
劉慈欣在科幻作品《流浪地球》一書中幾次提到全息顯示器:“她揮手在空中畫了一下,手腕上的計算機甩出一幅全息景象,顯示出一個落日下的海灘”、“小星老師按了一下手腕上的全息顯示器,我們面前的空中立刻顯示出一幅全息影像,孩子們的注意力立刻被它吸引過去,暫時安靜下來,那是一個晶瑩透明的密封玻璃球”等。書中向我們描繪了一幅幅神奇的景象,帶我們走入了科幻的世界。
全息(holography)一詞來自希臘語,意思是全部圖像信息。全息技術是利用了光的干涉原理,完整地記錄并重現了物體反射的光波。光波攜帶了物體形狀、表面紋理和位置等信息,我們就是通過物體反射的光波來觀察世界的。全息技術首先記錄光波信息,然后通過一個空間光調制器(用于信號轉換),來「讀出」光波信息,最后將處理過的光波傳送給人眼。這種光波「回放」方式,和我們觀察物體本身具有相同的效果,因此是最“真實”的立體顯示效果。
上述過程中,需要記錄大量的信息,同時空間光調制器設計起來也相當復雜,再加上光波所需的計算量和存儲空間都很大,使大場景全息三維顯示暫時還無法實現。
2010年日本虛擬歌姬初音未來舉辦“全息”演唱會,2015年春晚上運用“全息投影”技術實現4個“李宇春”同唱《蜀繡》,2020年電視新聞媒體出現利用“5G+4K全息”技術,實現主持人與訪談對象的跨屏互動……似乎全息顯示已經實現,但這些所謂的“全息”其實與真正的全息顯示技術相去甚遠。目前除了博物館已經出現的靜態全息顯示,其他人們熟知的所謂“全息”技術名場面,大部分都是一種“偽全息”。
“偽全息”可以稱得上是全息顯示界的“六耳獼猴”。它有著幾乎可以以假亂真的本領,在視覺效果上,“偽全息”同樣可以讓人用肉眼看到三維立體圖像懸浮在空中。但仔細觀察就會發現,這些“偽全息”技術并不能實現立體影像360度可視,例如虛擬偶像演唱會雖然給我們呈現出了栩栩如生的立體影像,但是其必須在特制的舞臺上,且要在黑暗當中才能實現,觀眾也必須要從特定的角度進行觀看。
它實際上是一種叫做“佩珀爾幻象”的光學錯覺技術,實質上是在各類介質(如全息投影膜、水霧、透明玻璃、墻體等)的輔助下,利用人眼視覺的偏差對大腦進行欺騙。其原理并不復雜,就是利用一張在保持清晰顯像的同時,能讓觀眾看見背后景物的全息投影膜,首先使物體在膜中形成虛像,再加上半透明投影膜背后的景象,視覺上就會給人一種立體的錯覺,再加上CG(計算機動畫)技術以及高亮度的燈光,這種立體影像就會給觀眾一種惟妙惟肖的真實感。
同樣,基于光場的顯示技術也能達到類似的3D視覺效果,但該技術采用的顯示方法,實際上是與全息完全不一樣的技術。所謂光場,指的是一束光在傳播過程中所包含的信息,涵蓋光線強度、位置、方向等信息。在一個具備厘米級定位精度的光場空間中,通過設置一個用光來定位的坐標系,就能實現現實環境和虛擬世界的精準疊加。
以光場為基礎的顯示技術,其本質是記錄與顯示物體在不同方向的光線來實現三維的視覺效果,但這種技術難以把光的全部信息還原出來,存在可視角度與顯示分辨率無法同時滿足的困難。
而真正的全息還在發展道路上摸索前行。全息技術路線可以分為激光全息和計算全息。目前利用激光技術的靜態全息顯示已經成熟,例如在一些博物館就可以看到靜態的展品三維圖像。但是要進一步還原動態的影像,并且與三維圖像產生交互,技術上還是非常困難的。
因為動態的光波相位震動非常強烈,而干涉技術需要震動范圍尺度在納米級別,從技術角度來說,實現這種震動范圍尺度還很難。動態全息顯示存在一定的技術瓶頸,主要表現為全息圖片的還原速度。假如要達到人眼看圖像呈現出的動態效果,需要讓圖像還原速度達到每秒24幀,而目前只能做到每秒1幀。決定全息圖片還原速度的是激光打印技術,即如何在同一時間在全息圖片上進行多點打印。激光打印技術越先進,全息圖片所包含的信息就越豐富、越全面,還原出的立體圖像就越完整?,F階段,激光打印技術還有很大的提升空間。
激光全息是借助參考光記錄物光波的振幅和相位,而計算全息則是將全息記錄與再現過程的一部分用計算機來完成,在確定物光波的數學描述后,可以利用計算機控制繪圖儀或其他記錄裝置(例如陰極射線管、電子束掃描器等),用模擬的干涉圖樣合成全息圖片。
暢想一下,未來的某一天,人們足不出戶,秀麗山河盡在眼前;醫生通過全息虛擬圖像精準指導醫療儀器開展手術;通過遠程視頻會議,可以清晰感受到對方的神態語氣……全息顯示技術一旦獲得重大突破,將會給顯示技術領域帶來翻天覆地的變革,甚至它還有希望成為一種遠距離傳輸工具。
人們對美好視覺效果的追求,是推進顯示技術發展的關鍵,而自然真實、三維立體的視覺效果是人們最終的目標,作為下一代顯示技術的重要選項,全息技術必將不斷發展成熟,書中場景一定會實現。(部分資料來源于網絡,侵權必刪)
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