剖析全息投影技術(shù)的前世今生
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2021-07-19 03:19:23 -
admin
全息顯示技術(shù)誕生于1947年，早期僅用于電子顯微鏡，20世紀(jì)60年代隨在這激光技術(shù)與彩虹全息技術(shù)的產(chǎn)生，全息顯示技術(shù)被發(fā)明。1969年，首項(xiàng)全息顯示技術(shù)的專(zhuān)利申請(qǐng)誕生于美國(guó)，后得益于激光技術(shù)的和數(shù)字技術(shù)發(fā)展，全息顯示技術(shù)才日趨完善以及逐漸應(yīng)用。
所謂“全息”，是一個(gè)完全來(lái)自于科學(xué)體系，而非物理世界中的概念。
對(duì)于傳統(tǒng)的影像記錄，比如照片拍攝來(lái)說(shuō)，都是記錄物體呈像的光強(qiáng)，得到的是包括顏色、輪廓等等信息的2D畫(huà)面。而在光強(qiáng)之外，物體影像其實(shí)還有相位信息。相位信息記錄了物體與觀察視角間的距離、運(yùn)動(dòng)軌跡、空間關(guān)系等信息，如果能把這部分信息也通過(guò)技術(shù)留存下來(lái)，那么就相對(duì)的獲得了物體的“全部信息”——也就是所謂“全息”。通過(guò)這種方式獲得的靜態(tài)或者動(dòng)態(tài)呈像，就不是2D而是3D的了。
全息技術(shù)最廣泛的應(yīng)用，就是全息投影。一般來(lái)說(shuō)，全息投影的思路是通過(guò)光的干涉和衍射原理，來(lái)記錄并再現(xiàn)物體的三維信息。1947年，英國(guó)物理學(xué)家丹尼斯·蓋伯在研究增強(qiáng)電子顯微鏡性能手段時(shí)偶然發(fā)明了全息投影術(shù)，很快這項(xiàng)技術(shù)被申請(qǐng)了專(zhuān)利，并獲得了1971年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
最開(kāi)始，全息投影被應(yīng)用于電子顯微技術(shù)中，作為一種科研手段存在。1960年激光被發(fā)現(xiàn)之后，投影技術(shù)本身得到了快速發(fā)展。更準(zhǔn)確、抗干擾能力更強(qiáng)的投影出現(xiàn)了，全息投影也重新被提上了日程。但即使如此，全息投影的介質(zhì)問(wèn)題依舊沒(méi)有得到很好的解決。因?yàn)榧す獗仨氁谀撤N介質(zhì)上產(chǎn)生反射才能呈現(xiàn)信息，但全息投影要求介質(zhì)本身配合立體空間。這樣得到的結(jié)果不是介質(zhì)太貴，就是觀看效果不好。
直到2001年全息膜問(wèn)世，人類(lèi)終于找到了能夠獲得相對(duì)清晰效果，同時(shí)成本低廉的全息投影介質(zhì)。
緊接著，全息投影迎來(lái)了應(yīng)用化大潮。有意思的是，這種作為科學(xué)輔助手段而出現(xiàn)的技術(shù)，此后卻與科學(xué)漸行漸遠(yuǎn)。更多是出現(xiàn)在展覽、博物館、舞臺(tái)演出、時(shí)裝秀上，作為給觀眾帶來(lái)視覺(jué)震撼的一種手段。
2010年，日本最著名的虛擬偶像初音在“大感謝祭”上使用全息投影技術(shù)亮相。雖然當(dāng)時(shí)的技術(shù)還很薄弱，初音形象僅僅是停留在屏幕上卻被立體化了。但從二次元沖到三次元載歌載舞的效果，還是狠狠沖擊了一番宅男們的神經(jīng)元。
直到今天，我們已經(jīng)可以在各種旅游景區(qū)、博物館、典禮開(kāi)幕式、演唱會(huì)，甚至機(jī)場(chǎng)和高級(jí)酒店的導(dǎo)航服務(wù)中看到全息投影的應(yīng)用。
可是即使應(yīng)用場(chǎng)景如此之多，真正讓亞洲人民永遠(yuǎn)樂(lè)此不疲的全息投影從來(lái)只有兩種：一是讓初音更真實(shí)，二是讓鄧麗君復(fù)活。這里面可能有些哲學(xué)問(wèn)題值得深挖….
