全息投影要屏幕嗎（告別實體屏幕四大問題解析全息投影）

2023-04-16 01:12:08

在科幻電影中我們時常可以看到這樣一個場景：主角輕輕揮一下手，眼前就會出現一塊虛擬的顯示屏，屏幕上的內容不僅可以任意切換，甚至還能夠通過它實現與遠在千裡之外的人面對面交談。這就是全息投影技術，而作為一款全新的黑科技，全息投影受到的關注度也是越來越高，今天筆者就用四個問題來和大家剖析一下這個黑科技的前世今生。

告別實體屏幕！四大問題解析全息投影

舞臺上的虛擬形象真是全息投影麼？

讀者們見到最多的全息投影恐怕就是在各種演唱會上。2010年，日本著名的虛擬偶像初音通過全息投影技術亮相演唱會。雖然當時的技術還不夠成熟，但是立體化的初音一經亮相就受到了廣泛的關注，從2D到3D的效果轉變狠狠的衝擊著一眾宅男們的神經元。

虛擬偶像初音使用全息投影技術亮相

無獨有偶，在安德烈·羅米爾·揚和科多扎爾·布羅德斯的演唱會上，美國的已故嘻哈巨星圖派克·阿瑪魯·夏庫爾以虛擬影像的方式重登舞臺，不僅可以在臺上載歌載舞，甚至還可以來回走動並與臺下的觀眾打招呼，一切都看起來非常真實，這引發了粉絲們的激烈討論。

已故美國嘻哈巨星圖派克以虛擬影像的方式重登舞臺

類似的技術目前在舞臺上應用非常廣泛，看起來科技感十足。很多人都在用「全息投影」來稱呼它，但很遺憾，這些都不是全息投影技術，它們的真名字叫做佩伯爾幻像，雖然與全息技術效果類似，但它與真正的「全息投影」還相差甚遠。

佩伯爾幻像是一種很巧妙的光學錯覺技術，但它的原理並不複雜。燈光照射在真實表演者身上，透過玻璃映射在舞臺上的特定區域就形成了上圖中的虛擬影像，這就是佩伯爾幻像的成像過程。而今天在搭配了CG技術和高亮度燈光之後，佩珀爾幻象表演可以做到栩栩如生、惟妙惟肖。

佩伯爾幻像原理圖

從上圖我們就可以清晰的看到，無論是虛擬偶像初音還是已故的嘻哈巨星，它們能夠登上舞臺都是通過了巧妙的光學錯覺技術來實現的。而從另一個角度來說，無論是中國還是外國，舞臺上的虛擬形象都有一些共通的特點，那就是場景很固定並且在一定要處在黑暗當中，這與我們在科幻電影中看到的效果相差甚遠。

關於兩者的差別，簡單來說真正的全息投影不需要任何特殊介質就能在上方的空氣裡顯示出影像，從任何角度觀看都不會影響清晰度，而且人能從畫面中走過去。而佩伯爾幻像是用傾斜成各種角度的光學材料折射光源形成的視覺效果，觀眾只能在特定的角度觀影，您如果想從畫面當中穿過，只會撞破鼻子。

究竟什麼是全息投影技術？

全息投影技術也稱虛擬成像技術，它是利用幹涉和衍射原理記錄並再現物體真實三維圖像的技術，它的實現分為兩個步驟。

第一步是利用幹涉原理記錄物體光波信息，也就是拍攝過程。被攝物體在雷射輻照下形成漫射式的物光束；另一部分雷射作為參考光束射到全息底片上，和物光束疊加產生幹涉，把物體光波上各點的位相和振幅轉換成在空間上變化的強度，從而利用幹涉條紋間的反差和間隔將物體光波的全部信息記錄下來。記錄著幹涉條紋的底片經過顯影、定影等處理程序後，便成為一張全息圖，或稱全息照片。

全息投影拍攝過程圖解

第二步是利用衍射原理再現物體光波信息，也就是成像過程。全息圖猶如一個複雜的光柵，在相干雷射照射下，一張正弦型全息圖的衍射光波可給出兩個象，即原始象（又稱初始象）和共軛象。再現的圖像立體感強，具有真實的視覺效應。全息圖的每一部分都記錄了物體上各點的光信息，故原則上它的每一部分都能再現原物的整個圖像，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，而且能互不幹擾地分別顯示出來。

