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刘先林院士:AR技术与三维GIS的融合
 
 
2018-09-27 16:50 编辑:品牌与宣传企划中心 浏览量:3144人
 
 

 
 

 “2015年疯狂入局、2016上半年爆发式增长、2016下半年-2017年行业洗牌,泡沫打破”,VR在三年间大起大落,由2015年被认为是有两千亿产值的新兴产业,到2017年逐渐衰落。VR/AR要想再度成为“潮流”,就需要达到“国民级的应用”水平。三维地理信息近年来助力手机导航、自动驾驶等业务取得了显著成绩,作为AR领域的新兵,希翼能助力VR/AR技术进入新一轮热潮。地学业者对AR有个定义,说现在空间地理信息数据主要是形的基础上来叠加各种实时大数据,就是流,使人们对客观世界有更深刻的认识,这是大家对AR的见解。

 

 

测绘业者的三维视觉历程

 

测绘业者从一开始就要进行三维立体观察,与当前VR三维立体观察的原理相近,这种行业的立体观察应用已经经过了多次更新换代,形成了比较成熟有代表性的技术。

 

比如立体机和解析测图仪,解析测图仪很少,1998年之后就不怎么用了;还有高频液晶显示器——配戴偏振光被动式立体眼镜,这个很流行,全国大概有几千套。然后多通道的立体显示,基于GPU的融合技术,大家可以实现大屏幕的上下融合、左右融合,过去只能是普通三维显示,做成了可以在立体上显示,主要的技术就是把显卡底层的功能专门做一个空间实现融合。融合需要几何、光度、高度上融合起来,看不出任何的缝。比如说图1是有三通道的,这三个通道早期都是用双液晶,照度非常低,花几百万、上千万的东西不能用,后来全部退掉了。后来大家发明了双投影、高亮度液晶投影,亮度非常高,其中一个重要的技术就是两个投影来实现一个立体的投影,同时还要融合。因为一个投影仪的宽度有限,大家要更大的,整个会场要很震撼,这个也做了不少,全国所有的地理信息产业部门目前用到的都是它。图2这个用了一个国外的投影,直接人可以沉浸式的,也是原国家局用的。

 

最新出来的就是LED大屏幕,这个比较新。所有的那些投影仪亮度还是不够,不能在室外,只能在室内。要在室外看立体就是要高亮度的LED,LED的每一个发光管都是可以表现红蓝绿彩色的板,分辨率很高,可以在野外使用。目前有两种方式,一种就是主动立体,就是戴上液晶眼镜就能看到立体。另外一种方式就是被动的LED,戴的不是液晶眼镜,目前销售了第一台,估计未来在一些大场合会更多。测绘人的立 体 是 不 需 要 旋 转 的 , 现 在 的 发 展 趋 势 就 是LED。LED立体大屏幕的需求非常大,目前已经开始出现了,这是最新一代的立体。

 

下一步大家提倡做手机的裸眼立体,从前有经验的测绘工编辑不借助任何辅助工具用两张照片就能看到立体,此原理正好可用在当代的智能手机上。碰巧,横过来的智能手机两幅图距离正好与人眼的眼基线长度相当,这种立体观察方式用在手机上的三维发布会很有趣。大家也致力于这方面的研究。因此在三维显示方面,应该说大家测绘人比搞AR、VR的人高。

 

三维GIS与AR技术融合

 

近年来,GIS服务从二维发展到了真三维,在智慧城市、智慧旅游、城市精细化管理、自动驾驶等方面全面向3D发展。自然资源部陆昊部长在海南测绘地理信息局调研时提出自然资源登记等系统,要由二维系统变成三维系统,解决自然资源调查、确权和国土空间用途管控等问题。这就给大家带来了机会。

 

大家认为地理信息大数据分为两种,一种叫做形为主的,一种就是流为主的,一种是时空大数据,一种是实时大数据。大家做的就是时空大数据,它又分两种,无结构和有结构的。

 

结构化的时空大数据是电脑来产生常识的,这种数据才叫真正的大数据,才叫做会说话的数据,或者叫做智慧数据。因此这套技术,大家地理信息界下一步为社会提供的数据一定是这样的数据,这样的数据绝对不是工厂化处理能够实现的,一定是智能化处理才能够提供的。过去说一流的企业是做标准的,现在是一流的企业做平台。

 

