光影交錯間不一樣的3D體驗

曾經(jīng)，我們幻想著：在未來，人類可以完全拋棄電視、電腦、手機這些用屏幕進行顯示的產(chǎn)品，只要像在科幻大片中那樣隨手一揮，多頁圖表或照片直接出現(xiàn)在面前，再一揮手眼前的內(nèi)容就自然切換，甚至能夠讓不同時空的人面對面進行交談……所有這些，都被統(tǒng)稱為全息技術(shù)。如今，這樣的科幻場景逐漸變成現(xiàn)實。

全息（hologram）是一個合成詞，源自希臘語的holos（全部）+gramma（信息），顧名思義，它是記錄并重現(xiàn)物體全部光學(xué)信息的一種技術(shù)。那么，光學(xué)信息包括什么呢？我們都知道，光可以被看作是一種波，那么波的振幅、波長、相位等信息都是“全息”的收集對象。

全息影像與普通影像在視覺觀感上最大的區(qū)別就是所謂的“立體感”，而營造“立體感”的關(guān)鍵因素則是光所攜帶的相位信息。我們?nèi)搜勰芸吹轿矬w是由于物體本身發(fā)光或反光，這些光線就像是連入眼睛的數(shù)據(jù)線，將物體的各種光學(xué)信息傳送到我們眼中，從而認知物體。

真正的全息影像可以不通過任何其他介質(zhì)，在空氣中就能顯示出影像，而且觀看角度可以隨意變換，體驗者能夠在三維立體的畫面之中穿梭自如。但目前我們所能看到的關(guān)于全息3D的應(yīng)用，大多運用的是一種“偽裝”的全息技術(shù)，即全息投影。

第一種原理：干涉原理

在投影之前，需對所投的“影”進行錄制，這是全息投影技術(shù)的第一步，即利用干涉的原理對光波信息進行記錄，完成拍攝的過程。在拍攝過程中，激光器將一部分激光輻照被攝物體，形成漫射式的物光束，另一部分激光則作為參考光束射到全息底片上并與物光束相疊加產(chǎn)生干涉，干涉作用將物體光波上各點的相位和振幅轉(zhuǎn)換成在空間上變化的強度，并利用干涉條紋間的反差和間隔將其全部信息記錄下來。記錄著干涉條紋的底片經(jīng)過顯影、定影等處理后，便成為一張全息圖，即全息照片。

第二種原理：衍射原理

完成拍攝過程形成全息圖后，第二步便是基于該全息圖利用衍射的原理再現(xiàn)物體光波信息，完成成像過程。在成像過程中，全息圖受相干激光照射，形成原始像和共軛像兩個圖像，其再現(xiàn)的圖像具有很強的立體性和視覺效果。由于全息圖的每一部分都記錄了物體上各點的光信息，因此全息圖的每一部分都能再現(xiàn)原物體的整個圖像，經(jīng)多次曝光后還可以在同一張底片上記錄多個不同的圖像，而且能互不干擾地分別顯示出來。

●實現(xiàn)真正意義上的裸眼3D電影

到目前為止，在電影投影技術(shù)中，我們都是采用佩戴偏振光眼鏡而實現(xiàn)3D效果。但這并不是真正的3D，因為它最終是在二維銀幕上成像的。如果把全息技術(shù)應(yīng)用到電影技術(shù)上，那么真正的3D電影將是脫離銀幕在三維空間中上演的，完全不需要偏振眼鏡，實現(xiàn)裸眼3D技術(shù)。2010年，日本人在初音未來的演唱會上，就通過全息技術(shù)讓這個虛擬偶像出現(xiàn)在現(xiàn)實空間。隨著全息技術(shù)的日漸成熟，全息3D走進電影院指日可待。

●在通信設(shè)備中的運用

虛擬鍵盤

隨著科技的進步、微電子以及集成電路的發(fā)展，各種電子設(shè)備都逐漸從大體型轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨燃傻拿阅阈?。高度集成在給人們帶來方便的同時，也改變了對個人電腦的傳統(tǒng)定義，比如鍵盤等設(shè)備由實體變?yōu)樘摂M。運用全息技術(shù)虛擬出一個鍵盤，同時采用激光傳感技術(shù)，讓我們能夠在虛擬的鍵盤上進行操作。

