AR中的全息投影技術(shù)原來(lái)是這么回事

要說(shuō)如今科技圈什么關(guān)注度最高？全息投影技術(shù)絕對排得上名列。這項技術(shù)發(fā)明于1947年的英國匈牙利裔物理學(xué)家丹尼斯·蓋伯，他因此項工作獲得了 1971 年的諾貝爾物理學(xué)獎。這項技術(shù)從發(fā)明開(kāi)始就一直應用于電子顯微技術(shù)中，在這個(gè)領(lǐng)域中被稱(chēng)為電子全息投影技術(shù)，但一直到 1960 年激光的發(fā)明后，全息投影才取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展?，F在，大家所熟知的微軟 Hololens 和 Magic Leap 所謂的神秘黑科技就是運用了這項技術(shù)。今天，我們來(lái)為大家深入剖析一下全息投影技術(shù)。

全息投影是一種顯示技術(shù)，它需要媒介，而且得實(shí)時(shí)進(jìn)行，并且可以與人交互。我們把它的媒介稱(chēng)之為“全息介質(zhì)”，它不能憑空產(chǎn)生，這就是為什么目前這項技術(shù)很難普及的原因。全息投影將影像投射到全息介質(zhì)上，從而在人們眼前呈現出了3D的效果。這項技術(shù)也被人們稱(chēng)為虛擬成像技術(shù)，現在非?；馃岬脑鰪姮F實(shí)（AR）就運用到了這個(gè)技術(shù)。

全息投影的分類(lèi)

全息投影可以分為如下若干類(lèi)。透射全息投影，如利思和烏帕特尼克斯所發(fā)明的技術(shù)，這種技術(shù)通過(guò)向全息投影膠片照射激光，然后從另一個(gè)方向來(lái)觀(guān)察重建的圖像。后來(lái)經(jīng)過(guò)改進(jìn)，彩虹全息投影可以使用白色光來(lái)照明，以觀(guān)察重建的圖像。彩虹全息投影廣泛的應用于諸如信用卡安全防偽和產(chǎn)品包裝等領(lǐng)域。這些種類(lèi)的彩虹全息投影通常在一個(gè)塑料膠片形成了表面浮雕圖案，然后通過(guò)在背面鍍上鋁膜使光線(xiàn)透過(guò)膠片以重建圖像。另一種常見(jiàn)的全息投影技術(shù)稱(chēng)為反射全息投影，或稱(chēng)為丹尼蘇克全息投影。這種技術(shù)可以通過(guò)使用白色光源從和觀(guān)察者相同的方向來(lái)照射膠片，通過(guò)反射來(lái)重建彩色的圖像，以重建圖像。鏡面全息投影是一種通過(guò)控制鏡面在二維表面上的運動(dòng)來(lái)制造三維圖像的相關(guān)技術(shù)。它通過(guò)控制反射光線(xiàn)或者折射光線(xiàn)來(lái)構造全息圖像，而蓋伯的全息投影是通過(guò)衍射光來(lái)重建波前的。

促使全息投影在短短的一段時(shí)間內就蓬勃發(fā)展的關(guān)鍵原因是低成本的固體激光器的大規模生產(chǎn)，如DVD播放機和其他的一些常用設備中所使用的激光器。這些激光器對全息投影的發(fā)展也產(chǎn)生了極大的促進(jìn)作用。這些廉價(jià)的體積又很小的固體激光器可以在某些條件下與最初用于全息投影的那些大型的昂貴的氣體激光器相媲美，因此使得預算較低的研究者、藝術(shù)家甚至業(yè)余愛(ài)好者都可以參與到全息投影研究中來(lái)。

全息投影的技術(shù)原理

全息投影技術(shù)（front-projected holographic display）也稱(chēng)虛擬成像技術(shù)是利用干涉和衍射原理記錄并再現物體真實(shí)的三維圖像的記錄和再現的技術(shù)。

其第一步是利用干涉原理記錄物體光波信息，此即拍攝過(guò)程：被攝物體在激光輻照下形成漫射式的物光束；另一部分激光作為參考光束射到全息底片上，和物光束疊加產(chǎn)生干涉，把物體光波上各點(diǎn)的位相和振幅轉換成在空間上變化的強度，從而利用干涉條紋間的反差和間隔將物體光波的全部信息記錄下來(lái)。記錄著(zhù)干涉條紋的底片經(jīng)過(guò)顯影、定影等處理程序后，便成為一張全息圖，或稱(chēng)全息照片。

其第二步是利用衍射原理再現物體光波信息，這是成象過(guò)程：全息圖猶如一個(gè)復雜的光柵，在相干激光照射下，一張線(xiàn)性記錄的正弦型全息圖的衍射光波一般可給出兩個(gè)象，即原始象（又稱(chēng)初始象）和共軛象。再現的圖像立體感強，具有真實(shí)的視覺(jué)效應。全息圖的每一部分都記錄了物體上各點(diǎn)的光信息，故原則上它的每一部分都能再現原物的整個(gè)圖像，通過(guò)多次曝光還可以在同一張底片上記錄多個(gè)不同的圖像，而且能互不干擾地分別顯示出來(lái)。

