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- 混合现实裸眼3D，联想未来教室荣膺《快公司》未来技术大奖
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2022-11-21
联想未来教室项目夺奖
11月18日，国际知名商业杂志《快公司》（Fast Copany）发布了其2022年 Next Big Things in Tech奖获奖名单，联想研究院智慧教育与未来交互实验室打造的“未来教室”项目，成功登上教育类别榜单。
《快公司》Next Big Things in Tech奖致力于表彰能够定义行业未来发展的技术新突破，或者现有技术的创新性、突破性应用。评价标准包括技术的相关性，新颖性，以及技术对当前或者未来行业发展所产生的影响等。
大奖评审委员会表示，通过AR渲染、3D人体运动追踪等混合现实技术， 教师和学生们无需佩戴头显设备，就可以在联想未来教室享受全息、互动、沉浸式的教学体验。
从未来教室，看见教育元宇宙
在11月9日结束的联想创新科技大会上，联想展示了自身在元宇宙领域的观点、技术创新以及行业应用。联想宣布，将致力于打造端到端的、虚实融合的元宇宙行业解决方案，以加速电力、办公以及教育等行业的智能化转型。
要构建教育元宇宙，需要推动在线教育与线下教育，虚拟空间与实体课堂的融合。联想未来教室的目标，就在于构建全新的沉浸互动教学空间，模糊物理教学环境与数字教学内容的边界，打破时间和空间的界限，实现虚实融合、全息互动的本地线下教育，以及远程教师与本地学生空间互连的虚实融合教学体验。
当前，联想未来教室主要包括两个应用场景——全息互动本地教学，以及远程拟真教学。
全息互动本地教学
在本地的线下教学中，联想未来教室能够将教学内容以三维全息的方式呈现在全息投影幕上。教师可以在投影幕布的后面，通过触控和体感等方式，与虚拟内容进行互动，还可以让虚拟内容与其身体叠加融合，从而呈现出混合现实的效果。
值得一提的是，在联想未来教室里，教师和学生无须穿戴或绑定额外设备，通过裸眼3D就能享受到沉浸的全息、互动体验。同时还能完成各种虚实结合的互动游戏和活动。
比如，在上地理课时，全息投影幕上能够呈现三维的地球，教师和学生能够围观并与其互动，挥手之间穿越南北两极，将整个地球尽收眼底。通过触控与体感等方式旋转、缩放并选择国家、地区和城市，探索各类动植物的分布状况与信息。而在虚拟的物理和化学实验中，对所有实验道具的操作都如臂使指，并触发相应的化学反应与物理现象。
另外，教师与学生也能够将整个身体作为游戏互动的载体融入到虚拟空间中。比如，虚拟环境中掉落的小球碰到人的身体后会自动弹开或被人接住，物理世界的人体也能够获得火焰或冰冻等趣味特效的加持，而模拟人体扫描效果能够精准获得教师与学生的位置和轮廓，也即在全息互动教学空间中，教师与学生能够完全被数字化并与虚拟空间融合在一起。
要实现全息互动本地教学，需要一套硬件系统，具体包括前置投影仪，全息投影幕，激光雷达，电脑，以及深度摄像头等。
作为系统主体的全息投影幕，通过在玻璃基材表面贴合半透半反效果的全息投影膜而构成。教学内容来自笔记本电脑，电脑内容画面通过前置投影仪投射在全息投影幕上。激光雷达通过激光扫描获取投影平面各点的位置信息，使教师可以通过触屏与投影画面进行互动。深度摄像头可以实时采集幕后教师的深度图像，分析人体轮廓与骨骼信息，使教师通过体感与投影画面进行互动。通过把深度摄像头与全息投影幕的位置关系进行标定，能够将摄像头采集的物理空间教师人体，与投影幕显示的数字内容对应融合到一起，最终形成虚实融合的效果。
全息互动本地教学的构建包含以下关键技术：
1.虚实映射：基于人体跟踪与三维映射的全自动标定技术，使用户进入环境瞬间自动完成标定，无需借助尺寸已知的标定物，并支持全息暗场环境标定，不受光照影响；
2.虚实叠加：基于标定参数的定制化图形渲染管线技术，计算用户深度图像对应的三维面片模型，并映射到屏幕空间，实时渲染对应真实人体的完整无洞轮廓画面；
3.虚实联动：基于渲染画面的视觉增强处理计算与人体互动模型构建技术，实现人体边缘与人体表面和三维内容与场景的丰富互动。
地理、天文、物理、化学等课程的全息互动教学场景
远程拟真教学
除了全息互动本地教学，联想未来教室的第二个场景是远程拟真教学，即授课教师和上课学生分别位于不同的地理位置，比如老师在北京，学生在海南，但通过大幅面全息投影膜和弧形投影幕等设备和技术，能够把双方所在的不同物理空间在虚拟环境中融合连通，教师仿佛亲临课堂现场，学生感觉教师就在眼前，产生高度的临场感和沉浸感效果。
远程拟真教学硬件系统
远程拟真教学采用基于手写、手势、体感、语音的多模态自然人机交互技术，为教师远程授课提供丰富的互动体验。授课电脑外接手势交互设备，让教师可以对虚拟场景中的三维对象进行旋转、缩放、选择、重置等操作。教师端还引入深度摄像头，使教师能够基于空间位置与三维场景进行交互，也可以基于骨骼运动跟踪驱动虚拟数字形象与远端学生互动。此外，教师还可以通过语音识别完成一些控制操作，也可以使用语音助手辅助教学过程。
联想未来教室已落地西安电子科技大学和华中师范大学，推动两所高校建成了全球首个5G+4K+全息混合现实课堂，可以实现北京、西安和武汉三地的虚实融合教学。此外，在过去的几年中，凭借业界领先的技术和方案，联想未来教室多次夺得业界大奖。2021年，入围国际教育界的“奥斯卡”——Reimagine Education Awards(重构教育奖)。今年则入选了北京国家人工智能创新应用先导区示范案例，并荣获了2022中国多媒体企业创新技术奖。
不只是未来教育，还有未来办公“魔界空间”
构建联想未来教室的核心技术，比如全息交互，应用场景其实非常广泛。
比如在办公领域，基于全息交互等技术，联想研究院打造了面向远程协作办公场景的“魔界空间”(Lenovo Cyber Space)项目。“魔界空间”通过人与空间的智能感知，人与人、人与数据、人与空间的智能交互，能够让身处不同物理空间的人相聚在同一个虚拟的或者虚实融合的办公空间。即便相隔万里，也能“当面”谈笑风生。
未来，我们的生活和工作将不再局限于物理空间的范围，而是将变为一个虚实交融的世界。联想研究院将持续打造虚实融合的元宇宙技术和解决方案，不断推动行业的智能化转型。
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