科創南方(公眾號:southtech001)
作者 |? 佳慧
編輯 |? 云鵬

AR眼鏡、VR眼鏡、MR頭顯、虛擬游戲平臺、元宇宙全息艙……

眼下,虛擬現實產業正在高速發展,支持元宇宙的相關產品早已出現,元宇宙也成為熱詞。隨著科技的進步,人們可以通過虛擬現實技術進入一個全新的數字世界,與其他人互動、參與各種活動。

我們或許可以想象一下技術更進一步之后的未來:一切都將都將有虛擬的版本,小到日常生活中的物品,大到宏偉的建筑與山川湖泊,都能夠在虛擬空間中得到體驗和實現。個人設備將成為每個人無處不在的窗口,無論是沉浸式娛樂、虛擬旅游還是在線學習,人們將進入真實感十足的虛擬世界。

而三維重建技術是元宇宙建設的核心之一。利用三維重建技術的三維掃描儀,可以偵測現實世界中物體或環境的形狀與外觀數據,如顏色、表面反照率等,并將搜集到的數據進行分析和三維重建計算,在虛擬世界中創建實際物體的模型。

這樣得到的模型不僅可以幫助打造元宇宙世界,還可以幫助城市空間的重建,進行規劃設計、建筑施工和文化遺產保護。在醫學圖像處理、手術導航、軍事無人機智能系統的導航、自動駕駛車輛的環境感知等領域,也少不了三維重建技術。

在深圳,深圳留形科技有限公司(以下簡稱“深圳留形”)做出了實時彩色三維重建掃描儀,他們將其稱之為留形機。

這是一個手持的、便攜的、可以實時現場重建的機器。它運用3D映射算法實現實時3D重建,再利用多個傳感器,如激光雷達、攝像頭和慣性測量單元(IMU)來提高掃描準確性。

在用留形機掃描的同時,通過真實場景和點云數據的融合,可以在掃描過程中使用MindCloud-Go軟件在手機上看到掃描物的彩色模型。

深圳殺出三維重建黑馬,背靠港大,“一只手”重建3D古城

▲留形機360和MindCloud-Go軟件顯示(圖源:深圳留形)

深圳留形通過他們的留形機,幫助了香港百年古建筑圣若瑟書院現代化改造,為施工方提供了一份完整、精確的3D圖紙;香港歷史博物館的升級建設工程也邀請了深圳留形,為其內部的復雜細節和結構提供三維重建;深圳留形的留形機還還原了平遙古城建筑群和華北地下礦洞。

那么,在如今AI智能飛速發展的時代,三維重建是否能快速實現數字化,走向智能化?為計算機視覺領域提供更多智能化的3D視覺方案?C端消費者是否有可能使用上比AR眼鏡更新穎、便捷、有趣的“AI+3D視覺產品”?

近日,科創南方有機會和深圳留形的聯合創始人之一兼首席執行官秦佑銘進行交流,他分享了自己創業的經歷,以及對三維重建技術未來的發展方向看法。

一、3D重建挑戰賽兩連冠,世界精度第一,入選英偉達企業案例

深圳留形成立于2021年10月,根據秦佑銘的描述,他的創業大概就是始于“個人計算機之父”的名言,成于享受其中的樂趣,以及團隊的堅持。

被譽為個人計算機之父的艾倫·凱(Alan Kay)博士有一句廣為流傳的話,“真正認真對待軟件的人應該自己制造硬件”,這句話曾被喬布斯在第一款iPhone發布會上引用,并被作為蘋果多年來十分重要的戰略之一。也是受到這句話的啟發,他與同門徐威想要自主研發生產了硬件和軟件,進行創業。

并且秦佑銘提到,他享受“一切從頭開始”(build from scratch)的過程。他從高中開始做社團,本科在弗吉尼亞理工大學做了一個機器人俱樂部RoboGrinder,如今這個俱樂部有100多人,每年都代表弗吉尼亞理工大學,參加全國大學生機器人大賽RoboMaster。RoboMaster是中國最具影響力的機器人項目,也是全球獨創的機器人競技平臺。

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▲秦佑銘的博士畢業照

其實有些一開始想要在某一領域進行創新,并深耕某一領域將其做尖做通的人才,在大公司的高起薪誘惑下進入了大公司為其效力,沒有堅持創業這條路。

在秦佑銘的創業熱情,和他與合作伙伴徐威的堅持下,深圳留形成立,致力于為三維重建行業帶來新產品。

為什么是三維重建?又為什么叫留形?

