哈利波特隐形斗篷即将上市

2016-06-15 09:42:00
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        美国罗彻斯特大学(University of Rochester)的研究人员在最新一期《Optica》期刊中发表有关隐形斗篷的突破性进展。在这篇题为“数字组合隐形斗篷”(digital integral cloak)的论文中,研究人员在所要隐藏的物体两侧分别设置了一台扫描相机以及覆盖微透镜数组的LCD显示器,并结合了可执行于其间的光线追踪算法。

        该业经验证可行的概念证实可骗过人眼,让人眼看到的是隐形物体的背后,就像光线直接通过这个“看不见”的物体一样。因此,这种隐形斗篷可在背景改变 时重新配置,透过相机再次扫描背景区域而更新输入,并以光线追踪算法计算在LCD上的正确显示渲染,让每个微透镜都能以正确的方向重新导向正确的颜色 (数学计算必须考虑隐藏区域的深度)。

        图1:数字组合隐形斗篷的横截面显示2个平行的2D表面,以及几道光线样本。

        输入“表面”(透镜数组与模板)撷取输入光线,而输出表面则以 仅穿过环境空间(点线)般的方式显示光线。位于微透镜焦点平面上的超像素(superpixel)收集与透镜相同位置的光线。这些光线随即在空间上分离成 为像素,使得一个射线角(或视角)映像至一个像素。而显示(输入)与该机制相反。

        接着,这些轻薄、平行的半圆柱形微透镜可重新创造出多个背景影像,让观看者无论在哪个位置都可看到完美“假象”——这比以往的2D渲染方式有了更大的进展,就像在背景嵌入海报一样。

        由于该验证概念实验仅使用一台相机来扫描背景,因此,每当背景改变时,该校博士生Joseph Choi与其指导教授John Howell就得花费几分钟的时间进行扫描、处理以及更新屏幕上的影像。

        但在将来,Choi打算用光传感器的透镜数组覆盖于隐形物体的一侧,另一侧则安装各方向均可显示正确像素的适形透镜显示器,因此就能表现出物体彷佛 不存在的背景。不过,固定的设置仅适用于物体形状不发生变化的情况,光传感器的几何形状与空间位置均需在数学模型中纳入考虑,以计算出哪些像素馈入输出显示中。

        为了进一步扩展此概念,研究人员的结论是斗篷表面能够以所谓的超像素进行分离——这种超像素可侦测与发射多个不连续的光线位置与角度。结合足够的运 算能力,这种数位斗篷还能实时作用于任何的物体形状,实现可穿戴与可变形的斗篷。Choi认为,随着显示分辨率不断增加以及软性传感器技术日益微缩,最终可望使这种建置成为现实。

        图2:理想的球形对称斗篷概念是全方向性的——光线(实线箭头)可进入与离开斗篷。虚线箭头表示光线如何在斗篷内移动(因为物体是隐形的)。

        罗彻斯特大学研究人员开发的数字斗篷目前已在专利申请中,期望与业界合作进一步推动这项研究实现商用化。

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updated: 2020-09-24 16:11:52