剖析全息投影技術的前世今生
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2021-07-19 03:19:23 -
admin
全息顯示技術誕生于1947年，早期僅用于電子顯微鏡，20世紀60年代隨在這激光技術與彩虹全息技術的產(chǎn)生，全息顯示技術被發(fā)明。1969年，首項全息顯示技術的專利申請誕生于美國，后得益于激光技術的和數(shù)字技術發(fā)展，全息顯示技術才日趨完善以及逐漸應用。
所謂“全息”，是一個完全來自于科學體系，而非物理世界中的概念。
對于傳統(tǒng)的影像記錄，比如照片拍攝來說，都是記錄物體呈像的光強，得到的是包括顏色、輪廓等等信息的2D畫面。而在光強之外，物體影像其實還有相位信息。相位信息記錄了物體與觀察視角間的距離、運動軌跡、空間關系等信息，如果能把這部分信息也通過技術留存下來，那么就相對的獲得了物體的“全部信息”——也就是所謂“全息”。通過這種方式獲得的靜態(tài)或者動態(tài)呈像，就不是2D而是3D的了。
全息技術最廣泛的應用，就是全息投影。一般來說，全息投影的思路是通過光的干涉和衍射原理，來記錄并再現(xiàn)物體的三維信息。1947年，英國物理學家丹尼斯·蓋伯在研究增強電子顯微鏡性能手段時偶然發(fā)明了全息投影術，很快這項技術被申請了專利，并獲得了1971年的諾貝爾物理學獎。
最開始，全息投影被應用于電子顯微技術中，作為一種科研手段存在。1960年激光被發(fā)現(xiàn)之后，投影技術本身得到了快速發(fā)展。更準確、抗干擾能力更強的投影出現(xiàn)了，全息投影也重新被提上了日程。但即使如此，全息投影的介質問題依舊沒有得到很好的解決。因為激光必須要在某種介質上產(chǎn)生反射才能呈現(xiàn)信息，但全息投影要求介質本身配合立體空間。這樣得到的結果不是介質太貴，就是觀看效果不好。
直到2001年全息膜問世，人類終于找到了能夠獲得相對清晰效果，同時成本低廉的全息投影介質。
緊接著，全息投影迎來了應用化大潮。有意思的是，這種作為科學輔助手段而出現(xiàn)的技術，此后卻與科學漸行漸遠。更多是出現(xiàn)在展覽、博物館、舞臺演出、時裝秀上，作為給觀眾帶來視覺震撼的一種手段。
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亮相。雖然當時的技術還很薄弱，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、典禮開幕式、演唱會，甚至機場和高級酒店的導航服務中看到全息投影的應用。
可是即使應用場景如此之多，真正讓亞洲人民永遠樂此不疲的全息投影從來只有兩種：一是讓初音更真實，二是讓鄧麗君復活。這里面可能有些哲學問題值得深挖….
