蘋果iPhone12旗艦機上的黑科技雷射雷達到底是什麼東西?有什麼用處?

今年蘋果的 iPhone12旗艦機型上面搭載了雷射雷達。很多人其實都聽說過雷射雷達，蘋果的發布會上也提了這個東西，但是其實我發現很多人都不了解這個東西到底是怎麼回事。

所以，我今天就想從頭從原理裡，給大家講清楚雷射雷達是什麼東西。以及它到底有什麼用處。給大家講明白，為什麼蘋果會在旗艦機型上放這麼一個東西，以及這個東西對我們的未來、對這個世界有什麼改變。

首先來說，我們要聊一聊什麼是雷射雷達，Wiki上面的介紹是這樣的：

光學雷達（英語LiDAR，是「light detection and ranging」的縮寫），是一種光學遙感技術，它通過向目標照射一束光，通常是一束脈衝雷射來測量目標的距離等參數。雷射雷達在測繪學、考古學、地理學、地貌、地震、林業、遙感以及大氣物理等領域都有應用。此外，這項技術還用於機載雷射地圖測繪、雷射測高、雷射雷達等高線繪製等等具體應用中。光學雷達對物體距離的測量與通常所說的雷達類似，都是通過測量發送和接受到的脈衝信號的時間間隔來計算物體的距離。因此，由於原理上的相似性，儘管雷達的準確定義是使用微波或無線電波等波長較長的電磁波進行檢測測距的設備，光學雷達這一術語仍然被廣泛使用。

這個技術最早就是用在遙感上面，跟我們普通人感覺距離很遠，其實Google地圖上啊，一些別的地圖上的地形圖，可以看到地面高低起伏，山巒河流的高低的那種地形圖，其實很多就是用雷射雷達來測量繪製出來的。

Google地圖裡面我國西藏部分地區的地形圖

這種是用衛星或者是用飛機、無人機、直升機之類的搭載高功率的雷射雷達從天上往下掃描得到的。

更多人聽說的雷射雷達最早是在各種自動駕駛車輛上。汽車裝配了雷射雷達以後，就可以獲得一些視覺上無法獲得信息，得到周圍物體的3D模型，更好的幫助自動駕駛，防止出現事故等等。

汽車上的雷射雷達

那麼手機上的雷射雷達是什麼樣子呢？

iPhone 12 Pro Max三個攝像頭下方的這個大黑點，就是雷射雷達。

它是怎麼工作的呢？

我給大家看一段演示，

iPad Pro演示的雷射雷達的基本原理

這個是拿著iPad Pro演示的，iPad Pro的雷射雷達和iPhone 12 Pro系列的雷射雷達是一樣的。實際上雷射雷達的工作方式就是這個傳感器會發射出很多束紅外雷射（人眼不可見，這種演示是用紅外感光的攝像機拍攝的），在平面上，物體表面上形成很多的脈衝光點，攝像頭捕捉到這個光點的時間就可以知道這些光點，也就是物體的表面距離這個雷射雷達的距離。有了這些距離信息，我們就可以計算物體表面的3D模型。

那麼實際上有的人可能知道，現在有很多安卓手機，內置了一種TOF（Time-of-flight）傳感器，它也可以做3D建模。那麼TOF和雷射雷達的區別在哪裡呢？

大家可以看一下這個比較，上面仍舊是iPad Pro的雷射雷達，下面是三星的TOF傳感器：

簡單的說，TOF傳感器發射的是一束擴散的光，所以它可能不是雷射，所以 你看到的是一個巨大的光點，而雷射雷達，你看到的是一組光點的矩陣。

這兩個的主要區別是什麼呢？他們都是在算光打到物體表面以後發射回來的時間，這樣就得到當前物體的表面各個部分和鏡頭之間的距離。但是安卓上使用的這種TOF的精度比較低，成本也比較低。因為它只打一束光，而且應該不是雷射，因為它可以擴散成一個大光斑。而雷射雷達必須是雷射，雷射才能保證不管多遠，它都是直的，不擴散。而且雷射雷達需要多束光，具體的技術細節我也沒跟蹤，但是這麼小的部件應該不是靠旋轉運動部件來生成多個光電脈衝。應該不包含任何的可動部件。但是總之它的成本就會更高一些。

