì)象。

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頭顯的全息可視化功能，以簡(jiǎn)單的方式為用戶顯示信息。用戶戴上頭顯，便可使用菜單從標(biāo)記項(xiàng)目的數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇對(duì)象。物體被定位后，會(huì)被一個(gè)透明的視窗包圍，這樣用戶就可以看到它在房間里的位置。隨后，設(shè)備以地板上足跡的形式將軌跡投射到該物品，軌跡可以隨著用戶行走而更新動(dòng)態(tài)。

“我們抽象出所有技術(shù)方面，以便為用戶提供無(wú)縫、清晰的體驗(yàn)，如果有人將其放在倉(cāng)庫(kù)環(huán)境或智能家居中，這一點(diǎn)尤為重要，”一位研究者說。

AR頭顯的未來藍(lán)圖

為了測(cè)試 X-AR頭顯，研究人員創(chuàng)建了一個(gè)模擬倉(cāng)庫(kù)，在貨架上放滿紙板箱和塑料箱，并將貼有射頻識(shí)別標(biāo)簽的物品放入其中。他們發(fā)現(xiàn) X-AR將用戶引導(dǎo)至目標(biāo)物品時(shí)的誤差小于 10 厘米，還發(fā)現(xiàn)X-AR 驗(yàn)證用戶拿起正確物品的準(zhǔn)確率為96%。

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該系統(tǒng)不需要直觀地看到物品，就可以驗(yàn)證是否選擇正確。如果你有 10 部不同的手機(jī)，包裝相似，你可能無(wú)法分辨它們之間的區(qū)別，然而X-AR 可以引導(dǎo)你選擇正確的手機(jī)。

在證明了 X-AR 的成功后，研究人員計(jì)劃探索如何使用不同的傳感模式，如 WiFi、毫米波技術(shù)或太赫茲波等，來增強(qiáng)可視化和交互能力。還可以增強(qiáng)天線，使其范圍超過 3 米，并擴(kuò)展系統(tǒng)以供多個(gè)頭顯使用。

“因?yàn)榻裉鞗]有這樣的東西，我們必須弄清楚如何從頭到尾構(gòu)建一種全新的系統(tǒng)，”Adib說：“實(shí)際上，我們提出的是一個(gè)框架，里面有很多技術(shù)貢獻(xiàn)，但它也是未來如何設(shè)計(jì)具有 X 射線視覺的 AR 頭顯的藍(lán)圖。”

前所未有的應(yīng)用場(chǎng)景

微軟行業(yè)研究總裁Ranveer Chandra 指出：“這個(gè)項(xiàng)目讓AR 系統(tǒng)能在非視線場(chǎng)景中工作，邁出了走向未來AR系統(tǒng)的重要一步。它使用了一種非常巧妙的技術(shù)，利用射頻傳感來增強(qiáng)現(xiàn)有 AR 系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)視覺能力。這可以將 AR 系統(tǒng)的應(yīng)用推向前所未有的場(chǎng)景，例如零售業(yè)、制造業(yè)或新的技術(shù)應(yīng)用?！?/p>

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近年來，有識(shí)之士不斷呼吁，元宇宙既要開發(fā)硬件，更要發(fā)展內(nèi)容。沒有好的豐富的內(nèi)容，再好的硬件也不過是一堆燒錢的廢物。麻省理工學(xué)院X-AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭顯，將元宇宙引入物流管理和工業(yè)管理，極大提高了工作效率，不僅為元宇宙世界增添了新的技術(shù)，而且貢獻(xiàn)了新的內(nèi)容，開辟了更廣闊的道路。

我們期待更多科技工作者、科技部門和企業(yè)，為元宇宙創(chuàng)造出更多更精彩的創(chuàng)新技術(shù)和應(yīng)用內(nèi)容。

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