除了開頭提到的卷福破案靈感,秦佑銘還說,三維相當于是機器人的感知,機器人也想感知這個世界,它不像人能長一個眼睛,而是把這個身邊的環境變成三維的,然后放到電腦里面去做處理、軌跡規劃,以及思考和判斷,而香港大學機電與機器人系統實驗室的空間感知技術是強項。

2022年,ARWU香港科技大學自動化與控制專業世界大學排名第47。從港大實驗室博士畢業的秦佑銘、徐威二人,想要把自己掌握的技術做出像留聲機一樣的產品,留聲機留住聲音,留形機快速留住形狀。

現在深圳留形的成員不到20位,據香港大學技術創業中心(Techo-Entrepreneurship Core)的Startup Connector項目的新項目總監所說,這個不到20位成員組成的AI初創公司做出的留形機產品,在推出3個月后就盈利了。

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世界最大的建筑工具公司HILTI與蘇黎世聯邦理工學院聯合舉辦了一項競賽,即Hilti SLAM Challenge,這是全球規模最大、影響力最強的機器人研究會議之一IROS的一項競賽。秦佑銘稱,在這個競賽中,深圳留形2021年、2022年連續兩年獲得了世界第一的精度。

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▲留形機360(圖源:深圳留形)

英偉達初創企業展示是英偉達的重要活動之一,這個活動被用來挖掘中國科技創業優秀項目及人才。2023年,有250家企業報名想要參與今年的英偉達初創企業展示,最終只有20家企業入選了半程展示,深圳留形是其中之一。

并且,在英偉達的初創加速計劃中,英偉達會為入選企業提供產品折扣、市場宣傳、技術支持、融資對接、業務推薦等服務,加速創業公司的發展。

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▲(圖源:深圳留形)

英偉達為合作的企業推出了一個平臺,把不同軟件的文件格式統一,完善了產業生態。在英偉達Jetson平臺算力支持下,深圳留形的留形機Mind Palace 360實現在便攜手持設備上進行實時、真彩、無損的三維重建。

在中國豐富的供應鏈中,加上港大實驗室的技術基礎、英偉達的技術支持,以及團隊協作,作為研發中心在深圳的新初創公司,深圳留形開發出了其第一臺實時彩色3D重建留形機。

二、先做數字化,再做智能化

為什么留形機能夠推出3個月后就盈利?為什么深圳留形能夠從250多家企業中脫穎而出,進行英偉達初創企業案例展示?深圳留形的產品究竟有哪些魅力讓使用者和英偉達的青睞?

秦佑銘稱,留形機的優勢在于,第一,時間成本更低。

傳統的三維重建技術一般使用三角測量儀或定點測量,速度較慢,還需要聘請操作員進行掃描工作,做大量后續處理工序,前期掃描與后期處理的時間比例可達1:7,甚至1:8。整個流程下來,無論是人工成本還是時間成本都十分高昂。但深圳留形通過自主研發算法,將后續處理時間縮減至同類設備的20分之一,甚至50分之一不等,掃描重建的效率更高。

第二,精確度更高。使用帶有先進空間感知技術的激光雷達和激光掃描儀,實現多向傳感,同時又運用了SLAM建圖算法,提高了設備掃描重建的準確性、魯棒性和穩定性。

其中提到的SLAM建圖算法被秦佑銘比喻為“機器人界的圣杯”,這是基于幾何方法的計算機視覺核心技術之一,也叫同步定位與建圖。這是一種同時完成機器人定位和環境建模的技術,該技術能夠使用傳感器數據生成地圖,并且在地圖中實時更新機器人的位置信息。

因此,通過SLAM技術,可以將現實世界中的物體、建筑、地形等進行數字化表示,生成高精度的三維模型,實現對物理世界的數字化重建。

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▲留形機360的雷達探測(圖源:深圳留形)

而在AI技術發展迅速并成為熱潮的今天,智能化發展受到追捧和熱議。

秦佑銘說,AI是現在特別火的一個概念,很多投資人聽到AI這個詞就兩眼放光,可我們回頭看歷史上發生的一些事件,例如SR、VR的基建在還沒有完善的時候,各種資本就涌入,瘋狂追捧,但2022年全球VR和AR可穿戴設備的出貨量下降了12%以上,可能進入了寒冬期。

這就像開了一個朋友圈,大家卻連手機都沒有。機器學習也是一樣。由于傳感器限制、數據獲取成高、隱私和許可問題,以及數據處理和存儲挑戰,三維重建技術的數據很少。在秦佑銘看來,機器學習算法的精度是和數據量成正比關系的。