但是蘋果用了更高成本的雷射雷達，它也能獲得更高的精確度和穩定性。

這就是雷射雷達的一個基本原理。

然後我們看雷射雷達到底能幹什麼呢？

我使用了一個，蘋果自己的ARKit的3D場景重現的demo，來給大家演示。

這個Demo下的我家

這個Demo的名字叫做Visualizing and Interacting with a Reconstructed Scene，你可以在蘋果開發者網站下載這個代碼（地址：https://developer.apple.com/documentation/arkit/world_tracking/visualizing_and_interacting_with_a_reconstructed_scene），如果你會iOS開發的話，可以自己下載，在自己的iPhone 12 Pro/Pro max或者iPad Pro上測試，其他沒有雷射雷達的機器，這個App跑不了。 

這個場景就是我家，你可以看得很清楚，在我家的所有家具物品上面，都蒙著一層小網格。這些網格其實就是iPhone通過雷射雷達和圖像對我家的3D實景實時模型。

如果你會安裝這個Demo App到你的手機的話，在玩這個APP的時候，你可以試一試，把用手指把雷射雷達遮住，你就會發現馬上它的實時建模能力就消失了。原有的模型線框還在，但是新的實時建模就沒法做了。

你還可以看看點雲的例子，這個例子叫Visualizing a Point Cloud Using Scene Depth。

下載地址是：

https://developer.apple.com/documentation/arkit/world_tracking/visualizing_and_interacting_with_a_reconstructed_scene

這個例子，我就不放視頻了。點雲是另外一種描述三維空間的方式，原理其實跟上一個Demo是一個意思。但是表達方式不同。下圖是透過臥室的窗簾看我的臥室的3D點雲。

簡單的說，如果你想開發一個程序，你需要能感知和對周圍環境建模，你就需要雷射雷達。

那麼雷射雷達能幹什麼呢？

首先是，可以增強拍照的效果。

其實在蘋果的發布會裡頭，就已經做了說明。雷射雷達能提高攝像頭的精確度，能減少聚焦的時間。特別是在夜景模式下，雷射雷達可以讓聚焦時間快6倍。

蘋果還演示了一個，拍攝出來的效果：

我們可以發現雖然明顯是夜景，但是看著很明亮，聚焦也很清楚，細節也很清楚，而且背景虛化也非常準確。

然後，就是雷射雷達，可以大大提高AR遊戲的效果。

那麼我們首先還是來看一個Demo，我們先不去玩AR遊戲。

這個Demo是用iPhone 12 Prox Max和iPhone X對比了一下ARKit老版本就有在實景中尋找平面，比如桌子的一個Demo。一般來說，現在的AR遊戲都是先在實景空間裡面尋找一個平面比如桌子，然後把遊戲場景放在這個平面上，這樣就得到了一個身臨其境的感覺，比如一場世紀大戰發生在你家客廳的餐桌上。

那麼這個Demo叫做，Tracking and Visualizing Planes，下載地址為：

https://developer.apple.com/documentation/arkit/world_tracking/tracking_and_visualizing_planes

下圖就是這個Demo，左邊是我的iPhone 12 Pro Max，右邊是我的iPhone X。

明顯看得出來，iPhone 12 Pro Max對周圍環境的建模和感知能力比iPhone X強得多。

我們再進入到一個真實的遊戲的例子，這個遊戲是Angry Bird VR。我覺得這是目前最好玩的一個AR/VR遊戲。

首先我可以把這個遊戲場景，布置在我的床上。如果看了剛才的例子會發現，如果你用iPhone X的話，床是有可能不會被識別為平面的。但是用iPhone12 Pro Max，就可以成功識別成平面。

這樣的AR遊戲的好處是，它有一種很奇特的場景感。就跟你玩積木一樣，積木可以在桌子上玩，可以在床上玩，也可以在地上玩，可以跟家裡的擺設家具產生互動。但是一般的遊戲不行，只能在一個虛擬的背景下玩。而這種AR遊戲就可以產生更好的更奇妙的場景感。

而雷射雷達不僅僅可以尋找到更多的平面，讓你的AR遊戲更好布局，其實還可以讓遊戲更好的理解周圍的環境，當然未來可能有更多遊戲可以讓你感受到有雷射雷達和沒有雷射雷達完全不同的遊戲效果。僅就現在的遊戲來說，已經有很大的改善了。

再下來，雷射雷達可以對物體甚至房屋進行3D掃描。

你掃描你的房屋，也可以掃描小的東西，比如手辦。你可以掃描了房屋以後，進行裝修的模擬，進行一些改造的預演。你也可以掃描一個現有的手辦，再3D列印出來，或者用3D設計軟體改造，來打造一個你獨一無二的手板設計，然後再列印出來。