全息視頻

視頻聊天已經(jīng)不是電腦的專有功能，通過手機同樣能實現(xiàn)視頻聊天。而全息技術(shù)則可以把想要與之聊天的人的立體圖形成像在我們面前，這將是繼計算機通信時代后的又一個偉大的里程碑。

●在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

全息顯微術(shù)

全息顯微術(shù)是全息和顯微相結(jié)合的技術(shù)，與一般顯微技術(shù)相比，它能儲存標本物的整體。這一技術(shù)不需要制備標本物的切片，尤其是對一些活的標本，用高功率的連續(xù)光或者脈沖激光照下全息圖即可，全息圖能長期保存，再現(xiàn)像具有立體性，能顯示樣品的細節(jié)。

●在教學(xué)中的運用

與二維的視頻授課不同，全息投影課堂是一項實現(xiàn)三維圖像記錄和再現(xiàn)的技術(shù)，觀眾不需要佩戴3D眼鏡，就能看到立體的虛擬人物。學(xué)生在課堂上能看到來自世界各地、形象栩栩如生的教授甚至已故名家，聽著他們的講課就仿佛真的置身于他們的課堂之中。

全息技術(shù)還原的教師具有高度真實、實時互動的特點，打破傳統(tǒng)直播教學(xué)的互動局限性，更好地增強現(xiàn)場感，使學(xué)生身臨其境。“全息教師”不會取代或減少現(xiàn)實課堂，而是將為教學(xué)提供更加靈活的方式。這種全新的教學(xué)方式會給教育帶來革命性改變，實現(xiàn)地球人“跨時空學(xué)習(xí)、元宇宙教學(xué)”。

●在軍事領(lǐng)域的利用

全息技術(shù)可以彌補一般的空中、水下監(jiān)視系統(tǒng)的不足。例如，一般雷達系統(tǒng)只能探測到目標的遠近、方位和運動速度等，而全息監(jiān)視系統(tǒng)能提供目標的三維圖像。這對國防軍事具有重要意義，因為及時識別目標是飛機還是導(dǎo)彈，是潛艇還是魚雷，對于軍事決策極其重要。全息技術(shù)應(yīng)用于軍事，將使通信、導(dǎo)航、定位檢測等技術(shù)發(fā)生實質(zhì)性的變化。

●再現(xiàn)形象

2012年，數(shù)字領(lǐng)域工作室利用視覺特效重現(xiàn)了好萊塢經(jīng)典明星的形象。一個經(jīng)典的案例是把美籍非裔饒舌男歌手Tupac Shakur作為一個特殊的3D全息圖重現(xiàn)。通過使用替身演員，他們創(chuàng)造了一個逼真的數(shù)字化身，不僅可以把Tupac的聲音從過去帶回來，還可以創(chuàng)造原汁原味的演唱內(nèi)容，就像歌手還在身邊。這種技術(shù)在國內(nèi)也不鮮見，如在周杰倫2013年的演唱會上，主辦方利用全息技術(shù)再現(xiàn)了鄧麗君的逼真形象，讓鄧麗君與周杰倫一起對唱。其實不管是人物、動物，還是文物，通過全息技術(shù)，我們都可以將其重現(xiàn)。

隨著全息技術(shù)的發(fā)展與成本的下降，近些年來，越來越多的全息投影技術(shù)被應(yīng)用在舞臺節(jié)目和產(chǎn)品展覽中。不過，目前全息技術(shù)的應(yīng)用還停留在基礎(chǔ)階段，它的未來遠不局限于此。

全息技術(shù)體現(xiàn)了科技的進步，為多個領(lǐng)域帶來了革命性的變化。它不僅改變我們獲取信息、進行交流和創(chuàng)造藝術(shù)的方式，還給科學(xué)研究、醫(yī)療健康、安全防偽等領(lǐng)域帶來深遠的影響。隨著技術(shù)的更新和發(fā)展，全息技術(shù)在未來將為人類社會帶來更多的便利和創(chuàng)新。