因此,秦佑銘稱,深圳留形想做的是先做好第一步,在今年、明年這2年,先把數字化門檻降低;后年會引入一些機器學習,例如神經網絡等方法在已有大量的、穩定的數據的基礎上,提煉更多維度的信息。

在秦佑銘看來,數字化沒有做好就講智能化是不現實的。

并且,就像元宇宙中的建筑的生產制作,最初,背后可能都是人工手搓出來的,需要耗費一個團隊幾個月的時間。但數字化后,可能使用深圳留形的留形機設備,結合云算力等,可以把做元宇宙的建筑制作變得簡單。

可見,數字化是三維重建技術目前急需打牢基礎的一步。

三、移動掃描不是奢侈品,要大家都能用得起

如秦佑銘所說,正在做好第一步的深圳留形,還在打基礎的階段。三維重建技術的數字化是第一步,面向B端客戶的銷售市場也是第一步。

目前,深圳留形的產品使用以B2B,即企業對企業形式為主。在公司總部所在的香港,秦佑銘說,他們曾為香港歷史博物館的發展提供創新解決方案:使用MindPalace 360設備,在20分鐘時間內測量了展示大廳和室外停車場等區域,面積17500平方米,測量誤差控制在數厘米以內。

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▲(圖源:深圳留形科技)

除此之外,太白海鮮坊、香港圣若瑟書院、平遙古城建筑群、華北河南地下礦洞都是為企業提供服務。

不過秦佑銘說,發展C端,即消費者市場,是他們之后發展的最終目標。這與無人機巨頭大疆創新的發展路徑比較相似,秦佑銘也曾經在大疆進行過實習。

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飛控技術作為無人機的大腦,大疆創新最初只是為企業提供飛控技術的服務。在大疆創新前,無人機產品也多用于軍事行動,很少出現在個人及民用領域。當大疆創新的飛控技術足夠成熟后,才開始做消費級無人機,在好萊塢電影中被運用、做整裝機。

據秦佑銘透露,深圳留形也會先在面向B端的市場堅守一兩年,積累了一定技術后再開啟C端消費者市場。并且,秦佑銘認為,C端的消費者未必清楚自己想要什么。那么作為商家,就需要通過長時間的調研和思考,來研發讓人眼前一亮的產品。

就像蘋果公司之前發布的MR頭顯Vision Pro一樣,C端市場的消費者通過三維重建技術將自己的身體或場景數字化,再通過虛擬現實技術呈現出來,實現在虛擬世界中進行各種動作和交互,以及在虛擬世界中進行漫游。

從三維重建的技術更新來看,很多技術升級的目的都是優化用戶體驗。

例如,新一代三維重建技術采用了更高分辨率的圖像采集設備和更快速的計算算法,使得用戶在進行三維重建時能夠獲得更清晰、更真實的模型。視覺展示效果更逼真,使用者更身臨其境。

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▲深圳留形還原澳門威尼斯人案例(圖源:深圳留形科技)

但秦佑銘梳理了歷史發展方向,他稱,當國家國力提升、制造業水平提升,國家的產品關鍵詞就會轉為高端?,F在,中國產品正在慢慢成為性價比高、質量好的代言,秦佑銘預測,大概再過幾年,國產貨應該只有高端貨能生存下來,低端貨可能流向東南亞市場,國人可能用不起本地產品。

因此,在聊到深圳留形的行業定位時,秦佑銘說,他不希望把移動掃描做成一個奢侈品,而是要把他做成一個大家都能用得起,又很好用的產品。他想把激光雷達、視覺多傳感器融合三維重建定義成一個新概念,就叫留形。以此降低接觸門檻,每個人都可以在外出,例如旅游的時候,用留形機記錄生活。

結語:三維重建正沖出建筑領域,智能化與C端發展需穩扎穩打

三維重建技術正逐漸走出建筑領域,向歷史文化保護、教育、娛樂、市場營銷、健康醫療等更廣泛的領域發展,并為這些領域帶來了創新和變革。

同時,各行各業都在追趕AI技術熱潮,想要實現產品智能化。但三維重建由于可利用數據較少,機器學習沒有足夠的學習數據庫,很難通過機器智能獲得精準的結果。因此三維重建技術還需要先將數字化基礎打牢,其次再考慮智能化。

并且從面向B端市場到面向C端市場轉變,也需要長期的技術積累和亮眼的產品創意。三維重建技術在走出傳統建筑、測繪領域,追趕創新潮流的同時,還需要將自身基礎打牢。