1936 年，美國(guó)氣象學(xué)家愛(ài)德華·羅倫茲提出著名的蝴蝶理論：亞馬遜的蝴蝶扇動(dòng)翅膀，可能會(huì)造成美國(guó)德克薩斯州的龍卷風(fēng)。不僅氣象，蝴蝶理論在其他行業(yè)同樣十分適用。例如，某家遠(yuǎn)在英國(guó)威爾士的半導(dǎo)體公司，近半年來(lái)股票從不到 40 美元快速攀升至 140 美元，增速驚人。而引起這樣一場(chǎng)股市風(fēng)暴的「蝴蝶」不是別人，正是美國(guó)蘋(píng)果公司的知名產(chǎn)品——iPhone 手機(jī)。

有知情人士透露，稱英國(guó)威爾士半導(dǎo)體公司 IQE 已經(jīng)成為蘋(píng)果公司的供應(yīng)商，前者生產(chǎn)的復(fù)合半導(dǎo)體晶圓是制作激光傳感器的元件之一，而激光傳感器能夠?qū)崿F(xiàn) 3D 環(huán)境感知、人臉識(shí)別、虹膜識(shí)別等多種功能，而這正是傳聞中蘋(píng)果新品 iPhone 8 的主打功能。雖然 IQE 公司對(duì)傳言不置可否，但是股價(jià)的飆升無(wú)疑證明了市場(chǎng)的敏感。

從觸摸屏到 Nano Sim 卡，iPhone 引領(lǐng)了智能手機(jī)的進(jìn)化方向。當(dāng) 10 周年版的 iPhone 8 將 3D 傳感器變成必備配件時(shí)， 3D 傳感器的普及也就是時(shí)間問(wèn)題了。而得益于這些微小的半導(dǎo)體晶圓，用戶的手機(jī)將變成一個(gè)溝通現(xiàn)實(shí)和虛擬世界的窗口，替換下鼠標(biāo)、觸摸屏，創(chuàng)造新的人機(jī)交互方式。

如何用光做「尺子」

讓 IQE 公司的股票躍升至 140 美元的功臣是公司新開(kāi)發(fā)的「光子業(yè)務(wù)」（Photonics），其中被傳和 iPhone 取得了聯(lián)系的是一種復(fù)合式半導(dǎo)體晶圓，這種晶圓的生產(chǎn)難度極大，需要在 6 英寸的晶圓上均勻生長(zhǎng) 10 納米厚度的材料，而且還要生長(zhǎng) 300 層，且生產(chǎn)過(guò)程中每生長(zhǎng)一次就要設(shè)定濕度、氣壓等參數(shù)。而這些「寶貴」的晶圓被制造出來(lái)后，主要會(huì)用在 VCSEL 激光器（垂直腔面發(fā)射激光器）上。這種激光器在物理和光學(xué)特性上都要比傳統(tǒng)激光器高很多，因此被用在光數(shù)據(jù)通信和傳感器等方面。

而傳聞中 iPhone 8 將會(huì)配備的 VCSEL 激光器，其用途是環(huán)境感知、人臉識(shí)別和虹膜識(shí)別，簡(jiǎn)言之，就是不僅能利用攝像頭紀(jì)錄畫(huà)面，而且能通過(guò)激光器測(cè)量手機(jī)周?chē)h(huán)境的深度信息（Depth Information）。目前主流的深度信息捕捉方法有兩種，ToF（Time of Flight）以及結(jié)構(gòu)光（Structured Light Coding）。前者利用激光從物體表面反射回手機(jī)的速度來(lái)測(cè)量二者之間的距離，實(shí)現(xiàn)深度信息獲??；后者利用發(fā)出的帶有結(jié)構(gòu)的光源，通過(guò)光在物體上圖像的畸變判斷距離，獲取深度信息。雖然方式不同，但兩種方案都不可避免的要用到 VCSEL 激光器。

在應(yīng)用方面，Google 的 Tango 項(xiàng)目二代方案采用的就是 ToF 技術(shù)，而結(jié)構(gòu)光的代表則是被蘋(píng)果收購(gòu)的 PrimeSense，其生產(chǎn)的體感設(shè)備 Kinect 早在 2009 年就被用在了微軟的 Xbox 360 游戲機(jī)上。有機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，此次 iPhone 8 將會(huì)采用前置 ToF，后置雙目結(jié)構(gòu)光的方案，建立一個(gè)完整的 3D 感應(yīng)體系，而這可能是顛覆的開(kāi)始。

3D 感知的使用場(chǎng)景

當(dāng)把用于 ToF 和結(jié)構(gòu)光的激光傳感器放進(jìn)手機(jī)中后，我們就賦予了手機(jī)感知周?chē)?3D 環(huán)境的能力，讓機(jī)器能夠「看懂」周邊的世界。而有了這樣的能力，能夠打開(kāi)更多手機(jī)的使用場(chǎng)景：

生物識(shí)別。目前手機(jī)上應(yīng)用最廣泛的就是指紋識(shí)別，3D 傳感器的加入，將使得虹膜識(shí)別和人臉識(shí)別方案更加可靠。此前三星的 Galaxy Note 7 已經(jīng)推出虹膜識(shí)別功能，但是成功率依然是問(wèn)題。而有了 3D 傳感器，iPhone 8 很可能將虹膜和人臉識(shí)別推廣開(kāi)來(lái)，增加生物識(shí)別的可能性。

