AR中的全息投影技術(shù)原來是這么回事
要說如今科技圈什么關(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)明開始就一直應(yīng)用于電子顯微技術(shù)中，在這個領(lǐng)域中被稱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。現(xiàn)在，大家所熟知的微軟 Hololens 和 Magic Leap 所謂的神秘黑科技就是運(yùn)用了這項技術(shù)。今天，我們來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)時進(jìn)行，并且可以與人交互。我們把它的媒介稱之為“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(xiàn)出了3D的效果。這項技術(shù)也被人們稱為虛擬成像技術(shù)，現(xiàn)在非常火熱的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）就運(yùn)用到了這個技術(shù)。
全息投影的分類
全息投影可以分為如下若干類。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)通過向全息投影膠片照射激光，然后從另一個方向來觀察重建的圖像。后來經(jīng)過改進(jìn)，彩虹全息投影可以使用白色光來照明，以觀察重建的圖像。彩虹全息投影廣泛的應(yīng)用于諸如信用卡安全防偽和產(chǎn)品包裝等領(lǐng)域。這些種類的彩虹全息投影通常在一個塑料膠片形成了表面浮雕圖案，然后通過在背面鍍上鋁膜使光線透過膠片以重建圖像。另一種常見的全息投影技術(shù)稱為反射全息投影，或稱為丹尼蘇克全息投影。這種技術(shù)可以通過使用白色光源從和觀察者相同的方向來照射膠片，通過反射來重建彩色的圖像，以重建圖像。鏡面全息投影是一種通過控制鏡面在二維表面上的運(yùn)動來制造三維圖像的相關(guān)技術(shù)。它通過控制反射光線或者折射光線來構(gòu)造全息圖像，而蓋伯的全息投影是通過衍射光來重建波前的。
促使全息投影在短短的一段時間內(nèi)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(guī)模生產(chǎn)，如DVD播放機(jī)和其他的一些常用設(shè)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(yù)算較低的研究者、藝術(shù)家甚至業(yè)余愛好者都可以參與到全息投影研究中來。
全息投影的技術(shù)原理
全息投影技術(shù)（front-projected holographic display）也稱虛擬成像技術(shù)是利用干涉和衍射原理記錄并再現(xiàn)物體真實(shí)的三維圖像的記錄和再現(xiàn)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(zhuǎn)換成在空間上變化的強(qiáng)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。記錄著干涉條紋的底片經(jīng)過顯影、定影等處理程序后，便成為一張全息圖，或稱全息照片。
其第二步是利用衍射原理再現(xiàn)物體光波信息，這是成象過程：全息圖猶如一個復(fù)雜的光柵，在相干激光照射下，一張線性記錄的正弦型全息圖的衍射光波一般可給出兩個象，即原始象（又稱初始象）和共軛象。再現(xiàn)的圖像立體感強(qiáng)，具有真實(shí)的視覺效應(yīng)。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(xiàn)原物的整個圖像，通過多次曝光還可以在同一張底片上記錄多個不同的圖像，而且能互不干擾地分別顯示出來。
全息投影的應(yīng)用領(lǐng)域
全息投影技術(shù)在舞臺中的應(yīng)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，一起完成表演，產(chǎn)生令人震撼的演出效果。從時裝發(fā)布T臺秀中全息投影技術(shù)的運(yùn)用，美輪美奐的全息投影畫面伴隨模特的走步把觀眾帶到了另一個世界中，好像使觀眾體驗(yàn)了一把虛擬與現(xiàn)實(shí)的雙重世界。再到夢幻劇場《動漫大師諾曼》中全息投影技術(shù)的運(yùn)用，舞臺藝術(shù)與電影片斷在同一空間出現(xiàn)了非凡的融合，給觀眾展示了世界多媒體藝術(shù)最新的創(chuàng)新成果。服務(wù)和銷售行業(yè)是最需要群眾基礎(chǔ)的，能最大限度的吸引消費(fèi)者就是王道。全息投影技術(shù)在這方面的運(yùn)用以全新的視角聚攏了人們的眼球，勾起了消費(fèi)者的消費(fèi)欲望。
全息景象是指觀眾可以在發(fā)生器的發(fā)生口度即一圈內(nèi)可以看到幻像，全息投影系統(tǒng)將三維畫面懸浮在實(shí)景的半空中成像，營造了亦幻亦真的氛圍，效果奇特具有強(qiáng)烈的縱深感，真假難辯。時尚美觀，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(jié)合實(shí)物，實(shí)現(xiàn)影像與實(shí)物的結(jié)合；也可配加觸摸屏實(shí)現(xiàn)與觀眾的互動；可以根據(jù)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(yīng)用，該公司研發(fā)了最先進(jìn)的全息投影放映機(jī)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，動作感應(yīng)器也讓使用者能以手勢來即時操作物體。
錯覺技術(shù)也可用來研發(fā)可觸碰式全息投影。幻想玩具是經(jīng)典的錯覺技術(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口的凹面鏡。內(nèi)室里反射的光線會將影像聚焦在開口，讓物體看起來像是憑空立在上頭。
東京大學(xué)的研究人員正利用此項技術(shù)，試圖研發(fā)出可與使用者互動的全息投影。他們利用任天堂 Wii 遙控器上的紅外線感測器來追蹤手部動作，而空中的超音波訊號則負(fù)責(zé)制造微小的壓力波，借此模擬碰觸的感覺。微軟公司也正針對 Kinect 感應(yīng)器研發(fā)類似的技術(shù)。
這類技術(shù)的潛力無窮。全息影像不但可用于娛樂、藝術(shù)和教育，應(yīng)用于媒體科學(xué)、科技設(shè)計和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的潛力也無可限量。以色列的醫(yī)生已能在手術(shù)過程中利用互動式全息投影，即時重制器官的模型，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(yàn)室（Human Media Lab）也在設(shè)計 Skype 通訊的 3D 版本，目前正在研發(fā)初期。
真正的移動式全息投影目前看起來可能有點(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 公司來說，這就仿佛挑戰(zhàn)不可能的任務(wù)：“我們可以讓車子漂浮、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法做到的效果。正所謂眼見為憑，人們只要看著這些影像，就會完全投入其中，視其如同真實(shí)。”
編者結(jié)語
如今的全息投影技術(shù)還未在生活中廣泛應(yīng)用到，但不能否認(rèn)這項技術(shù)可能對未來的生活、工作方式所帶來的巨大改變。但AR可能是全息投影技術(shù)最好的突破口，谷歌的ProjectGlass就是一個例子，它是谷歌AR眼鏡研究計劃代號，如果研發(fā)順利的話，估計若干年后就會與我們相見。
在AR眼鏡的市場中，編者認(rèn)為市場需求是巨大的，娛樂、醫(yī)療、建筑、交互等都擁有巨大的市場潛力，但擁有核心技術(shù)的企業(yè)并不多，要想在AR領(lǐng)域做出成績，自身擁有過硬的本領(lǐng)才是最實(shí)在的，其余的都是紙上談兵罷了。
標(biāo)簽： AR 虛擬現(xiàn)實(shí) 全息投影技術(shù)