全息投影早在70年以前就被人提出了，1947年，英國匈牙利裔物理學家丹尼斯·蓋伯在研究電子顯微鏡過程中，首次提出了全息術這一全新的成像概念，而蓋伯也因此項工作獲得了1971年的諾貝爾物理學獎，發明之初這個黑科技一直被應用於電子顯微技術中。

理學家丹尼斯·蓋伯首先提出了全息技術這一概念

但可惜的是，雖然誕生已經有70年了，但目前世界上還沒有成熟的能夠直接通過空氣呈現影像的全息技術，很多還停留在實驗室階段。目前比較接近的技術是美國麻省理工學院研究生達因發明的空氣投影和交互技術以及日本公司雷射束投射實體的3D影像技術，但這些距離商業化還非常遙遠。

全息投影技術進展到了什麼階段？

理想很豐滿，現實很骨感，目前對於全息投影技術來說面臨的最大問題就是介質。因為沒有介質的話光是不會發生折射的，這也就意味著類似科幻片中的效果不可能實現。但即便如此，世界各國對於全息技術都進行了充分的研究，而目前比較先進的全息投影技術共有三種實現方式。

空氣投影和交互技術：美國麻省理工學院的研究生達因發明了一種空氣投影和交互技術，這是顯示技術上的一個裡程碑，它可以在氣流形成的牆上投影出具有交互功能的圖像。此技術來源海市蜃樓的原理，將圖像投射在水蒸氣上，由於分子震動不均衡，可以形成層次和立體感很強的圖像。

空氣投影和交互技術

雷射束投射實體的3D影像：這項技術是由一家日本公司發明的，它主要是利用氮氣和氧氣在空氣中散開時，混合成的氣體變成灼熱的漿狀物質，並在空氣中形成一個短暫的3D圖像。這種方法主要是不斷在空氣中進行小型爆破來實現。

360度全息顯示屏：南加利福尼亞大學創新科技研究院研製成功一種360度全息顯示屏，這種技術是將圖像投影在一種高速旋轉的鏡子上從而實現三維圖像，但是總體來看，這項技術依舊沒有擺脫對介質的依賴。

電影中的內種全息顯示技術距離我們還很遙遠

不論哪種全息投影技術，目前還只是停留在研究階段，距離量產還有很遙遠，另外要注意的是，它們的成本也都非常昂貴。因此現在您要想看真正的全息投影技術，筆者建議您還是應該去電影院。

全息投影技術的應用前景可以說非常廣泛，這項技術融合了多媒體、網際網路以及物聯網等多項技術，從而可以增加遠程控制和遠程的傳輸與連接，同時它的錐面清晰度和展架的自由組合等等都是不小的創新。

全息投影技術將會徹底改變我們的日常工作和生活

我們可以暢想一下，真正的全息投影技術一旦可以實現完全商業化，將會突破傳統的聲、光、電局限，將更加真實的3D畫面呈現在觀眾面前，從而打破了虛擬世界與現實世界的阻隔，人們可以隨時隨地體會到真實的畫面衝擊感。

換句話說，全息投影技術的實現將會在顯示領域爆發一場換代革命，我們將會從2D時代進入到3D顯示時代。到那時電影院將會和足球場一樣。觀眾可以像看足球比賽一樣欣賞好萊塢巨星閃轉騰挪。

佩伯爾幻像雖然與全息投影效果類似，但原理卻大相逕庭

真正的全息投影技術就今天來看可以說是真正的黑科技，但目前還只是停留在實驗室階段，「介質」問題極大地限制了全息投影技術的發展。筆者認為五年之內成熟商業化的全息投影技術不太可能會出現。因為「介質」的問題非常複雜，無論是氣流形成的牆還是氮氣氧氣混合形成的漿狀物質漿狀物質要想實現都要付出超高的成本，短期內只能停留在實驗室階段。

同時筆者也發現，很多朋友都將類似「初音」的影像稱為全息投影技術，不能區分「全息投影技術」與「佩伯爾幻像」的區別。這篇希望能讓您更好的了解全息投影技術的概念，更好的了解這項黑科技。從目前的顯示產業來看，全息投影技術還不能成為主流，其在解析度、亮度以及顯示介質等諸多問題上都沒有完美解決方案。現在出現的「全息投影」只能是半成品，雖然滿足了一些消費者的好奇心，但是卻並不具備長遠發展的潛力。