什么才是全息显示,到底什么是全息?之三

以下的技术我们认为可以归为“类全息”,与“伪全息”相比,其技术门槛更高,与全息的概念更接近,以“数字”或“物理”的方式记录及还原物体光学信息并形成三维立体影像,但并没有脱离显像介质,有些需要需要佩戴设备,有些受观看角度限制,有些暂时无法呈现复杂影像。

光场全息

我们的左右眼接收到的光学信息,反映出的图像都略有不同,大脑根据左右眼对同一物体的信息差异判断距离,进而产生立体空间感。这就是视差(parallax)的概念,利用视差,模拟人眼习惯,即可实现一些立体的效果。

任天堂的3Ds游戏机就是利用了视差原理,在屏幕上同时显现两个影像,使玩家感受到“裸眼3d”效果。

任天堂3ds裸眼3d效果。来源:youtube

“Looking Glass”这款产品同样利用了视差原理,类似于我们小时候在格尺上经常看到的光栅动画,换个角度就会看到不同的图像,“Looking Glass”的开发者编写了一种算法,将2d图像实时转换成50个不同水平观测角度的图像,再通过一块特制的多层合成厚玻璃进行分光、过滤,相当于每一层显示不同的角度,最终呈现可以裸眼观察的三维图像,这种技术目前被称为“光场全息”。





Looking Glass产品图。来源:youtube

XR技术

还记得2021春晚周杰伦表演的《莫吉托》吗?直播中,周杰伦在充满古巴风情和孟菲斯艺术的三维动画空间中起舞漫步,其实这些画面在现场并不存在,而是运用了延展现实XR(Extended reality)技术将这些虚拟元素与表演者和真实空间同步合成,严丝合缝的呈现在屏幕中。随着增强现实、混合现实等技术的发展、应用,我们的真实世界与虚拟世界交相辉映,“庄周梦蝶”也许会成为全人类共同的话题。

春晚周杰伦表演的《莫吉托》。来源:CCTV.COM

XR通过数字计算技术,结合现实情景与虚拟环境,并实现一定的人机互动;其中包含增强现实(AR)、混合现实(MR)、虚拟现实(VR),所有的立体影像、效果都需要佩戴设备或通过屏幕来呈现,虽然数字扫描、建模、影像、交互等技术发展将使各类XR的显像效果越来越接近于真实,其“虚拟”的数字本质则与“全息”的物理本质有一定差别,从最初的概念来看,不应属于传统的真全息。

交互式空气投影

Interactive Aerial Projection。来源:youtube

交互式空气投影(Interactive Aerial Projection)与“海市蜃楼”现象异曲同工,最初由麻省理工大学的研究生Chad Dyne 研究发明。无需佩戴附加装置,用户既可以观察到三维的影像,又可以在其中进行手势交互。

这套投影系统由投影机和“空气屏幕”组成。通过排放大量人工雾,结合空气动力制造相对平整的雾墙,将画面投射在上面,由于空气与雾墙的分子振动不均衡,形成具有立体感的3D图像,加上手势交互,看起来就像钢铁侠全息操作界面的“平替”。(也许还有手部保湿、室内加湿、香薰的附加功能)

声悬浮成像

多模态声阱显示器(Multimodal acoustic trap display,MATD)和上述投影设备原理不同,这种显示技术另辟蹊径,利用声悬浮技术(Acoustic levitation)使一颗直径2mm的悬浮颗粒在超声波的作用下在悬空高速运动。

MATD。来源:youtube

装置上下两排微型扬声器组成细长阵列发出高强度声波,声波连续振动使空气分子不断交替的压缩和松弛,导致装置中气压不断起伏,通过电脑精准控制两组声波的强度来实时改变压强差产生的力,进而用这个力来控制小球的精准移动,声波就像一只无形无色的手,托着小球运动。根据视觉暂留原理,小球在三维空间的高速运动使人眼产生视觉图像的滞后,从而连续形成肉眼可见的3D图像。

大家一定看过无人机群表演,在空中组成各种富有立体感的形状,如果可以实现对于多个小球的精准位置及色彩控制,那么每一个小球就像一架无人机一样,成为一个像素点,在立体空间勾勒出更丰厚、更真实的立体动态“实体”影像。

等离子成像

Fairy Lights也是一种非投影3D成像技术。除了立体的视感,甚至还会有触感。将空气中的分子电离,变成灼热的浆状物质——电离子体,通过不断在空气中进行点到点的激光爆破形成一个短暂存在的3D影像,类似自然界的闪电,但是可控且不伤人。作者倒认为,这个“制造闪电、形成图形”的技术不如叫“宙斯”。

Fairy Lights。来源youtube

以上两种技术虽然有所突破,概念充满想象力,但是成本高昂,目前限制较多,且成像效果单一,还在实验室开发阶段,短期商用的可能性不大,可能是未来的发展方向。

介绍了这么多技术,无论是真全息、伪全息还是类全息,无论是花拳绣腿,还是真功实学,都是“科学知识+创造力”的成果,皆为人类“视觉盛宴”中不可或缺的珍馐。“全息”的概念变得越发宽泛,也逐渐与其他技术相互融合。在某些应用场景中,有些被归为“伪全息”的技术甚至可以带来更好的视觉效果,科学需要“严谨”,生活则需要“放松”。也许,雅俗共赏、和而不同、择善而从才是蓬勃共荣的发展之道,可能这其中某些技术的结合就产生了真·全息。


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