全息投影應用的幾種模式按下人民群眾對偶像的熱愛暫且不表，我們還是要繼續(xù)認識全息投影本身。全息投影這東西，在芯片運算和激光呈像技術相繼成熟后，今天面臨的最大問題只有一個：介質。就像上面說的，激光會穿透空氣而過，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，科學家和科技公司們可謂煞費苦心。在不懈的努力下，今天全息投影實現(xiàn)主要有三種方式：
1、水霧投影。去一些旅游景區(qū)看過水幕電影的朋友應該對這項技術都不陌生。這是最簡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。
但這種技術的問題非常突出。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)借勢營銷，制造亦真亦幻效果的技術。另外筆者認為，站的太近容易被噴一身水也是這種技術無法廣泛推廣的關鍵所在。
2、激光旋轉投影。這種投影的應用更少，僅僅在科學館等少數(shù)博物館里才能見到。它的模式是利用高速旋轉的鏡面來反射激光，利用觀眾的視覺誤差來制造全息效果。問題是這種技術推廣起來很麻煩，高速旋轉的儀器首先噪聲很大，并且存在危險。而且介質與投射影像之間必須高度配合，很難在一臺儀器上展現(xiàn)若干不同的影像，導致成本十分高昂。
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反射出全息影像。搭配周圍光線較暗，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，是像屏幕一樣將薄膜樹立在觀眾正面。但這樣的問題是薄膜容易被看出來，并且觀眾不能離開正面視角，否則馬上穿幫。2010年時初音應用的就是這種技術，但目前已經(jīng)很少使用了。
如今更多的全息投影技術，都是將全息膜進行45°傾斜，通過底部或者頂部裝置進行投影，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上與鄧麗君對唱，就是以這種技術完成的。但這種技術也不是沒有瑕疵，比如投影區(qū)塊必須要求暗光，一旦有白光干擾就會失真。并且模擬效果不夠逼真，依舊存在色彩和像素上的問題。
人類真正在心心念念的，其實還是空氣中就能完成的全息投影。
屏幕終結者：醞釀在未來的空氣全息投影
各種科幻電影中，都會提到一種東西：手表或者某種儀器中投射出一個大屏幕或者全息圖像，然后就可以操作各種炫酷的科技，進行全息通話。
這就是人類真正追求的全息投影。這種技術的特點，是不受白光干擾，隨時在空氣中成像，并可以模擬復雜的立體模型。一旦能夠成真，那么人類恐怕將再也不需要屏幕。從泛屏幕階段進入無屏幕階段，絕對是人類科技歷史的一次史詩級飛躍
值得慶幸的是，這種美好的愿望并非白日做夢。今天這種空氣投影已經(jīng)開始了技術醞釀。一般來說解決方案有兩種：一是通過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；二是通過激光爆炸效應來制造全息呈像。
據(jù)說美國的一些實驗室中，已經(jīng)可以做到不借用任何介質，單純在空氣中實現(xiàn)全息投影。也就是說這種技術不再停留于理論中，已經(jīng)成了現(xiàn)實，但是目前的空氣全息投影問題還非常嚴重。比如說像素少，顆粒感極大，并且只能夠實現(xiàn)單一顏色的全息投射。當然，更重要的是成本高昂。
無處不在的全息投影，雖然距離商業(yè)化還有遙遠的距離。但是其發(fā)展速度已經(jīng)足夠驚人了?；蛟S某一天，它將擺脫舞臺技術的窠臼，突然炸裂式的闖進我們的生活。
最后，關于日本的“黑科技”
可以堅持看到這里的朋友，恭喜你終于等到了關于日本黑科技的部分。
前面對于整個全息投影的科普，無非是想說明這項技術在現(xiàn)在和未來，都有廣闊的商業(yè)空間，換句話說就是很值錢。但日本節(jié)目中復活鄧麗君的這次黑科技可能未必….
節(jié)目中所說的5D全息投影技術，是說在3D之外加入了動態(tài)和聲音，這個說法本身就很欠推敲。而我們在觀看視頻的時候，會發(fā)現(xiàn)更多令人無法解釋的事情。
比如說上面的部分已經(jīng)講了，全息投影必須建立在有介質的基礎上。想要介質看不出來，必須用暗光環(huán)境來掩蓋，并且很少有全息投影可以360°觀看。而節(jié)目中，鄧麗君出場的環(huán)境是正常光源，且觀眾能從各個方面觀看，都不太符合全息投影的常識。
加上出場的鄧麗君影像，最后出現(xiàn)了整體上下顫動的現(xiàn)象。并且整個影像在非常光潔的舞臺上沒有出現(xiàn)任何倒影，都不符合用激光投影到現(xiàn)場舞臺的特征。
雖然節(jié)目組沒有公布技術細節(jié)，但從種種跡象來看，節(jié)目中的鄧麗君影像應該是用后期技術加進去的。也就是電視節(jié)目中常用的虛擬植入技術。節(jié)目中的鄧麗君影像與1986年作曲大賞的真人畫面一模一樣，也側面證明了這點。
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