全息投影的應用領(lǐng)域

全息投影技術(shù)在舞臺中的應用，不僅可以產(chǎn)生立體的空中幻像，還可以使幻像與表演者產(chǎn)生互動(dòng)，一起完成表演，產(chǎn)生令人震撼的演出效果。從時(shí)裝發(fā)布T臺秀中全息投影技術(shù)的運用，美輪美奐的全息投影畫(huà)面伴隨模特的走步把觀(guān)眾帶到了另一個(gè)世界中，好像使觀(guān)眾體驗了一把虛擬與現實(shí)的雙重世界。再到夢(mèng)幻劇場(chǎng)《動(dòng)漫大師諾曼》中全息投影技術(shù)的運用，舞臺藝術(shù)與電影片斷在同一空間出現了非凡的融合，給觀(guān)眾展示了世界多媒體藝術(shù)最新的創(chuàng )新成果。服務(wù)和銷(xiāo)售行業(yè)是最需要群眾基礎的，能最大限度的吸引消費者就是王道。全息投影技術(shù)在這方面的運用以全新的視角聚攏了人們的眼球，勾起了消費者的消費欲望。

全息景象是指觀(guān)眾可以在發(fā)生器的發(fā)生口度即一圈內可以看到幻像，全息投影系統將三維畫(huà)面懸浮在實(shí)景的半空中成像，營(yíng)造了亦幻亦真的氛圍，效果奇特具有強烈的縱深感，真假難辯。時(shí)尚美觀(guān)，有科技感；頂端透明，真正的空間成像；色彩鮮艷，對比度，清晰度高；有空間感，透視感，形成空中幻象；中間可結合實(shí)物，實(shí)現影像與實(shí)物的結合；也可配加觸摸屏實(shí)現與觀(guān)眾的互動(dòng)；可以根據要求做成四面窗口。

有哪些產(chǎn)品

英國 Beagle Media 公司將這項技術(shù)作了小型應用，該公司研發(fā)了最先進(jìn)的全息投影放映機之一：Holo。他們利用 Mac Mini 電腦和 140 公分的三星屏幕，將 2D 影像投射成看似 3D 的影像。除此之外，動(dòng)作感應器也讓使用者能以手勢來(lái)即時(shí)操作物體。

錯覺(jué)技術(shù)也可用來(lái)研發(fā)可觸碰式全息投影?；孟胪婢呤墙?jīng)典的錯覺(jué)技術(shù)：只要將物體置于一片朝上的凹面鏡片底部，然后再蓋上另一面頂部有開(kāi)口的凹面鏡。內室里反射的光線(xiàn)會(huì )將影像聚焦在開(kāi)口，讓物體看起來(lái)像是憑空立在上頭。

東京大學(xué)的研究人員正利用此項技術(shù)，試圖研發(fā)出可與使用者互動(dòng)的全息投影。他們利用任天堂 Wii 遙控器上的紅外線(xiàn)感測器來(lái)追蹤手部動(dòng)作，而空中的超音波訊號則負責制造微小的壓力波，借此模擬碰觸的感覺(jué)。微軟公司也正針對 Kinect 感應器研發(fā)類(lèi)似的技術(shù)。

這類(lèi)技術(shù)的潛力無(wú)窮。全息影像不但可用于娛樂(lè )、藝術(shù)和教育，應用于媒體科學(xué)、科技設計和增強現實(shí)的潛力也無(wú)可限量。以色列的醫生已能在手術(shù)過(guò)程中利用互動(dòng)式全息投影，即時(shí)重制器官的模型，借此協(xié)助手術(shù)；加拿大安大略省皇后大學(xué)的人體媒體實(shí)驗室（Human Media Lab）也在設計 Skype 通訊的 3D 版本，目前正在研發(fā)初期。

真正的移動(dòng)式全息投影目前看起來(lái)可能有點(diǎn)像 1980 年代的液晶屏幕，但看看如今的液晶屏幕已發(fā)展到什么地步了。對Hologramica 公司來(lái)說(shuō)，這就仿佛挑戰不可能的任務(wù)：“我們可以讓車(chē)子漂浮、把芭蕾舞者變成水晶天鵝、在舞臺上做出一些其他方式所無(wú)法做到的效果。正所謂眼見(jiàn)為憑，人們只要看著(zhù)這些影像，就會(huì )完全投入其中，視其如同真實(shí)。”

編者結語(yǔ)

如今的全息投影技術(shù)還未在生活中廣泛應用到，但不能否認這項技術(shù)可能對未來(lái)的生活、工作方式所帶來(lái)的巨大改變。但AR可能是全息投影技術(shù)最好的突破口，谷歌的ProjectGlass就是一個(gè)例子，它是谷歌AR眼鏡研究計劃代號，如果研發(fā)順利的話(huà)，估計若干年后就會(huì )與我們相見(jiàn)。

在A(yíng)R眼鏡的市場(chǎng)中，編者認為市場(chǎng)需求是巨大的，娛樂(lè )、醫療、建筑、交互等都擁有巨大的市場(chǎng)潛力，但擁有核心技術(shù)的企業(yè)并不多，要想在A(yíng)R領(lǐng)域做出成績(jì)，自身?yè)碛羞^(guò)硬的本領(lǐng)才是最實(shí)在的，其余的都是紙上談兵罷了。