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究竟什么是全息投影技术?全新的黑科技!

在美国科幻电影中我们时常可以看到这样一个场景:主角轻轻挥一下手,眼前就会出现一块虚拟的显示屏,屏幕上的内容不仅可以任意切换,甚至还能够通过它实现与远在千里之外的人面对面交谈,这就是全息投影技术,而作为一款全新的黑科技,全息投影受到的关注度也是越来越高!

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舞台上的虚拟形象真是全息投影么?

见到最多的全息投影恐怕就是在各种演唱会上。2010年,日本著名的虚拟偶像初音通过全息投影技术亮相演唱会。虽然当时的技术还不够成熟,但是立体化的初音一经亮相就受到了广泛的关注,从2D到3D的效果转变狠狠的冲击着一众宅男们的神经元。

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虚拟偶像初音使用全息投影技术亮相

无独有偶,在安德烈·罗米尔·扬和科多扎尔·布罗德斯的演唱会上,美国的已故嘻哈巨星图派克·阿玛鲁·夏库尔以虚拟影像的方式重登舞台,不仅可以在台上载歌载舞,甚至还可以来回走动并与台下的观众打招呼,一切都看起来非常真实,这引发了粉丝们的激烈讨论,全息就是这样的吗?

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已故美国嘻哈巨星图派克以虚拟影像的方式重登舞台

类似的技术目前在舞台上应用非常广泛,看起来科技感十足。很多人都在用“全息投影”来称呼它,但很遗憾,这些都不是全息投影技术,它们的真名字叫做佩伯尔幻像,虽然与全息技术效果类似,但它与真正的“全息投影”还相差甚远。

佩伯尔幻像是一种很巧妙的光学错觉技术,但它的原理并不复杂。灯光照射在真实表演者身上,透过玻璃映射在舞台上的特定区域就形成了上图中的虚拟影像,这就是佩伯尔幻像的成像过程。而今天在搭配了CG技术和高亮度灯光之后,佩珀尔幻象表演可以做到栩栩如生、惟妙惟肖。

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佩伯尔幻像原理图

从上图我们就可以清晰的看到,无论是虚拟偶像初音还是已故的嘻哈巨星,它们能够登上舞台都是通过了巧妙的光学错觉技术来实现的。而从另一个角度来说,无论是中国还是外国,舞台上的虚拟形象都有一些共通的特点,那就是场景很固定并且在一定要处在黑暗当中,这与我们在科幻电影中看到的效果相差甚远。

关于两者的差别,简单来说真正的全息投影不需要任何特殊介质就能在上方的空气里显示出影像,从任何角度观看都不会影响清晰度,而且人能从画面中走过去。而佩伯尔幻像是用倾斜成各种角度的光学材料折射光源形成的视觉效果,观众只能在特定的角度观影,您如果想从画面当中穿过,只会撞破鼻子。

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究竟什么是全息投影技术?

全息投影技术也称虚拟成像技术,它是利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实三维图像的技术,它的实现分为两个步骤。

第一步是利用干涉原理记录物体光波信息,也就是拍摄过程。被摄物体在激光辐照下形成漫射式的物光束;另一部分激光作为参考光束射到全息底片上,和物光束叠加产生干涉,把物体光波上各点的位相和振幅转换成在空间上变化的强度,从而利用干涉条纹间的反差和间隔将物体光波的全部信息记录下来。记录着干涉条纹的底片经过显影、定影等处理程序后,便成为一张全息图,或称全息照片。

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全息投影拍摄过程图解

第二步是利用衍射原理再现物体光波信息,也就是成像过程。全息图犹如一个复杂的光栅,在相干激光照射下,一张正弦型全息图的衍射光波可给出两个象,即原始象(又称初始象)和共轭象。再现的图像立体感强,具有真实的视觉效应。全息图的每一部分都记录了物体上各点的光信息,故原则上它的每一部分都能再现原物的整个图像,通过多次曝光还可以在同一张底片上记录多个不同的图像,而且能互不干扰地分别显示出来。全息投影早在70年以前就被人提出了,1947年,英国匈牙利裔物理学家丹尼斯·盖伯在研究电子显微镜过程中,首次提出了全息术这一全新的成像概念,而盖伯也因此项工作获得了1971年的诺贝尔物理学奖,发明之初这个黑科技一直被应用于电子显微技术中。

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理学家丹尼斯·盖伯首先提出了全息技术这一概念


全息投影技术进展到了什么阶段?

理想很丰满,现实很骨感,目前对于全息投影技术来说面临的最大问题就是介质。因为没有介质的话光是不会发生折射的,这也就意味着类似科幻片中的效果不可能实现。但即便如此,世界各国对于全息技术都进行了充分的研究,而目前比较先进的全息投影技术共有三种实现方式。

空气投影和交互技术:美国麻省理工学院的研究生达因发明了一种空气投影和交互技术,这是显示技术上的一个里程碑,它可以在气流形成的墙上投影出具有交互功能的图像。此技术来源海市蜃楼的原理,将图像投射在水蒸气上,由于分子震动不均衡,可以形成层次和立体感很强的图像。

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空气投影和交互技术

激光束投射实体的3D影像:这项技术是由一家日本公司发明的,它主要是利用氮气和氧气在空气中散开时,混合成的气体变成灼热的浆状物质,并在空气中形成一个短暂的3D图像。这种方法主要是不断在空气中进行小型爆破来实现。

360度全息显示屏:南加利福尼亚大学创新科技研究院研制成功一种360度全息显示屏,这种技术是将图像投影在一种高速旋转的镜子上从而实现三维图像,但是总体来看,这项技术依旧没有摆脱对介质的依赖。

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全息投影技术将会彻底改变我们的日常工作和生活

我们可以畅想一下,真正的全息投影技术一旦可以实现完全商业化,将会突破传统的声、光、电局限,将更加真实的3D画面呈现在观众面前,从而打破了虚拟世界与现实世界的阻隔,人们可以随时随地体会到真实的画面冲击感。

换句话说,全息投影技术的实现将会在显示领域爆发一场换代革命,我们将会从2D时代进入到3D显示时代。到那时电影院将会和足球场一样。观众可以像看世界杯一样欣赏好莱坞巨星闪转腾挪。

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佩伯尔幻像虽然与全息投影效果类似,但原理却大相径庭

真正的全息投影技术就今天来看可以说是真正的黑科技,但目前还只是停留在实验室阶段,“介质”问题极大地限制了全息投影技术的发展。笔者认为五年之内成熟商业化的全息投影技术不太可能会出现。因为“介质”的问题非常复杂,无论是气流形成的墙还是氮气氧气混合形成的浆状物质浆状物质要想实现都要付出超高的成本,短期内只能停留在实验室阶段。

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同时笔者也发现,很多朋友都将类似“初音”的影像称为全息投影技术,不能区分“全息投影技术”与“佩伯尔幻像”的区别。这篇希望能让您更好的了解全息投影技术的概念。