你看到的可能都是假“全息”来看看真的全息显示是啥样

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喜欢科幻电影的人,对全息显示这项炫酷的技术一定不会感到陌生。在电影《星球大战》中,航天机器人R2-D2发射出一种蓝色的光,莱娅公主的形象栩栩如生地出现在蓝光中,向在场的人们发出呼救信号。这一经典桥段隐含了全息显示技术的特别之处——无论观众站在哪个方位,都可以看到所显示内容的立体形象。

在现实世界中,从事光学显示领域研究的专业人士也为这项技术深深着迷。在9月中旬举办的2020腾讯全球数字生态大会5G专场上,腾讯多媒体实验室标准总监、5G专家斯蒂芬·温格指出,基于光场技术的全息显示将会是显示技术的未来。中国工程院院士许祖彦也表示:“人们对美好视觉效果的追求,是推进显示技术发展的关键,而自然真实、三维立体的视觉效果是人们最终的目标。下一代显示技术将有可能是全息。”

全息显示实质上是对光的记录和还原

那到底什么是真正的全息显示技术?如今又发展到了哪一步呢?

全息,顾名思义即全部信息。众所周知,光作为一种电磁波的形式存在,包括振幅和相位两个参数,其中振幅反映的是光的强弱,而相位则指的是光波在前进时,光子振动呈现出交替的波形变化。全息显示就是要记录下振幅和相位两个参数,还原出物体的三维影像。

简单来说,两列或几列光波在空间相遇时,波峰与波峰叠加处会出现亮条纹,波峰与波谷叠加处会出现暗条纹,这种相互作用最终会呈现出稳定的明暗相间的条纹分布,这就是光的干涉现象。

而全息显示就是利用光波的干涉原理,在物波场(物体光波波动所涉及的空间)中引入一个参考光波,使其与物光波(光源发出的光波经物体反射后形成的光波,其相位和振幅会发生改变)在记录平面叠加产生干涉条纹,将干涉条纹记录下来,即“全息图”。

当用特定的再现光波照射全息图时,就可以重现出原始物光波,从而形成原物体逼真的三维像。

张启明强调说,全息术所形成的三维图像不需要借助特制的眼镜等工具,直接用肉眼就可以看到。

我们熟知的名场面可能是“伪全息”

2010年日本虚拟歌姬初音未来举办“全息”演唱会,2015年春晚上运用“全息投影”技术实现4个“李宇春”同唱《蜀绣》,今年电视新闻媒体出现利用“5G+4K全息”技术,实现主持人与访谈对象的跨屏互动……

可能有人会觉得,全息显示技术离我们并不遥远。但专家认为,深究其技术实现方法就会发现,这些所谓的“全息”其实与真正的全息显示技术相去甚远。目前除了博物馆已经出现的静态全息显示,其他人们熟知的所谓“全息”技术名场面,大部分都是一种“伪全息”。

“伪全息”可以称得上是全息显示界的“六耳猕猴”。它有着几乎可以以假乱真的本领,在视觉效果上,“伪全息”同样可以让人用肉眼看到三维立体图像悬浮在空中。但仔细观察就会发现,这些“伪全息”技术并不能实现立体影像360度可视,例如虚拟偶像演唱会虽然给我们呈现出了栩栩如生的立体影像,但是其必须在特制的舞台上,且要在黑暗当中才能实现,观众也必须要从特定的角度进行观看。

它实际上是一种叫做“佩珀尔幻象”的光学错觉技术,实质上是在各类介质(如全息投影膜、水雾、透明玻璃、墙体等)的辅助下,利用人眼视觉的偏差对大脑进行欺骗。其原理并不复杂,就是利用一张在保持清晰显像的同时,能让观众看见背后景物的全息投影膜,首先使物体在膜中形成虚像,再加上半透明投影膜背后的景象,视觉上就会给人一种立体的错觉,再加上CG(计算机动画)技术以及高亮度的灯光,这种立体影像就会给观众一种惟妙惟肖的真实感。

同样,基于光场的显示技术也能达到类似的3D视觉效果,但该技术采用的显示方法,实际上是与全息完全不一样的技术。

张启明表示,以光场为基础的显示技术,其本质是记录与显示物体在不同方向的光线来实现三维的视觉效果,但这种技术难以把光的全部信息还原出来,存在可视角度与显示分辨率无法同时满足的困难。

真正的全息还在发展道路上摸索前行

据张启明介绍,全息技术路线可以分为激光全息和计算全息。目前利用激光技术的静态全息显示已经成熟,例如在一些博物馆就可以看到静态的展品三维图像,基于激光全息技术发展而来的无损检测技术、激光照相显微术、全息照相存储技术等,在工业生产和科学研究中已发挥了重要作用。

但是要进一步还原动态的影像,并且与三维图像产生交互,技术上还是非常困难的。

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