今天我只想說說房屋掃描的例子。國內有一家比較著名的房地產網站叫做鏈家。鏈家網站上，只要是有帶有這個圖標的房源，都是有VR實景的房源。

大家可以在鏈家網站和App上試試看，這種帶AR實景的房源你可以點進去，隨意拖拽，看每個房間每個角落的情況。還可以直接看這個房屋的3D模型。

非常方便，這就幾乎可以完美的代替實地看房，可以傳達的信息量遠遠大於房屋的照片。甚至我一度拿這個當做遊戲去看不同的區域上海的房子的內部布局，比如原法租界區域的民國時代的老房子的內部裝修現在是什麼樣子的。一些新的高檔公寓的內部是怎麼樣的，等等。甚至裡面還包括一些歷史建築，有些還是住人的，也有出租和買賣的需求。

那麼鏈家是怎麼做這種VR房源的呢？鏈家有一套VR掃描設備，這是一套非常專業的設備。

當然，鏈家開發了一系列簡化的設備。但是，不管是這個比較專業的設備，還是比較輕量級的這些掃描設備。都有一個問題，因為是專業設備，一般人不會用，掃描完了也不知道怎麼處理。

所以鏈家還有一套流程：

就是你要現在線上下單，然後約時間，然後專業人士來幫你拍攝，然後生成了結果，然後你想賣的房子才會有VR信息。這個流程就比較複雜了，需要房主或者是房屋中介和鏈家做很多溝通的工作。

但是現在有了雷射雷達，有一些免費App的掃描效果已經相當不錯了。比如我就很推薦一個叫做3D scanner App的App。下載地址為：

https://apps.apple.com/us/app/3d-scanner-app/id1419913995

用它哪怕是普通人也可以把自己的房子給數位化，VR化，3D建模。這個App的好處不僅在於免費，而且它支持各種3D格式的導出，我也聽到一些專業做裝修、設計的朋友在用這個App，對他們的工作有很大的幫助，下面是我錄的一個Demo視頻：

這個App的掃描效果非常好。它的掃描方法也很簡單，你開始掃描以後，你看到這種有紫色覆蓋的區域就代表這個區域已經被掃描了。你要做的事情只是把房屋中間每一個區域，都讓它變成紫色。

你可以從各個角度去掃描，你掃描過的角度就會出現在最後的模型裡面。

再也不需要專業設備，一臺手機就可以了，也不需要專業的人和軟體去做後續的處理。

專業的掃描方式是有專業人員把專業機器架在某個位置，按個按鈕，它會自動轉圈，然後得到數據。然後專業人員再找另外一個關鍵的點，架設計器，它在自動掃描。一個房子可能要架設6-7次。

得到這些數據後，需要帶回到公司讓專業人士去做處理，聚合在一起才形成一個房屋的數據。

而這個App不要你有任何的專業知識，就玩遊戲一樣，你只要最後把讓紫色覆蓋屋子的全部區域就可以了。所有的數據處理都是App就可以完成的。

這就可能會催生各種各樣的商業模式，以後也許任何賣東西的網站，都可以提供商品的3D模型，不僅僅是照片。房屋中介網站，短租網站Airbnb之類都可以提供房子的3D模型。畢竟只需要商品的提供者，房主自己就可以做3D模型了，不要請專業的人來幫忙掃描了。

但是，這絕對不是全部，剩下的其實要看想像力了。

雷射雷達並不僅僅有剛才說的作用。蘋果在iPhone 12 Pro系列，iPad Pro上安裝了雷射雷達，等於突然把一個非常專業的能力，交給了全世界無數的用戶。只要你買得起一個iPhone，你就可以擁有這種能力。

更重要的不是前面講的東西，而是未來會不會有更多的玩法呢？這是我一直在思考的問題，這也是為什麼今年我一定要買iPhone 12 Pro Max的一個最主要的原因。

我希望的是給大家一個啟發，給開發者，給普通用戶，給有想法的一些專業人士一些啟發，了解到這個傳感器是什麼原理，可以做到什麼樣的效果，以及目前的應用在哪裡。

但是我更想看到的更多人找到這麼一個黑科技神器的更多用途。

舉個例子，我們之前聊過很多特別大的商場下面的停車場就像一個迷宮，怎麼都找不到出口。那麼有了雷射雷達，我們可以在下車以後，打開雷射雷達，建立一個模型，然後走出停車場。那麼這一路就形成了一個路徑圖和路徑的3D模型。然後從之前的出口到商場以後，在回來的時候，根據這個路徑圖和3D模型就可以導航回來了。

等等，其實我自己有一個我覺得特別振奮人心的想法正在思考和準備開發，也許很快，我就能做一個Demo出來給大家看。這個東西做出來我可能會開源。

歡迎大家留言討論。說說你對這個技術怎麼看，謝謝。