传统的测绘遥感数据量非常大,但是要把它由数据大转化为大数据,必须要用人工智能的技术来对大数据进行结构化,特别是当前流行的深度学习能够自动地监测、分割、跟踪矢量、挂接属性。传统意义上的深度学习就是监测,能够找到,找到这里是程序,但是这还远远不够,一定要进行分割,然后在这个基础上进行跟踪得到矢量,然后挂接属性,如果没有属性的话是不可能产生常识的。所以说结构化数据第一个就是分层分类,一层层打上来的“建筑物”,这是大家所要求的结构化大数据。

 

他们搞虚拟现实的人专门跑来问我,我给他们讲了很多的原理。第一步这个数据一定是分层分类的,大家都混在一起不行。这个就是对象化管理,每一棵树都有自己的属性,一定是对象化管理的,这是结构化数据。还有一定要有三维矢量,像是房屋。图形的背后一定是一些文件来支撑的,将来计算机能懂读,它不用再自己去对这些不会说话的数据进行改造,采集的时候就把它搞定了。和这些工业部门相结合的话属性要求非常严格。大家可以把几何属性都事先做好。这种形式的数据是高级形式的,生产最困难,必须高度自动化,人工是不可能生产出来的。这种数据做出来之后可以生产任何一种低级形式的数据。

 

目前的AR以观看、感知等形式为主,虽然有碰撞检测和遮挡功能,目前AR的常识产生主要还是依赖人脑的统计分析和决策,要想用电脑,AR/VR数据也要进行结构化改造。

 

当然对于AR数据结构化的数据标准还有待研究,流动的数据,所谓的流分两种,一种是有形的流,比如说车辆探头。一种是无形的数据流,比如说数据流、资金流、网购的数据。这两种流都可以叠加到相对静止的空间地理信息数据上,使得观测效果更生动,这就是大家说的热力图,所以大家能够做的事很多。

 

 

AR/VR应该要成为潮流

 

最后,我给他们讲了一下AR技术怎么样才能再次成为一个潮流,它的核心问题要使受众达到千万级,甚至于亿级的,大家做一个产品动不动就几百万。用户一年最多销七台,但是人家滴滴打车融资动不动上百亿美金,因为他的受众非常广、非常巨大,AR要想再次成为潮流的话,受众一定要从少数人变成多数人。

 

Ar的下一步热点,跟大家地理信息相结合可以做些什么事情?

 

第一个是4DAR,就是交通部门的探头。这个探头的数据量是爆炸性的,警察要想从里面找到一点常识是很困难的,就要用4DAR技术帮助他。(图3)因为这个探头里面有大部分的数据都是静止的,比如说树、标线、房子,都是静止的,只要把移动的部分提取出来。每个探头是有模型的,有它的位置和方位,在这个基础上就可以把探头的数据进行叠加,这个就是录像用深度学习可以很方便地把车找到,过去用这个技术是在街景发布的时候把车牌给隐蔽掉,现在是要把这个车牌用上,没有车牌的数据无法使用,这是大家三维模型。车上去之后这个模型还可以旋转,这就是AR现场的实景。也就是通过深度学习的办法把警察的数据拿出来,把车找出来,把固定场景的东西更真实地表现在上面,仅仅把警察所关心的车提取出来,然后投上去,这就是4D。

 

如果警察关心人的话也是可以的,这有什么好处呢?就是数据量大的现状,而且不仅可以看到现状,还可以追溯历史、预测未来,看这个车下面要跑到哪儿去。这里面最核心的是移动对象应该是有属性的,就是说这些移动对象他的车牌号、车型、车的颜色,这都是移动对象的属性。所以大家的三维对象的话过去有点状对象、线状对象、面状对象、体状对象,这是大家的对象化管理中的四种。点状对象比如说电杆,线状对象是隔离带,面状对象是墙,体状对象是建筑物或者过街天桥。现在出来了第五种就是移动的对象,这个移动对象在大家的结构里面能改,仅仅是把属性里面对这个对象要有描述,在大家的属性里面有它的大写坐标、小写坐标、几何形状,还要增加它的时间。就是大家过去三维时代的时候,这个属性里面的几何对象三维矢量,比如说一个路灯三个点就够了,一个坐标也是三个点,一个电杆两个点就够了,一个房子当然多一些。现在移动对象的话属性里面的几何矢量就增加了,T1XYZ,T2X2Y2Z2,属性项里面的矢量部分变成了四维的矢量,这就是4DAR结构的数据基础。如果不是这样的,警察可以在系统里面调任何时刻、任何地点的场景,任意时间、任何地点、你所需要的任何对象的场景,可是周围的一切东西都是真实的,把干扰的车也可以去掉了。

