怎樣的雨能在屋子裏下，又不淋濕屋中的人？

引用編者按：本文作者為張靜，是計算機視覺、虛擬現實、增強現實等領域的專家，個人訂閲號“黑客與畫家”（HackerAndPainter）。

《雨屋》是什麼？

先插播新華網的一則新聞 ——《雨屋》登陸上海餘德耀美術館 花150元淋10分鐘雨?

轟動倫敦和紐約的大型裝置藝術《雨屋》，9月1日-12月31日入駐上海餘德耀美術館。在昨天的媒體預展上，記者提前感受了這場淋不到的雨，結果發現，只要你動作稍微快一點，雨還是淋得到的，人和機器互動居然還帶着點自虐的快感。

餘德耀美術館引進的《雨屋》，場地面積達到150平方米，是迄今最大的一件《雨屋》。這件作品最吸引人的地方在於，它通過天花板上的高科技裝置，能瞬間感知觀眾的行為，觀眾所到之處，大雨便戛然而止。《雨屋》讓觀眾在和雨的互動中完成藝術創作，以此探討人和技術、人和自然之間的互動關係。
《雨屋》是怎麼實現的？

整個裝置可以分成三部分：輸入、處理和輸出。

輸入負責室內人體數據（像素）的採集，處理負責從像素信息中得到位置（x，y座標），輸出負責控制頂部水流噴頭的開和關。


輸出部分類似下圖中上海世博會鹿特丹案例館的水幕，給個 ON 信號就出水，給個 OFF 信號水就停掉，本文不展開介紹。


輸入部分使用什麼傳感器？

在展覽展示行業中這種互動裝置被稱為“地面互動投影”，傳感器和投影儀都位於頂部。傳感器通常是帶補光的紅外攝像頭（IR camera）或深度傳感器（depth sensor）。投影儀在這個裝置中被水幕所代替，原理是一樣的，程序中的 RGB 像素變成 ON/OFF 開關而已。

那麼，這個裝置用的是紅外攝像頭還是深度傳感器呢？看看這款裝置的藝術家是怎麼説的：

藝術家 Hannes Koch 來自英國的 Random Internatinal 設計工作室，披露了室內安裝了多個 3D 傳感器，傳感器偵測人體的移動，允許雨滴在人體所在的位置停止。當人離開後，雨繼續落下。每個雨水開關都有 30 英尺的乾燥半徑，也就是 90 釐米的半徑。因此雨屋參展人數不能太多（在紐約展出的時候是限制 10 人），不然屋裏的雨都會停掉。

所以用的是 3D 的深度傳感器，按照行業慣例，最有可能的還是 Kinect 一代。關於深度傳感器的綜述，點擊“查看原文”進行閲讀。


處理部分怎麼編程？

互動裝置都是需要編程的，這個行業涉及到的編程語言有 C++、Java 等，開發工具則是 Visual Studio、Processing、Unity3D、OpenCV 等。如果讀者感興趣，我會在後續的專欄中介紹我之前開發的一些互動裝置。

從深度傳感器處得到的數據如下圖，離傳感器越近的值越亮。


程序在處理時將整個場景劃分為一個個格子，每個格子對應一個噴水口。偽代碼如下：

for each cell:
if there is non-zero pixel in the cell:
send ON signalelse:
send OFF signal

下面的示意圖由 Processing 生成：


如何合併多個傳感器的結果？

一個深度傳感器的覆蓋面積在 10 平米以下，而《雨屋》的室內面積達到 150 平方米，因此需要近 20 台傳感器。傳感器之間的畫面難免會重疊，一個人會同時出現在多個傳感器點畫面中，在下面的示意圖中整個場景由四個傳感器覆蓋，實際情況比這個更復雜。（示意圖由 Processing 生成。）


因此程序中還需要設置重疊部分像素的歸屬權。

這項技術還能應用到什麼場景？

虛擬現實（Virtual Reality）中可以使用這項技術，當你戴上虛擬現實頭盔（HMD），漫步在空無一物的房間中，室內定位系統檢測到你的真實位置（x、y、z），頭盔中渲染的則是虛擬世界中你能看到的場景（由真實的x、y、z映射到虛擬世界中）。


屆時，你看到的不只是雨了，而是一個全新的世界，走得快了也不會被雨淋到。（附圖為 The VOID 和 黑客帝國 3。）

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資料來源：愛範兒（ifanr）
作者/編輯：吳 垠