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看不见的维度-场的可视化

脑震荡 发表于 2017-03-20 12:52:21
您可能听说过「Wi-Fi 有辐射,影响媳妇健康」这样的奇葩新闻,但您知道WiFi信号长什么样子么?大概在大多数人的印象中,WiFi信号是长成这样的:

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或者是这样的:

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那到底我们置身其中的WiFi信号场是什么模样呢?WiFi看不见摸不着,怎么显示它呢?

美国马里兰州的CNLohr某一天心血来潮想出了一个办法。他在ESP8266开发板上焊了颗RGB的LED,然后通过代码让不同的颜色代表不同的信号强度。

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然后他拿着电路板人肉匀速移动,同时架了台相机关灯超长曝光。

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这样他得到了这样一张效果:

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为了得到更准确清晰的照片,他编程控制一台加工木料的CNC移动,把LED电路放在CNC上,然后每运动一个位置,拍一张照记下坐标。最后用软件合成了一张2D的1mx1m的精度为1cm的高清信号图。

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CNLohr并不甘心于二维世界。利用相同的方法引入CNC的Z轴,他终于得了完整的三维的WiFi信号数据。他用WebGL可视化了WiFi数据,他觉得结果非常有意思,于是开源到了GitHub

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http://cnlohr.github.io/voxeltastic/

我们生活的三维空间里除了WiFi信号,还密布着形形色色的电磁波或场: 手机移动信号、 FM/AM、磁场、各种紫外线红外线......过去到现在,有无数的科学家和艺术家在探索实验着这些看不见的维度。让这些不可见的场对于我们的肉眼可视就是其中一个非常有意思的话题。

Touch的Timo ArnallBerg的Jack Schulze在2009年就采用类似CNLohr的方法,可视化过RFID的特性。RFID在各种门禁,支付,定位等系统中被广泛应用,他们希望通过可视化RFID的“场”,更直观地了解形状、朝向等因素的影响,从而更好地设计产品。

「视频地址:Immaterials: the ghost in the field

2011年Timo延续了他们的课题,在挪威奥斯陆(Oslo)的极夜里做了一个“WiFi光涂鸦(Light painting WiFi)”的项目。他们在一根长棍上绑上80颗LED,用Arduino和Processing编写控制程序。

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然后在附近建筑物周围移动并延时曝光。LED亮的颗数就是特定WiFi的信号强度。

Immaterials Light painting WiFi


您可能下意识地问: “这些例子有点意思,但又有什么用呢?”

英国博士后Jason根据亥姆霍兹方程(Helmholtz equation)
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太高深了,看看就可以了: https://jasmcole.com/2014/08/25/helmhurts/ 

编写了一个安卓APP,你可以把自己家的户型图按要求输入,它就可以直观地告诉你把路由器安在哪里,才能获得最好的信号覆盖面积。

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MIT更是把WiFi的可视化推向了黑科技的高度。人在WiFi的信号场里移动,必定反作用于场,造成了变化。因此就可反推出人的位置移动甚至形状,类似声呐和雷达。 

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论文:http://rfcapture.csail.mit.edu/rfcapture-paper.pdf

早在2010年同在MIT的Ramesh Raskar在军方DARPA的资助下就发明了一台能拍摄”光子“的超级摄像机(项目链接: http://web.media.mit.edu/~raskar/cornar/ )。在量子场论里,光子(Photon)是电磁辐射的基本粒子,也可以说是这些不可见场的基本单元。通过这台光子摄像机,我们也可以“隔墙”甚至“拐角”看物!
「Youtube地址:How to see around corners

可能目前我们大多数的探索还处在可视化的初级阶段。但有一天,当我们可以随意通过工具“看见”这些不可见的场的话,也许我们会发现新的维度,或者解锁新的技能树。


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