剖析全息投影技术的前世今生

2021-07-19 03:19:23
admin

全息显示技术诞生于1947年，早期仅用于电子显微镜，20世纪60年代随在这激光技术与彩虹全息技术的产生，全息显示技术被发明。1969年，首项全息显示技术的专利申请诞生于美国，后得益于激光技术的和数字技术发展，全息显示技术才日趋完善以及逐渐应用。

所谓“全息”，是一个完全来自于科学体系，而非物理世界中的概念。

对于传统的影像记录，比如照片拍摄来说，都是记录物体呈像的光强，得到的是包括颜色、轮廓等等信息的2D画面。而在光强之外，物体影像其实还有相位信息。相位信息记录了物体与观察视角间的距离、运动轨迹、空间关系等信息，如果能把这部分信息也通过技术留存下来，那么就相对的获得了物体的“全部信息”——也就是所谓“全息”。通过这种方式获得的静态或者动态呈像，就不是2D而是3D的了。

全息技术最广泛的应用，就是全息投影。一般来说，全息投影的思路是通过光的干涉和衍射原理，来记录并再现物体的三维信息。1947年，英国物理学家丹尼斯·盖伯在研究增强电子显微镜性能手段时偶然发明了全息投影术，很快这项技术被申请了专利，并获得了1971年的诺贝尔物理学奖。

最开始，全息投影被应用于电子显微技术中，作为一种科研手段存在。1960年激光被发现之后，投影技术本身得到了快速发展。更准确、抗干扰能力更强的投影出现了，全息投影也重新被提上了日程。但即使如此，全息投影的介质问题依旧没有得到很好的解决。因为激光必须要在某种介质上产生反射才能呈现信息，但全息投影要求介质本身配合立体空间。这样得到的结果不是介质太贵，就是观看效果不好。

直到2001年全息膜问世，人类终于找到了能够获得相对清晰效果，同时成本低廉的全息投影介质。

紧接着，全息投影迎来了应用化大潮。有意思的是，这种作为科学辅助手段而出现的技术，此后却与科学渐行渐远。更多是出现在展览、博物馆、舞台演出、时装秀上，作为给观众带来视觉震撼的一种手段。

2010年，日本最著名的虚拟偶像初音在“大感谢祭”上使用全息投影技术亮相。虽然当时的技术还很薄弱，初音形象仅仅是停留在屏幕上却被立体化了。但从二次元冲到三次元载歌载舞的效果，还是狠狠冲击了一番宅男们的神经元。

直到今天，我们已经可以在各种旅游景区、博物馆、典礼开幕式、演唱会，甚至机场和高级酒店的导航服务中看到全息投影的应用。

可是即使应用场景如此之多，真正让亚洲人民永远乐此不疲的全息投影从来只有两种：一是让初音更真实，二是让邓丽君复活。这里面可能有些哲学问题值得深挖….

全息投影应用的几种模式按下人民群众对偶像的热爱暂且不表，我们还是要继续认识全息投影本身。全息投影这东西，在芯片运算和激光呈像技术相继成熟后，今天面临的最大问题只有一个：介质。就像上面说的，激光会穿透空气而过，因此《钢铁侠》等电影里那种随随便便就投到空气中的全息投影在今天并不成熟。

为了找到合适的全息投影介质，科学家和科技公司们可谓煞费苦心。在不懈的努力下，今天全息投影实现主要有三种方式：

1、水雾投影。去一些旅游景区看过水幕电影的朋友应该对这项技术都不陌生。这是最简单也是成本最低的一种全息投影模式，将激光打在喷出的水雾上形成反射，从而展现出立体的全息影像。

但这种技术的问题非常突出。那就是水雾的颗粒非常大，投影出的效果并不好。所以只能作为旅游景区借势营销，制造亦真亦幻效果的技术。另外笔者认为，站的太近容易被喷一身水也是这种技术无法广泛推广的关键所在。

2、激光旋转投影。这种投影的应用更少，仅仅在科学馆等少数博物馆里才能见到。它的模式是利用高速旋转的镜面来反射激光，利用观众的视觉误差来制造全息效果。问题是这种技术推广起来很麻烦，高速旋转的仪器首先噪声很大，并且存在危险。而且介质与投射影像之间必须高度配合，很难在一台仪器上展现若干不同的影像，导致成本十分高昂。

3、全息膜投影。今天使用最多的，就是全息膜投影。其原理是利用一层透明度很高的薄膜来反射出全息影像。搭配周围光线较暗，薄膜本身看不清，就有了所谓高仿全息的效果。

最早的全息膜技术，是像屏幕一样将薄膜树立在观众正面。但这样的问题是薄膜容易被看出来，并且观众不能离开正面视角，否则马上穿帮。2010年时初音应用的就是这种技术，但目前已经很少使用了。

如今更多的全息投影技术，都是将全息膜进行45°倾斜，通过底部或者顶部装置进行投影，在一块或者几块全息膜上折射。这样观看效果更加逼真，也可以在更大的角度观看到全息效果。

非常知名的周杰伦演唱会上与邓丽君对唱，就是以这种技术完成的。但这种技术也不是没有瑕疵，比如投影区块必须要求暗光，一旦有白光干扰就会失真。并且模拟效果不够逼真，依旧存在色彩和像素上的问题。

人类真正在心心念念的，其实还是空气中就能完成的全息投影。

屏幕终结者：酝酿在未来的空气全息投影

各种科幻电影中，都会提到一种东西：手表或者某种仪器中投射出一个大屏幕或者全息图像，然后就可以操作各种炫酷的科技，进行全息通话。

这就是人类真正追求的全息投影。这种技术的特点，是不受白光干扰，随时在空气中成像，并可以模拟复杂的立体模型。一旦能够成真，那么人类恐怕将再也不需要屏幕。从泛屏幕阶段进入无屏幕阶段，绝对是人类科技历史的一次史诗级飞跃

值得庆幸的是，这种美好的愿望并非白日做梦。今天这种空气投影已经开始了技术酝酿。一般来说解决方案有两种：一是通过空气中的电离作用制造光的折射，从而显示出全息投影效果；二是通过激光爆炸效应来制造全息呈像。

据说美国的一些实验室中，已经可以做到不借用任何介质，单纯在空气中实现全息投影。也就是说这种技术不再停留于理论中，已经成了现实，但是目前的空气全息投影问题还非常严重。比如说像素少，颗粒感极大，并且只能够实现单一颜色的全息投射。当然，更重要的是成本高昂。

无处不在的全息投影，虽然距离商业化还有遥远的距离。但是其发展速度已经足够惊人了。或许某一天，它将摆脱舞台技术的窠臼，突然炸裂式的闯进我们的生活。

最后，关于日本的“黑科技”