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1、揭秘Magic Leap核心技术2月2日，MagicLeap官方表示获得由阿里巴巴集团领投的约7.94亿美元融资。加上上轮由谷歌领投的5.42亿美元，至2014年年底以来，该公司总计已完成13.4亿美元投资，总估值约45亿美元。这家位于佛罗里达的创业公司已经创业数十年，阵容豪华，规模庞大，但却对其核心技术讳莫如深，异常神秘。间或泄露几条演示视频，举世惊艳，旋即哗然。那么，MagicLeap究竟有何惊世骇俗的技术秘密？在此大胆推测，力图在其扑朔迷离的表象下，探究技术的实质。一条巨大的鲸鱼从篮球场的地面中央飞跃而出把办公室变成游戏战场在计算机图形学领域，三维场景渲染演示技术的演化进程可以大致划分成
2、如下的历史阶段：针孔相机、双目立体视觉、光场、数字全息。简而言之，针孔相机演示技术的代表作是早期的动画电影最终幻想，双目立体视觉的代表作是3D版的阿凡达，光场的代表作就是MagicLeap，数字全息技术的代表作是星球大战中的场景。最终幻想：光线跟踪法渲染，针孔相机显示技术3D版的阿凡达，双目立体视觉MagicLeap，增强现实，光场技术星球大战，数字全息技术MagicLeap实现并普及了光场显示技术，这是三维场景显示技术的一场实实在在的革命，获得空前的投资自然是名至实归。那么，什么是光场？这一技术是完全崭新的吗？这一技术发展的历史脉络如何？存在其他以光场技术起家的公司吗？我们在下面的讨论中，逐
3、一解释。针孔相机传统的光学相机，其理想模型就是针孔相机。在计算机图形学中，传统的渲染方法都是基于这种相机模型。如图7所示，从相机的光心出发，经过成像屏幕的每一个像素，发出一条射线。光学跟踪法用几何光学的物理法则计算这条射线的颜色，即为相应像素的颜色。图8展示了一个用光学跟踪法算出的渲染图像。在这里，我们需要一个概念上的转换，每个像素不是一个点，而是一条射线，这是理解光场的关键！换言之，一张相片就是通过光心的一簇射线。最终幻想就是用光学跟踪法来渲染制作的。光线跟踪法中的针孔相机模型用光线跟踪法渲染的一幅场景传统的显示方法，例如屏幕、LCD/LED，是基于传统观念的，即把每个像素作为一个点，从不同
4、的角度看过去，同一个像素的颜色不变。换言之，这种显示方式失去了射线方向的信息。双目立体视觉人类具有两只眼睛，观看物体时两眼各自成像，大脑根据两眼成像的细微差别计算每一点的深度信息，从而得到立体感觉。模仿人眼，我们可以用双镜头相机得到双目立体相片。双目立体相机阿波罗登月计划中拍摄的双目立体相片本质上而言，双目立体视觉相片就是从两个光心出发的两簇射线。3D版阿凡达就是以此原理制作的。相对于单目相机，双目立体视觉时间复杂度和空间复杂度加倍。光场（Light Field）- 魔盒解释光场（Light Field）的魔盒解释我们假设用一个玻璃盒子罩住一只兔子，然后透过玻璃盒子来观察这只兔子。从盒子表面的
5、任意一点，向三维空间的任意一个方向发出一条射线，这条射线的颜色由兔子和光照条件所决定。我们用来表示玻璃盒子，表示单位向量，一条射线表示为,所有射线的集合记为。每条射线对应着一个颜色，我们用三维空间中的一个点来表示。因此，光场就是从射线空间到颜色空间的映射。换言之，光场是定义在射线空间上的矢量值函数。假设我们去掉了玻璃盒子中的兔子，但是这个玻璃盒子是一个魔盒，光场信息被完美保留。当我们观察这一魔盒的时候，所有经过一只眼睛的射线合成了视网膜上的一幅图像。我们可以自由地改变距离和视角，兔子在视网膜上的图像相应地自然变化，根本觉察不到兔子的消失。因此，有了魔盒，我们不再需要真正的兔子。这个魔盒就是兔子
6、的光场。在光学领域中，光场是一个古老的概念。在1996年被微软和斯坦福学者引进到计算机图形学领域，发展到2016年的今天，已经整整二十个年头了。虽然在学术界，人们不懈地研究深化，真正在工业界产生影响，还是近几年的事情。MagicLeap应该算是LightField理论在现实应用中的一个巅峰。光场渲染我们可以用兔子的光场来取代兔子，渲染生成各种角度的照片，这样我们无需为建立兔子的几何模型，纹理模型和光照模型。对于大场景，复杂光照条件，或者复杂几何模型（如长绒玩具）等等，光场比实物的数字模型更为简单，或者光场比光线跟踪得到的渲染结果更加逼真，或者更加高效，我们用光场来渲染。这是所谓的基于图像的渲染方法。历史上，微软曾经出过一版基于光场的游戏，类似孤岛寻宝，所有场景都是从真实自然中采集，非常逼真，但是最后没有引起任何反响，无疾而终。