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[分享] 聊聊这个只有 iPhone X 在用,如今 OPPO 也做出来的 3D 结构光

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[LV.4]略知一二

发表于 2018-5-18 18:18:06 | 显示全部楼层 |阅读模式

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闲极无聊的午后,信手打开各大国产手机的官网,点击最新的旗舰手机介绍页,一张张渲染图在屏幕上浮现,困惑的表情也随之在脸上浮现:如果不是系统 UI 或是默认壁纸有所区别,普通用户基本很难从正面分辨出哪款手机是谁家的牌子。

主流 Android 手机同质化虽说早就是个老生常谈的话题,只不过今年就算是大众用户也能感知到这个趋势尤甚。放桌子上一字排开来,肯定都是一整块的屏幕,还都喜欢在额头上留着一小块黑色的凸起区域。

这事还是得从 iPhone X 说起。

iPhone X 那块“刘海”背后的秘密

2017 年 9 月,凭借着出色的异形全面屏设计,苹果的 iPhone X 成为了继 iPhone 问世以来最大的形态改变。但仅靠屏幕带来的只是外在视觉的惊艳,更让我们钦佩的是产品背后一系列技术的支撑。


                               
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在 iPhone X 的宣传视频中,曾经有一个片段给不少人留下了深刻的印象:Jony Ive 将自己的面部神态和表情实时捕捉到一个 Animoji 上,不管是微笑,亦或者愤怒,甚至是细微的瞪眼和嘴唇运动,都会直接反映在手机屏幕上的“小猴子”脸上,感觉就像是自己的一个化身。

表面上看,这大概只是一个带有些炫技成分的演示,但之后大家发现,这居然是一个苹果 iPhone X 的独占功能。与之相关联的技术,其实就隐藏在 iPhone X 额头上的那一小块黑色空间里。

事实上你会发现,一部分采用了异形屏设计的 Android 手机,在宣传自己的时候会强调自己的“刘海”区域比 iPhone X 的小多少,可这种宣传手法恰恰是“避重就轻”的,即只强调外在视觉的观感,却忽略了背部的技术关联。


                               
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苹果并没有掩饰这一点,虽然从产品的完整性来说,大众用户更愿意追求一整块四边缘齐平的屏幕,但苹果显然相信,这个“缺口”付出的外在形象的代价,会让它的内在技术给弥补回来。

当然现在我们会听到一个更通俗的说法:

3D 结构光。

为了能够完全替代传统 iPhone 的正面指纹识别按键,苹果基于 3D 结构光技术推出了名为“Face ID”的特性,主要用于日常解锁和移动支付。虽然有一些使用距离上的局限性,但其解锁速度之快、方式之自然,相信每一位正在使用 iPhone X 的朋友都能感同身受。


                               
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当然,如今这项技术不只是 iPhone X 的专属功能了。本月 10 号,国内 OPPO 成功实现了全球首个基于 3D 结构光技术的 5G 视频通话演示,这也是目前 Android 手机行业中最早探索这项技术的品牌之一。

3D 结构光会被如此重视,自然有它背后的理由。

从 2D 平面向 3D 立体世界迈进

打个比方,如今大部分手机的前置拍照以及人脸识别,都是靠单摄像头来实现,这就和我们蒙住一只眼睛一样,只能记录纯 2D 图像,但却无法分辨物体的远近距离。


                               
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(iPhone X Face ID  录入演示,图片来源:Tech Insider

但在结构光技术的帮助下,我们得以从 2D 图像维度转向对 3D 深度信息的采集。

从 iPhone X 的刘海内部结构可以看出,除了基本的前置摄像头外,它内部还集成了六七个传感器。其中点阵投影器会投射出高达 30000 个光点,红外镜头能就能获取人脸各个部分位置的形变数据,即脸的“结构”,加上前置镜头记录的人脸图像,两者借助算法结合,就能得出一张精准的 3D 人脸数据图。

通俗点说,这个原理感觉很像是拍电影和做游戏时常用的面部捕捉体系。比如在《霍比特人2:史矛革之战》中的巨龙,其实就是捕捉的“卷福”本尼迪克特·康伯巴奇(Benedict Cumberbatch)的动作神情。在幕后花絮也能看到,演员头上会挂着一个摄像头,然后眼睛、鼻子和嘴巴等各个部分都贴上了白点用来确认精确位置,以便更好地记录面部的细节运动,并最终运用到虚拟建模上。


                               
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(图片来源:JoBlo Movie Trailers

所以,比起单纯的基于 2D 平面图进行分析,这种三维深度数据显然更加真实有效,也更有价值。

不过技术归技术,现在我们一提起 3D 结构光,往往就会和 Face ID 联系到一起,就只认为它只是一个更安全的人脸解锁手段。毕竟就连出色的 Animoji 表情,大部分人只是上手体验一下就不会再碰了。

可如果搞清楚 3D 结构光的背后原理就会发现,人脸识别和解锁,只是代表其中一个应用场景,背后却包含了对更高维度信息的掌握和运用——让手机能够感知到现实世界的 3D 信息,才是结构光技术真正想要达成的目的。这正如此前 OPPO 那场演示会上反复强调的主题一样:

