4月3日，華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬協(xié)和醫(yī)院葉哲偉教授團隊，在全球范圍內(nèi)首創(chuàng)新冠肺炎混合現(xiàn)實三維立體醫(yī)學影像——他們將新冠肺炎患者的肺部CT掃描數(shù)據(jù)輸入到專業(yè)軟件中，構(gòu)成三維全息可視圖像，醫(yī)生佩戴混合現(xiàn)實眼鏡后，一幅三維立體圖便活靈活現(xiàn)地呈現(xiàn)在眼前。利用此手段，醫(yī)生可精準了解病人肺部的空間結(jié)構(gòu)和病理變化，有針對性地制訂治療方案，同時還能開展醫(yī)術交流和遠程會診。
混合現(xiàn)實技術屬于擴展現(xiàn)實技術中的一種。擴展現(xiàn)實技術不僅在醫(yī)學領域廣泛應用，而且在遠程辦公、遠程巡檢以及線上教育、線上商業(yè)展示等領域也高效運用。
可以預見，擴展現(xiàn)實技術未來在全球各領域的應用將會更加火爆。那么，它的概念是什么？有何重要應用？特別是在軍事領域應用前景如何？請看——
一種綜合性的高新技術群
擴展現(xiàn)實（XR）技術，是虛擬現(xiàn)實（VR）、增強現(xiàn)實（AR）和混合現(xiàn)實（MR）這3種技術以及其他類似沉浸式技術的統(tǒng)稱。
虛擬現(xiàn)實技術：利用計算機模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，用戶戴上VR顯示器，能360°觀看這個完全虛擬的世界。人們通過佩戴特殊設計的頭盔設備，依靠計算機生成的虛擬環(huán)境，將自己與真實的物理世界隔絕開來，完全沉浸于一個獨立的時空中。
增強現(xiàn)實技術：將計算機生成的虛擬物體、場景或系統(tǒng)提示信息疊加到現(xiàn)實場景中，從而實現(xiàn)對現(xiàn)實的增強。用戶能夠通過感官直接獲取擴展現(xiàn)實的體驗，具有極強的交互性。足不出戶就能滿足購物欲的“虛擬試衣”程序以及手機實景行車導航軟件，都是增強現(xiàn)實技術的典型應用。
混合現(xiàn)實技術：把虛擬數(shù)字對象引入現(xiàn)實環(huán)境，物理和數(shù)字對象共存，并能實時互動。新冠肺炎混合現(xiàn)實三維立體醫(yī)學影像事例中，醫(yī)生戴上混合現(xiàn)實眼鏡，患者器官的虛擬全息立體模型立即呈現(xiàn)在面前，醫(yī)生可通過手勢在空中移動、旋轉(zhuǎn)、縮放三維影像，直接“透視”患者的肺部結(jié)構(gòu)，從而為實現(xiàn)術前影像診斷、手術規(guī)劃、術中導航和遠程醫(yī)療等提供了極大方便。
雖然名稱不同，但它們的底層軟件硬件技術很多都是相通的，尤其是與芯片相關的支持技術以及軟件開發(fā)包。擴展現(xiàn)實技術的實現(xiàn)實際上是這3種沉浸式技術的綜合發(fā)展，離不開“四個支撐”：
——輸入技術的支撐。即依靠對運動、環(huán)境做出感應和交互觸發(fā)的技術。擴展現(xiàn)實技術系統(tǒng)需要多種感應器協(xié)同工作，在輸入階段就得捕捉并識別人體數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)，以提高識別精度；其交互觸發(fā)功能向多模態(tài)方向發(fā)展，同時硬件設備將會可穿戴化或植入人體內(nèi)。
——處理技術的支撐。即依靠輸入信息識別、數(shù)字內(nèi)容生成、虛實融合處理等技術。借助人工智能算法以及相應數(shù)據(jù)源平臺，集中處理復雜、多元的非結(jié)構(gòu)化海量數(shù)據(jù)，使真實和虛擬空間無縫融合，并將輸入信息與數(shù)字內(nèi)容按照用戶期望的情境進行融合處理。
——輸出技術的支撐。即依靠視覺、聽覺、觸覺、味覺及嗅覺五感反饋的技術，為用戶提供情境化的真實感官體驗。
——泛在技術的支撐。即依靠人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、高速傳輸網(wǎng)絡等技術，保證數(shù)據(jù)從云端到邊緣、再到設備端的傳輸穩(wěn)定性。
應用于軍事領域潛力巨大
擴展現(xiàn)實技術的創(chuàng)新應用，無論在醫(yī)療、制造、能源和交通等傳統(tǒng)行業(yè)，還是在網(wǎng)絡安全、電子商務、移動通信等數(shù)字化領域，均有廣闊的發(fā)展前景，特別是在軍事領域的應用潛力巨大。
