全息投影技術在展示設計中的應用研究

陳 建，王藝涵，姜笑凡，程 歡

（1.信陽學院，河南 信陽 464000；2.河南樹墩子文化傳媒有限公司，河南 鄭州 450001）

0 引 言

展示作為人們傳達信息的一種方式，具有促進經(jīng)濟發(fā)展、文化傳承、教育啟示的作用。如何更有效、更具吸引力地宣傳展示，一直是人們研究的重點，也是人類文明進程發(fā)展的動力。隨著網(wǎng)絡信息技術的不斷發(fā)展，展示的方式隨之發(fā)生一定的變革。以全息投影技術為基礎的展示方式以其仿真程度高、沉浸感強、展示成本低等優(yōu)點，逐漸被使用在一些重要的場合，來實現(xiàn)較好的展示效果。

1 全息投影技術簡介

1.1 全息投影技術的概念

全息投影技術是虛擬三維成像技術的一種表現(xiàn)形式[1]。區(qū)別于傳統(tǒng)投影僅能在二維平面上通過視覺透視規(guī)律來表現(xiàn)三維效果的方式，以全息投影技術為基礎的展示方式中，觀眾無需佩戴相關設備即可看到事物的立體形象，如果增加傳感設備，還可以達到交流互動的效果，能夠營造出較好的觀感體驗和交互體驗效果。

1.2 全息投影技術的發(fā)展歷程

根據(jù)發(fā)展的時間節(jié)點，全息投影技術大致可分為四個階段，分別為萌芽階段、探索階段、瓶頸階段以及發(fā)展階段。

（1）萌芽階段。1947年，英國物理學家丹尼斯·蓋博在研究顯微鏡的過程中，首先提出全息攝影術（Holography）的成像概念[2]。全息投影這一概念由此開始逐步出現(xiàn)在人們的視線當中。

（2）探索階段。1960年，激光器的發(fā)明，解決了全息投影過程中相干性受限的問題。全息投影技術在這一時期得到一定發(fā)展。1962年，蘇聯(lián)科學家尤里·丹尼蘇克拍攝了第一張實際記錄了三維物體的光學全息投影照片[2]。美國密歇根大學雷達實驗室的工作人員利思和烏帕特尼克斯在基本全息術的基礎上，將通信行業(yè)中的“側視雷達”理論應用在全息術上，發(fā)明了離軸全息技術[3]，使全息投影的成像效果得以顯著提高。本頓于1969年發(fā)明了彩虹全息術，降低了全息投影對于光源的要求。

（3）瓶頸階段。在二十世紀七八十年代，全息投影技術成為當時科學家們比較熱衷的領域。許多人紛紛投入到全息投影技術領域的研究中。這一時期，全息影像技術主要處于技術的發(fā)展與沉淀階段。因此，在這一時期，關于全息影像技術的突破較少。

（4）發(fā)展階段。進入21世紀之后，隨著信息技術和材料技術的快速發(fā)展，全息影像技術的表現(xiàn)形式出現(xiàn)了多樣化。2001年，全息膜技術被研究出來；2006年，360度幻影成像技術被廣泛應用；2008年，3D全息顯示屏被研發(fā)出來；2014年，三維全息投影芯片被成功研發(fā)；2017年，全息風扇屏被研發(fā)并投入使用。

2 全息投影技術的分類及原理

從廣義角度來說，全息投影屬于全息影像的一種，但在具體成像原理上，二者卻有一定區(qū)別。真正意義上的全息影像技術是利用光的干涉與衍射原理，記錄并再現(xiàn)物體真實三維圖像的一種技術[4]，但該技術實現(xiàn)難度較大，目前僅在影視作品中出現(xiàn)。廣大研究人員一直未放棄對全息技術的研究。在研究人員的努力下，全息技術在全息投影方面取得了一定的突破，呈現(xiàn)方式也逐漸變得多樣。匯總其呈現(xiàn)方式，大致可歸納為投影反射原理成像和視錯覺原理成像兩種。

2.1 投影反射原理成像

2.1.1 金字塔全息投影

金字塔全息投影成像主要是利用光的反射原理，將光信號反射到錐體中的棱鏡上。光信號匯集到一起后，形成具有真實物體影像的空間形態(tài)，如圖1所示。

圖1 金字塔全息投影

2.1.2 全息膜投影

在成像原理上，全息膜投影的成像方式與全息金字塔成像原理相似，都是將投影或LED畫面映射在全息膜上，通過反射的方式呈現(xiàn)出全息影像。與全息金字塔可以四面觀看不同，全息膜投影只能從正面觀看才能獲得最好的視覺體驗。如圖2所示。

