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

近日美國媒體報道，麻省理工學院的研究團隊研發(fā)出一種名為X-AR的增強現實頭顯，能使佩戴者看到隱藏的物體，可用于找出電子商務訂單上的物品，或識別用于組裝產品的零件。

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以不可能的方式看世界

這款得到美國國家科學基金會等部門資金支持的增強現實頭顯，基于HoloLens2，結合了計算機視覺和無線感知能力，可以自動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，然后引導用戶取出。

該頭顯利用射頻（RF）信號，可以穿過常見的材料——如紙板箱、塑料容器或木制分隔器，找到貼上射頻識別（RFID）標簽的隱藏物品。射頻識別標簽可以反映射頻天線發(fā)送的信號，它便宜且無需電池，已經被廣泛應用于服裝零售和倉庫等眾多場景。

當佩戴頭顯穿過房間時，頭顯會引導佩戴者朝向物品所在的位置，在增強現實（AR）界面中顯示為一個透明視窗。一旦物品在用戶手中，X-AR頭顯就會驗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倉庫的工作人員在雜亂的貨架上，快速準確地識別出訂單上的物品并將其找到，不管它們是藏在箱子里，還是在同一個箱子里的許多相似物品當中。該頭顯也可用于智慧制造領域，指導用戶組裝產品，讓裝配流程可視化，標出工具并標明零部件，既提高效率，又減少錯誤率。

麻省理工學院電氣工程和計算機科學系副教授、媒體實驗室信號動力學小組主任Fadel Adib是研究團隊成員，他說：“我們這個項目的整個目標是建立一個增強現實系統，讓你看到隱形的東西——盒子里的或角落里的東西。該系統可以引導你走向它們，真正讓你用以前不可能的方式看到現實世界?！?/p>

巨大的挑戰(zhàn)：輕型天線

要想制造一種具有X射線視覺的增強現實頭顯，首先必須為頭顯配備一個可以與射頻識別標簽物品通信的天線。大多數射頻識別定位系統使用多個相距數米遠的天線，而頭顯則需要一個有足夠高帶寬的并可以與標簽通信的輕型天線。

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設計一個可以安裝在頭顯上、又不覆蓋攝像頭或妨礙操作的天線，是一個巨大的挑戰(zhàn)。該團隊采用了一種簡單、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，研究人員對其進行了優(yōu)化，以便在連接到頭顯時能夠準確發(fā)送和接收信號。

SAR：隱藏物品定位

在完成了一個有效天線后，研究團隊開始專注于研究使用它來定位帶有射頻識別標簽的物品。他們利用了一種被稱為合成孔徑雷達（SAR）的技術。這種技術類似于飛機對地面物體的成像。當用戶在房間內移動時，X-AR頭顯用天線從不同的有利位置進行測量，然后將這些測量結果組合起來。這種方式就像一個天線陣列，其中來自多個天線的測量值被組合以用于定位。

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X-AR系統利用頭顯自動跟蹤功能的視覺數據來構建環(huán)境地圖，并確定其在該環(huán)境中的位置。當用戶行走時，系統計算每個位置的射頻識別標簽的概率。概率越高，標簽位置就越準確，系統通過使用這些信息來鎖定隱藏的對象。

研究項目合作者密歇根大學助理教授Dodds說：“這是一個挑戰(zhàn)，但我們在實驗中發(fā)現，它實際上可以很好地適應人類的自然運動。因為人類經常走動，所以它可以讓我們從許多不同的位置進行測量，并準確地定位一個物體。”。

一旦X-AR定位了物品，用戶拿起它，頭顯需要驗證用戶是否抓住了正確的物體。但現在用戶站著不動，頭顯天線也不動，因此無法使用SAR定位標簽。然而，當用戶拿起物品時，射頻識別標簽會隨之移動。X-AR可以測量射頻識別標簽的運動，并利用頭顯的手部跟蹤功能來定位用戶手中的物品。然后它檢查標簽是否發(fā)送了正確的射頻信號，以驗證它是否是正確的對象。

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頭顯的全息可視化功能，以簡單的方式為用戶顯示信息。用戶戴上頭顯，便可使用菜單從標記項目的數據庫中選擇對象。物體被定位后，會被一個透明的視窗包圍，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態(tài)。

“我們抽象出所有技術方面，以便為用戶提供無縫、清晰的體驗，如果有人將其放在倉庫環(huán)境或智能家居中，這一點尤為重要，”一位研究者說。

AR頭顯的未來藍圖

為了測試 X-AR頭顯，研究人員創(chuàng)建了一個模擬倉庫，在貨架上放滿紙板箱和塑料箱，并將貼有射頻識別標簽的物品放入其中。他們發(fā)現 X-AR將用戶引導至目標物品時的誤差小于 10 厘米，還發(fā)現X-AR 驗證用戶拿起正確物品的準確率為96%。

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

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

“因為今天沒有這樣的東西，我們必須弄清楚如何從頭到尾構建一種全新的系統，”Adib說：“實際上，我們提出的是一個框架，里面有很多技術貢獻，但它也是未來如何設計具有 X 射線視覺的 AR 頭顯的藍圖。”

前所未有的應用場景

微軟行業(yè)研究總裁Ranveer Chandra 指出：“這個項目讓AR 系統能在非視線場景中工作，邁出了走向未來AR系統的重要一步。它使用了一種非常巧妙的技術，利用射頻傳感來增強現有 AR 系統的計算機視覺能力。這可以將 AR 系統的應用推向前所未有的場景，例如零售業(yè)、制造業(yè)或新的技術應用?！?/p>

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近年來，有識之士不斷呼吁，元宇宙既要開發(fā)硬件，更要發(fā)展內容。沒有好的豐富的內容，再好的硬件也不過是一堆燒錢的廢物。麻省理工學院X-AR增強現實頭顯，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，而且貢獻了新的內容，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)新技術和應用內容。

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