——虛擬現(xiàn)實技術用于高端武器裝備的研發(fā)。隨著科學技術的進步，現(xiàn)代武器裝備的性能越來越先進、系統(tǒng)越來越復雜，研制成本也越來越高昂。如果在武器裝備研制論證階段，提出的方案存在設計不合理、設計深度不夠、設計漏項等缺陷，就會為后期的生產(chǎn)和使用留下大的隱患。為此，世界上很多一流的國防軍工企業(yè)在生產(chǎn)新型汽車、飛機等武器裝備前，通常會使用虛擬現(xiàn)實技術建立逼真的三維虛擬環(huán)境，設計制造人員戴上頭盔顯示器，審視設計合理性，并利用這樣的環(huán)境反復修改設計方案和性能指標，提高設計的科學性，加快武器裝備的研制進度。
——增強現(xiàn)實無人機用于戰(zhàn)場偵察監(jiān)視。軍用無人機不僅能對敵方的目標實施致命打擊，還能成為高效的空中信息搜集平臺，對重點地區(qū)進行偵察監(jiān)視，給決策者提供地形地貌、兵力部署、部隊動態(tài)等信息，為實施作戰(zhàn)任務規(guī)劃提供支持。目前，世界上已有多個國家的軍隊將增強現(xiàn)實技術應用于無人機功能開發(fā)，進一步提升無人機的偵察監(jiān)視能力。無人機操作員使用AR設備和軟件，將重要的戰(zhàn)場信息疊加到現(xiàn)場視頻上，從而大幅增強對人道主義救援、搜索營救、潛在目標偵察等任務的態(tài)勢感知能力。此外，采用增強現(xiàn)實技術的無人機還能使指揮官與其部隊實時通信并中繼關鍵信息，從而指揮部隊更加精準地展開作戰(zhàn)行動，同時減少附帶損傷。
——擴展現(xiàn)實技術用于提升軍事訓練的質(zhì)量效率。美國國防部高層認為，擴展現(xiàn)實技術將極大地改善戰(zhàn)場態(tài)勢感知、后勤保障、作戰(zhàn)戰(zhàn)備甚至醫(yī)療救護等的訓練方式和實施過程。2019年5月，美國陸軍參謀長詹姆斯·麥克康維爾上將對美國國會議員們說：“擴展現(xiàn)實是一項尖端技術，它將改變我們訓練士兵和作戰(zhàn)的方式，是讓我們?yōu)橹d奮的技術。”美國陸軍和海軍陸戰(zhàn)隊正在研發(fā)被稱為綜合視覺增強系統(tǒng)的新型戰(zhàn)場平視顯示器，將合成訓練環(huán)境與真實世界的數(shù)據(jù)結(jié)合起來，以提升步兵的戰(zhàn)備水平和作戰(zhàn)效能；海軍和空軍一直在使用類似的擴展現(xiàn)實技術訓練他們的戰(zhàn)斗機飛行員。美國空軍通過采用虛擬現(xiàn)實、人工智能和生物特征跟蹤等技術，將訓練一名新飛行員的時間從12個月減至4個月。
未來發(fā)展需應對關鍵挑戰(zhàn)
近年來，擴展現(xiàn)實技術取得了長足的發(fā)展，但要使人能夠有更流暢、更沉浸的體驗，還需要在工程技術方面取得重大突破，應對以下關鍵挑戰(zhàn)：
——擁有舒適的可穿戴設備。這是一個不小的挑戰(zhàn)。以佩戴的眼鏡為例，沒有人會喜歡一副又笨又重的眼鏡，但又必須在眼鏡上加載傳感器、計算機、相機、電池等單元。要滿足人們的這一要求難度很大。
——有效延長電池的待機時間。目前，擴展現(xiàn)實技術應用很大程度上依附于電腦和智能手機發(fā)展，但未來面向?qū)I(yè)應用領域，擴展現(xiàn)實技術或?qū)⑾蚩纱┐魇皆O備發(fā)展，對電池的待機時間提出了更高要求。只有電池技術實現(xiàn)突破、有效延長電池的待機時間，才會促使擴展現(xiàn)實技術的發(fā)展更進一步。
——解決系統(tǒng)運行高時延問題。沉浸式體驗不僅需要快速連接，還需要低時延。當前，大多數(shù)擴展現(xiàn)實技術的應用吞吐量很大，導致系統(tǒng)運行過程中存在高時延、用戶體驗差等問題。使用5G技術和邊緣云，將擴展現(xiàn)實技術應用涉及的大量數(shù)據(jù)計算遷移到就近與基站相連的云服務器上，是未來解決這一問題的有效途徑。
——消除系統(tǒng)存在的巨大風險。雖然擴展現(xiàn)實技術能夠給人們帶來無限機會，但也存在巨大風險。如擴展現(xiàn)實技術系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)會出現(xiàn)偏差，容易受到濫用和網(wǎng)絡攻擊的影響；擴展現(xiàn)實技術能夠跟蹤與人最密切的相關數(shù)據(jù)——人的感情、判斷、反應和其他更多特質(zhì)，如果相關信息被不懷好意的人或敵方掌握，將可能帶來非常嚴重的后果。
人們相信，積極應對挑戰(zhàn)，解決現(xiàn)實存在的諸多問題，擴展現(xiàn)實技術的更多主流應用會不斷涌現(xiàn)，從而開啟一個全新的未來。
上圖為擴展現(xiàn)實技術應用示意圖。梁 晨合成