人工智能比全息显示更好

虚拟和增强现实耳机的设计目的是让佩戴者直接进入其他环境、世界和体验。虽然这项技术已经因其身临其境的质量而受到消费者的欢迎，但未来可能会有全息显示器看起来更像真实的生活。为了追求更好的显示器，斯坦福计算机成像实验室将他们在光学和人工智能方面的专业知识结合起来。他们在这一领域的最新进展详细地发表在一篇论文增强和虚拟现实显示器只向每个观众的眼睛显示2D图像，而不是像我们在现实世界中看到的3d或全息图像。

“它们在感知上是不现实的，”电子工程副教授、斯坦福计算机成像实验室负责人戈登·韦茨斯坦解释说。维茨斯坦和他的同事们正在努力寻找解决方案，以弥合模拟和现实之间的差距，同时创造出更具视觉吸引力、更容易被眼睛看到的显示器。

这项发表在《科学进展》杂志上的研究详细介绍了一种技术，可以减少常规激光全息显示中经常出现的散斑失真，而SIGGRAPH Asia的论文则提出了一种技术，可以更真实地再现现实世界中存在的3D场景中的物理现象。

几十年来，现有全息显示器的图像质量一直很有限。正如韦茨斯坦所解释的那样，研究人员一直面临着如何让全息显示器看起来和LCD显示器一样好这一挑战。

一个问题是在a的分辨率下很难控制光波的形状全息图．阻碍制作高质量全息显示器的另一个主要挑战是克服模拟中发生的情况与真实环境中相同场景的情况之间的差距。

此前，科学家们试图创建算法来解决这两个问题。维茨斯坦和他的同事也开发了算法，但使用的是神经网络这是一种人工智能，试图模仿人类大脑学习信息的方式。他们称之为“神经全息术”。

＂人工智能已经彻底改变了工程学的方方面面。”韦茨斯坦说道。“但在全息显示或计算机生成全息这一特定领域，人们才刚刚开始探索人工智能技术。”

彭一凡，斯坦福大学计算成像实验室的博士后研究员，正利用他在光学和计算机科学的跨学科背景，帮助设计光学引擎，用于全息显示。“直到最近，随着新兴的机器智能创新，我们才有机会使用强大的工具和能力来利用计算机技术的进步，”彭说，他是《科学进展》论文的共同第一作者和SIGGRAPH论文的合著者。

这些研究人员创造的神经全息显示包括训练一个神经网络来模拟现实世界中发生的物理现象，并实现实时图像。然后，他们将这与一个相机在循环校准策略配对，提供了几乎即时的反馈，以通知调整和改进。通过创建一种算法和校准技术，该技术与所看到的图像实时运行，研究人员能够创造出更具真实感的视觉效果，具有更好的颜色、对比度和清晰度。

最新的SIGGRAPH亚洲论文强调了该实验室首次将神经全息系统应用于3D场景。这个系统产生高质量、逼真的场景表现，包含视觉深度，甚至当场景的部分被有意描绘为远或失焦。

《科学进展》的工作使用了同样的相机在循环中优化策略，搭配人工智能启发的算法，为使用部分相干光源——led和SLEDs的全息显示提供了一个改进的系统。这些光源的吸引力在于它们的成本、尺寸和能量要求，而且它们还具有避免由依赖相干光源(如激光器)的系统产生的图像出现斑点的潜力。但是，帮助部分相干源系统避免斑点的相同特性，往往会导致图像模糊，对比度不足。通过建立一种特定于部分相干光源物理的算法，研究人员已经使用led和SLEDs产生了第一个高质量和无斑点的2D和3D全息图像。

变革的潜力

Wetzstein和Peng认为，在未来几年，新兴的人工智能技术与虚拟现实和增强现实的结合将在许多行业变得越来越普遍。

“我非常相信可穿戴计算系统以及AR和VR的未来;我认为它们将对人们的生活产生变革性的影响。”他说，未来几年可能还不会，但韦茨斯坦认为，增强现实技术是“未来的大趋势”。

尽管增强虚拟现实目前主要与游戏相关，但它和增强现实在包括医学在内的多个领域都有潜在的用途。医学生可以使用增强现实技术进行培训，以及将CT扫描和核磁共振成像的医疗数据直接叠加到患者身上。

维茨斯坦说:“这些技术每年已经用于数千例手术。”“我们设想，更小、更轻、视觉更舒适的头戴显示器将是未来手术规划的重要组成部分。”

来自英伟达的访问学者、这两篇论文的合著者Jonghyun Kim说:“看到计算如何在相同的硬件设置下提高显示质量，这是非常令人兴奋的。”“更好的计算可以产生更好的显示，这可能会改变显示行业的游戏规则。”