全息投影應(yīng)用的幾種模式按下人民群眾對(duì)偶像的熱愛(ài)暫且不表，我們還是要繼續(xù)認(rèn)識(shí)全息投影本身。全息投影這東西，在芯片運(yùn)算和激光呈像技術(shù)相繼成熟后，今天面臨的最大問(wèn)題只有一個(gè)：介質(zhì)。就像上面說(shuō)的，激光會(huì)穿透空氣而過(guò)，因此《鋼鐵俠》等電影里那種隨隨便便就投到空氣中的全息投影在今天并不成熟。
為了找到合適的全息投影介質(zhì)，科學(xué)家和科技公司們可謂煞費(fèi)苦心。在不懈的努力下，今天全息投影實(shí)現(xiàn)主要有三種方式：
1、水霧投影。去一些旅游景區(qū)看過(guò)水幕電影的朋友應(yīng)該對(duì)這項(xiàng)技術(shù)都不陌生。這是最簡(jiǎn)單也是成本最低的一種全息投影模式，將激光打在噴出的水霧上形成反射，從而展現(xiàn)出立體的全息影像。
但這種技術(shù)的問(wèn)題非常突出。那就是水霧的顆粒非常大，投影出的效果并不好。所以只能作為旅游景區(qū)借勢(shì)營(yíng)銷(xiāo)，制造亦真亦幻效果的技術(shù)。另外筆者認(rèn)為，站的太近容易被噴一身水也是這種技術(shù)無(wú)法廣泛推廣的關(guān)鍵所在。
2、激光旋轉(zhuǎn)投影。這種投影的應(yīng)用更少，僅僅在科學(xué)館等少數(shù)博物館里才能見(jiàn)到。它的模式是利用高速旋轉(zhuǎn)的鏡面來(lái)反射激光，利用觀眾的視覺(jué)誤差來(lái)制造全息效果。問(wèn)題是這種技術(shù)推廣起來(lái)很麻煩，高速旋轉(zhuǎn)的儀器首先噪聲很大，并且存在危險(xiǎn)。而且介質(zhì)與投射影像之間必須高度配合，很難在一臺(tái)儀器上展現(xiàn)若干不同的影像，導(dǎo)致成本十分高昂。
3、全息膜投影。今天使用最多的，就是全息膜投影。其原理是利用一層透明度很高的薄膜來(lái)反射出全息影像。搭配周?chē)饩€(xiàn)較暗，薄膜本身看不清，就有了所謂高仿全息的效果。
最早的全息膜技術(shù)，是像屏幕一樣將薄膜樹(shù)立在觀眾正面。但這樣的問(wèn)題是薄膜容易被看出來(lái)，并且觀眾不能離開(kāi)正面視角，否則馬上穿幫。2010年時(shí)初音應(yīng)用的就是這種技術(shù)，但目前已經(jīng)很少使用了。
如今更多的全息投影技術(shù)，都是將全息膜進(jìn)行45°傾斜，通過(guò)底部或者頂部裝置進(jìn)行投影，在一塊或者幾塊全息膜上折射。這樣觀看效果更加逼真，也可以在更大的角度觀看到全息效果。
非常知名的周杰倫演唱會(huì)上與鄧麗君對(duì)唱，就是以這種技術(shù)完成的。但這種技術(shù)也不是沒(méi)有瑕疵，比如投影區(qū)塊必須要求暗光，一旦有白光干擾就會(huì)失真。并且模擬效果不夠逼真，依舊存在色彩和像素上的問(wèn)題。
人類(lèi)真正在心心念念的，其實(shí)還是空氣中就能完成的全息投影。
屏幕終結(jié)者：醞釀在未來(lái)的空氣全息投影
各種科幻電影中，都會(huì)提到一種東西：手表或者某種儀器中投射出一個(gè)大屏幕或者全息圖像，然后就可以操作各種炫酷的科技，進(jìn)行全息通話(huà)。