環(huán)境掃描。谷歌的 Tango 和微軟的 Hololens 有一個(gè)令人印象深刻的功能，就是用攝像頭掃視房間一周后，即可在系統(tǒng)中建立一個(gè)房間的 3D 輪廓，類(lèi)似于在機(jī)器的大腦中建立了一個(gè)深度地圖，讓機(jī)器能夠認(rèn)識(shí)到這個(gè)房間有多大，都有什么家具，同時(shí)了解到自己在這個(gè)三維環(huán)境中的位置，并時(shí)時(shí)做出調(diào)整。而讓機(jī)器「認(rèn)知」環(huán)境十分重要，因?yàn)檫@是接下來(lái)虛擬現(xiàn)實(shí)融合的基礎(chǔ)。

混合現(xiàn)實(shí)。在蘋(píng)果的 WWDC 大會(huì)上展示了 ARkit 的 Demo，在攝像頭界面上，可以看到實(shí)體桌面上有一個(gè)虛擬的冒著熱氣的咖啡杯?，F(xiàn)在看來(lái)效果已經(jīng)不錯(cuò)，但如果想要將虛擬物體和現(xiàn)實(shí)物體更真實(shí)的融合在一起，還需要 3D 傳感器，后者讓手機(jī)能夠更加清楚的知道桌面的位置，因此能夠讓桌面上的虛擬杯子更加真實(shí)，而不是像 Pokemon Go！一樣僅僅是 2D 貼圖。

而一旦打下 3D 感知的基礎(chǔ)，混合現(xiàn)實(shí)的大門(mén)也即將開(kāi)啟，攝像頭帶來(lái)的顛覆也將奔襲而至——改變?nèi)藱C(jī)交互方式。

下一代人機(jī)交互

在蘋(píng)果建立的 ARkit Twitter 頁(yè)面上，全球開(kāi)發(fā)者上傳了無(wú)數(shù)腦洞大開(kāi)的 Demo，從虛擬格尺到虛擬博物館不一而足。但是，具備 3D 感知能力的設(shè)備改變最大的，其實(shí)是人機(jī)交互的方式。從最早的代碼、到微軟的 Windows 圖形界面，人們與機(jī)器的交互經(jīng)歷了數(shù)碼和模擬的變遷。而 VR、AR 和混合現(xiàn)實(shí)為代表的新一代技術(shù)，則將人機(jī)交互還原成人類(lèi)的自然交互——你看到一塊石頭，用手就可以將其撿起來(lái)，并且能揚(yáng)手扔出去。

在理想狀態(tài)，這樣的設(shè)備可能是一臺(tái) AR/MR 眼鏡，用戶可以看到逼真的虛擬物體和真實(shí)世界的物體疊加在一起，用戶可以同時(shí)和虛擬及真實(shí)物體進(jìn)行互動(dòng)，且雙方也會(huì)發(fā)生交互。而目前由于技術(shù)問(wèn)題，可能還達(dá)不到這個(gè)水平，但是蘋(píng)果、Facebook 等巨頭想出的方案，就是將混合現(xiàn)實(shí)急先鋒的重任，放在人手一臺(tái)的手機(jī)身上。具備了 3D 感知的手機(jī)，就是用戶手中的一扇「混合現(xiàn)實(shí)視窗」，而其界面就是攝像頭。

今年的谷歌開(kāi)發(fā)者大會(huì)上，其團(tuán)隊(duì)推出的新應(yīng)用 Google Lens，將整個(gè)攝像頭界面變成了搜索頁(yè)，用戶可以打開(kāi)攝像頭，拍下眼前的餐館或者電影院來(lái)預(yù)約買(mǎi)票，或者拍下眼前的花卉，手機(jī)會(huì)自動(dòng)給出花的名字和種類(lèi)。就在幾個(gè)月后，我們可以看到在攝像頭界面，配備了 3D 傳感器的手機(jī)將會(huì)為用戶進(jìn)行室內(nèi)導(dǎo)航、3D 掃描建模等等先進(jìn)功能。

第一代 iPhone 推出后，人們根本不知道該拿這一大塊觸摸屏做什么，只能玩玩《憤怒的小鳥(niǎo)》和水果忍者，大概誰(shuí)也沒(méi)想到用手指劃來(lái)劃去會(huì)成為主流的交互方式。同理，3D 傳感器和雙攝像頭的組合的普及，人們還只是拿來(lái)玩?zhèn)€濾鏡自拍，但是后者所代表的交互方式的變革，可能要比觸摸屏帶來(lái)的影響更深也更廣。

攝像頭的進(jìn)化

從最早西門(mén)子手機(jī) 30 萬(wàn)像素玩具般的攝像頭，到現(xiàn)在手機(jī)上 2000 萬(wàn)像素的前置和后置攝像頭，高質(zhì)量圖像傳感器在移動(dòng)設(shè)備上的普及不僅重創(chuàng)了卡片機(jī)和中低端單反相機(jī)，而且培養(yǎng)了用戶每天上傳數(shù)十億圖像數(shù)據(jù)。以 Snapchat 和 Google Lens 為代表的社交和生產(chǎn)力應(yīng)用，將攝像頭界面，變成了新一代鍵盤(pán)。

而隨著 IQE、Lumentum、Finisar 等公司生產(chǎn)的 VCSEL 激光器被用在 iPhone 8 上，3D 傳感器將會(huì)成為移動(dòng)設(shè)備的標(biāo)配，手機(jī)攝像頭將不僅能夠拍攝高清影像，而且能夠獲得環(huán)境的深度信息，讓用戶可以將虛擬信息與現(xiàn)實(shí)生活相結(jié)合。這種「虛實(shí)結(jié)合」引發(fā)的是人機(jī)交互的變革，正像觸摸屏改變了用戶和手機(jī)的交互，3D 傳感器和攝像頭的進(jìn)化，帶來(lái)的則是人機(jī)交互，人與環(huán)境交互的革新。

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