圖2 全息膜投影

2.1.3 水幕投影

水幕投影方式主要是通過設備制造大量水霧，以騰起的水霧作為信息展現(xiàn)的載體，通過投影設備在水幕上投射影像，即可形成三維立體的影像效果。由于其需要水霧作為載體的投影方式，受場地和環(huán)境影響較大，目前主要應用于一些室外大型場地。

2.2 視錯覺原理成像

視錯覺原理成像的主要應用是全息風扇。主要利用了人眼的視覺暫留效應，通過LED風扇旋轉(zhuǎn)形成的視覺殘留，形成連續(xù)完整的畫面，“欺騙”人類的大腦，讓人們所見的物體形成立體的3D觀感。

3 全息投影技術在展示設計中的應用

與傳統(tǒng)方式的展示相比，以全息投影技術為基礎的展示方式具有仿真程度高、沉浸感強、展示成本低等優(yōu)點，能很好地滿足現(xiàn)代商業(yè)、文化、娛樂等的展示所需。對全息投影技術在展示設計中的應用進行研究[5]，對于推動展示技術的進步，促進商業(yè)、文化、娛樂等的發(fā)展具有重要意義。

3.1 在文博展示中的應用

在文博展示中，利用全息投影的展示方式，首先可以通過虛擬仿真的方式再現(xiàn)文物的樣式，以及修復文物等，能在一定程度上降低展示成本，減少文物在安保、運輸?shù)冗^程中的風險。例如，在2012年上海世博會白俄羅斯的展館中，為防止文物在運輸、展覽中的損壞，技術人員就采用了全息投影的展示方式，不僅降低了文物運輸展示過程中的風險，而且拉近了受眾與異國珍寶之間的距離。其次，新穎的展示方式能夠吸引受眾的關注，融入互動效果的展示方式能夠打破以往文物展示過程中展柜、圍欄等的限制，增加受眾的體驗感，提高產(chǎn)品展示的效果。

3.2 在舞臺藝術中的應用

隨著信息技術的不斷發(fā)展，融合全息投影、運動捕捉等技術的新型舞臺表現(xiàn)形式在近些年備受青睞。在舞臺藝術中融入全息投影等技術，首先能夠?qū)F(xiàn)實中難以表現(xiàn)的場景表現(xiàn)出來，虛實結合的舞臺效果，更能給觀者帶來震撼的觀感體驗；其次，虛擬仿真的場景可以節(jié)約一定的舞臺道具，能夠達到節(jié)約成本的效果；最后，這種形式能夠彌補傳統(tǒng)舞臺在場景轉(zhuǎn)換過程中人員需求量大、速度慢、具有潛在的危險性以及故障風險等問題，能在一定程度上提高受眾的觀感體驗。

3.3 在商業(yè)展示中的應用

借助虛擬仿真的優(yōu)點，全息投影展示技術在商業(yè)廣告展示中能夠?qū)⒄谘邪l(fā)、還未上市或者體量大、不方便直接展示的商品進行虛擬展示，如機械剖面、產(chǎn)品細節(jié)等。全息投影360°的展示方式能夠方便受眾詳細了解產(chǎn)品的性能，觀察產(chǎn)品細節(jié)，與產(chǎn)品互動，不僅能滿足受眾對產(chǎn)品信息的獲取，而且能降低商家展示產(chǎn)品的成本。

2022年5月，廣汽豐田新雷凌的發(fā)布會采用了全息投影的展示方式。全新的展示方式不僅給受眾帶來極大的震撼，而且其裸眼3D、虛擬交互的展示效果還將以往產(chǎn)品展示過程中難以展示的車輛結構、零件剖面等細節(jié)詳盡展示，達到了良好的展示效果。

3.4 在教育中的應用

在傳統(tǒng)的教學模式中，教學設備等因素會造成部分學生難以觀察、理解教師所講授的知識點。隨著全息影像技術的完善，虛擬仿真投影的方式在教學中的應用，可以突破傳統(tǒng)課堂空間的限制，能將大量教育資源進行虛擬展示，更符合現(xiàn)在疫情影響下的課堂教學所需，而且，融入全息投影的教學方式還能給學生帶來更多的參與感，例如，可以把書本上二維的圖片信息轉(zhuǎn)化為三維的模型或視頻動畫信息，通過視聽以及交互的方式提高學生學習的興趣，增強學生對于知識的掌握與理解。

4 結 語

全息投影技術作為當下先進的展示技術，在商業(yè)發(fā)展、文化傳播、科技進步等方面起到了重要作用。在未來的發(fā)展中，全息投影理論的發(fā)展和技術的進步都將促進展示技術向人性化、科技化、低成本化、互動性、沉浸體驗方向發(fā)展。展示設計相關從業(yè)人員應該深入研究全息投影技術，為推動展示設計的理念和思維進步而努力，從而真正實現(xiàn)技術與藝術相統(tǒng)一。