這就是人類(lèi)真正追求的全息投影。這種技術(shù)的特點(diǎn)，是不受白光干擾，隨時(shí)在空氣中成像，并可以模擬復(fù)雜的立體模型。一旦能夠成真，那么人類(lèi)恐怕將再也不需要屏幕。從泛屏幕階段進(jìn)入無(wú)屏幕階段，絕對(duì)是人類(lèi)科技?xì)v史的一次史詩(shī)級(jí)飛躍
值得慶幸的是，這種美好的愿望并非白日做夢(mèng)。今天這種空氣投影已經(jīng)開(kāi)始了技術(shù)醞釀。一般來(lái)說(shuō)解決方案有兩種：一是通過(guò)空氣中的電離作用制造光的折射，從而顯示出全息投影效果；二是通過(guò)激光爆炸效應(yīng)來(lái)制造全息呈像。
據(jù)說(shuō)美國(guó)的一些實(shí)驗(yàn)室中，已經(jīng)可以做到不借用任何介質(zhì)，單純?cè)诳諝庵袑?shí)現(xiàn)全息投影。也就是說(shuō)這種技術(shù)不再停留于理論中，已經(jīng)成了現(xiàn)實(shí)，但是目前的空氣全息投影問(wèn)題還非常嚴(yán)重。比如說(shuō)像素少，顆粒感極大，并且只能夠?qū)崿F(xiàn)單一顏色的全息投射。當(dāng)然，更重要的是成本高昂。
無(wú)處不在的全息投影，雖然距離商業(yè)化還有遙遠(yuǎn)的距離。但是其發(fā)展速度已經(jīng)足夠驚人了?；蛟S某一天，它將擺脫舞臺(tái)技術(shù)的窠臼，突然炸裂式的闖進(jìn)我們的生活。
最后，關(guān)于日本的“黑科技”
可以堅(jiān)持看到這里的朋友，恭喜你終于等到了關(guān)于日本黑科技的部分。
前面對(duì)于整個(gè)全息投影的科普，無(wú)非是想說(shuō)明這項(xiàng)技術(shù)在現(xiàn)在和未來(lái)，都有廣闊的商業(yè)空間，換句話(huà)說(shuō)就是很值錢(qián)。但日本節(jié)目中復(fù)活鄧麗君的這次黑科技可能未必….
節(jié)目中所說(shuō)的5D全息投影技術(shù)，是說(shuō)在3D之外加入了動(dòng)態(tài)和聲音，這個(gè)說(shuō)法本身就很欠推敲。而我們?cè)谟^看視頻的時(shí)候，會(huì)發(fā)現(xiàn)更多令人無(wú)法解釋的事情。
比如說(shuō)上面的部分已經(jīng)講了，全息投影必須建立在有介質(zhì)的基礎(chǔ)上。想要介質(zhì)看不出來(lái)，必須用暗光環(huán)境來(lái)掩蓋，并且很少有全息投影可以360°觀看。而節(jié)目中，鄧麗君出場(chǎng)的環(huán)境是正常光源，且觀眾能從各個(gè)方面觀看，都不太符合全息投影的常識(shí)。
加上出場(chǎng)的鄧麗君影像，最后出現(xiàn)了整體上下顫動(dòng)的現(xiàn)象。并且整個(gè)影像在非常光潔的舞臺(tái)上沒(méi)有出現(xiàn)任何倒影，都不符合用激光投影到現(xiàn)場(chǎng)舞臺(tái)的特征。
雖然節(jié)目組沒(méi)有公布技術(shù)細(xì)節(jié)，但從種種跡象來(lái)看，節(jié)目中的鄧麗君影像應(yīng)該是用后期技術(shù)加進(jìn)去的。也就是電視節(jié)目中常用的虛擬植入技術(shù)。節(jié)目中的鄧麗君影像與1986年作曲大賞的真人畫(huà)面一模一樣，也側(cè)面證明了這點(diǎn)。
關(guān)鍵標(biāo)簽：全息投影m全息投影技術(shù)全息顯示