一个“连接立体的未来”。


                               
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最简单的例子,掌握了 3D 结构光技术后,iPhone X 便果断抛弃掉原有的 2D 指纹识别方案,起初我们认为这很激进,但现在来看并非不可行。而按照 OPPO 的计划,如果真的可以在未来 6 个月内将 3D 结构光运用到手机产品上,我们很可能就会看到一个不需要在后背开孔、工业设计更加一体化的全面屏 OPPO 手机。

而对消费者来说,虽然人脸和手指一样,同样都是身体认证的方式之一,可 3D 结构光可以让我们录入一个比传统指纹更安全,且维度更深的数据。按照苹果的说法,基于 3D 结构光的 Face ID 加密只有百万分之一的概率会被破解,而指纹识别的破解率却高达五万分之一。

不过比较尴尬的是,由于目前只有 iPhone X 一个设备型号在使用 3D 结构光技术,加上 iOS 的封闭生态,这项技术的使用场景的确还十分有限。

把结构光塞进手机里,我们会看到什么?

就我自己使用的 iPhone X 来说,主要会在以下这几个领域中使用到和 3D 结构光相关的技术:

1.Face ID 人脸解锁
2.Apple Pay 移动支付
3.网站账密自动填写
4.前置人像虚化
5.Animoji 动态表情
6.少部分第三方应用的加密功能


                               
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这么来看,iPhone X 的 Face ID 主要还是用于和安全和支付相关的领域,当然在 AppStore 里还有一些小游戏,比如《Rainbrow》和《Nose Zone》。前者是一个利用你眉毛做出反馈的躲避游戏,而后者则可以让你移动脸部来摧毁屏幕上的小方块。可目前这些游戏都制作得相对简陋,反而更像是一个 Demo。

而 OPPO 这边的脑洞就要大不少了。根据目前 OPPO 官方透露的信息来看,未来 OPPO 的 3D 结构光手机会运用到包括游戏、AR、三维重建和游戏等多个领域。得益于 Android 生态的开放性,以及 OPPO 本身对于用户需求的了解,也许我们能够看到一些比 iPhone X 更接地气的产品和服务。


                               
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首先,如果要替代指纹识别,解锁和移动支付自然是不可缺少,这是目前 3D 结构光在手机平台运用得最广泛的领域。

此外还有手机自拍功能的扩展,考虑到于 OPPO 多年来在人像美颜领域也积累了不少的经验,有了更为深度的 3D 人脸信息后,以后应该也不只是做做磨皮和瘦脸了,用户甚至可以直接对光线进行改变,或是模拟影棚打光来进行 3D 渲染。

想的更远一点,当手机知道你的脸部宽度、鼻子高度和嘴唇厚度等这些立体信息后,加上 AI 技术的协助,你还只会停留在 2D 修图的阶段吗?


                               
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还有一点是也 OPPO 特别看重的,那就是基于 5G 网络环境下的 3D 视频通话。OPPO 将 3D 结构光技术采集到的立体人像信息,配合 5G 网络的低延迟实时传输,最终实现了对高精度人像建模的远程传输。

如果可以结合 AR/VR 等设备,这种视频通话可能还会朝着全息投影的方向来演变。

基于 OPPO 的这些场景设想,一些更深度的玩法应该不难成为现实:

1.根据你的面部表情来实现某些服务,比如说根据喜怒哀乐情绪来点歌,又或者是在游戏里做出各种稀奇古怪的表情,争取更高的分数;
2.将自己的头像植入到 3D 游戏中,创造属于自己的游戏角色;
3.配合语音助手,再结合嘴型,进一步语音提高识别率;
4.不止是人脸,如果连手势动作也可以被采集,那么交互上也会出现新的可能性。


                               
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(Kinect Sports Rivals 游戏中的扫描建模,图片来源:Outsidexbox

这些都是我们以前不曾想过的面部交互方式,但在 3D 结构光技术的帮助下,这些口头上说说的场景,我想距离实现的那天大概也不远了。如果以后连后置摄像头都搭载了 3D 结构光或是 ToF 飞行时间传感器,那由此创造出的 AR 游戏,也远不是单纯的双摄像头所能比得了的。

指纹识别之后,苹果和 OPPO 看好的下一个未来

可以预见的是,不管是此前苹果的先行试水,还是现在 OPPO 就实际运用需求的投入和研发,3D 结构光都有望会成为未来智能手机不可或缺的存在。我们也很高兴能看到,国产手机在这点上奋起直追的速度很快,在不到一年时间,OPPO 就已经尝试将这种技术运用到更遥远的 5G 领域,甚至还明确了量产的时间表。

或许,OPPO 对 3D 结构光技术的探索比我们想象中的还要早一些。如今站在了巨人的肩膀上,也让幻想变成了现实。


                               
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更重要的是,当国产手机市场整体放缓,以及 5G 时代即将来临的背景下,无论是 OPPO 自己,还是其它国产手机品牌,都开始加快在核心技术上的投入,说是“秀肌肉”也好,但残酷的市场竞争不会给没有准备的人留有机会。

当然,选对方向比努力更重要,苹果和 OPPO 都已经选择了 3D 结构光,两者也都迈出了坚实的一步,未来是否还会有其它对我们生活和工作影响深远的“杀手锏”现身,则还是个未知数。


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