 

这是第一个“热”,大家预计在国家公安部门大量的探头数据量爆炸的情况下,将会有这个“热”支持AR技术进一步的发展。

 

当然AR技术可以在手机上发布,也可以在LED上发布,也可以在网上发布。第二点就是手机上的立体观察,因为手机的数据量有限,目前要都从网上下载的话,你在网上下载一个带纹理的模型数量会很大。那么怎么办呢?最近大家就搞了一个数据量几乎为零的,几乎可以忽略不计的,叫做“白膜”。这就是一个“白膜”,当然这里面把建筑物关掉了,当时做得还不是很成功,完全用激光,不用影像就可以把“白膜”输入进来,做好之后它的数据量几乎可以忽略不计,用本地数据就可以漫游,但是标线、路杆、天桥都是真实的,虽然没有用影像,但是也足够让人看到这一切。所以这种“白膜”做出来以后就有可能在手机上进行漫游,这个大家认为是AR的下一个热点。

 

这个“白膜”做出来之后有什么用呢?首先一个就是可以作为自动导航,给他们注入一些新的血液。现在的导航App三维基本上都是虚假的,跟真实的情况不一致。大家现在虽然不是真实的纹理,但是基本上形状是真实的,从过去所谓的百度、高德这些自动驾驶的App中注入这样的东西,就是所谓的实体导航。实体导航有什么好处呢?第一个好处就是到了目的地之后可以找到真正要去的地方,而不是走错了。现在因为北京搞拆违建,把大厂商和宾馆的标志都拆了,所以到了目的地之后导航结束了你也找不到要去的地方。因此这样的实体导航就可以把你的目标所处在的路口,或者是建筑物进行渲染,渲染成另外一种颜色,你这样就很容易的在最后100米的时候找到你要去的地方,这是一个模式。另外一个就是实体定位,假设大家把这个街区所有的“白膜”都建起来,这个"白膜”建起来并不是很复杂,只要车开过去数据拿回家,第二天早上就出来了,这个就靠云计算,靠GPU,第二天早上就可以拿到“白膜”,基本上八九不离十,应该说基本上不用编辑了。这样的数据对于未来的实体定位提供了一个基础,现在的定位潮流很多,现在的地基增强、蓝牙定位、基站定位,这些都是无线电定位,跟大家搞测绘的没有关系。但是大家搞测绘的下一步会推一个实体定位,我实体都做出来了,你拿我就可以了,当然也不是图像定位,图像定位的话信息量太大。所以大家测绘工编辑在定位的技术上可能会有新的思路。

 

第三个热点,就是AR车窗的自动驾驶。也就是说在国外是有这个想法的,还没有完全实现。会上有一个企业说他可以做AR车窗,AR车窗就是在车上可以既把你计算机里面的实体街景的模型投影到屏幕上去,AR车窗是一个透明的,同时你又可以看到地面、看到实景。这两者结合起来对于自动驾驶,对于驾驶的乐趣会提高。一方面你的数据是不是对,就可以知道了。另外一方面你自动驾驶的路线是不是对,如果不对的话一定是模糊的。因此AR在移动物体,包括人当中都会很有用,目前所看到的都是VR头盔,这个VR头盔看不到自己的身体,也看不到地面,用户用一会儿就头晕。因此提出来一个AR头盔的概念。而AR头盔要想推广的话,那就离不开大家搞测绘的人了,因为它要实际模型,实际模型由谁提供呢?就是靠大家测绘人提供的。所以大家在这个当中的应用是有很多场合的,虽然大家是跨界融合碰撞了一下,最后反响还是很好的。十多个人来加我的微信。

 

我为什么在这里做报告呢?就是希翼大家测绘人不要局限在过去的二维、三维,现在是四维时代了。也许这个会来得很快,把AR技术和大家现有的采集技术结合起来,大家现在做的数据就要求非常科学的,将会在马路上每隔200米就修一个5G的基站。刚才大家四五十类的路线都可以全要素的采集出来,这点是有基础的。但是客户提出来的一个需求,你采集了之后我怎么知道它的变化?是不是再采一次?我现在初步的思路还不是这样的,而是用电子标签,用RFDI的技术实现动态的监测,虽然测绘局并到自然资源部去了,大家测绘工编辑的服务面是非常宽的,几乎没有一个行业能够不用大家的技术。所以大家测绘地理信息工编辑是在新一轮的创新大潮中大有可为的。

 

图一

 

图二

 

图三

 
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