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本期我們從全息的定義出發(fā)，多角度分析市面上的現(xiàn)有技術(shù)，看看哪些是花拳繡腿，哪些是真才實學(xué)。（以下均為作者觀點，歡迎專業(yè)人士指正）

首先，全息（hologram）是一個合成詞，源自希臘語：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，光可以被看做是一種波，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是由于其本身發(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(rèn)知物體。

與人眼工作方式類似，普通影像記錄方式接收物體反光的振幅（影響明暗、輪廓）和波長（決定色彩）信息，并用一定的手段進(jìn)行還原，無法包含相位（反映深度）信息，而全息的記錄方式則以兩束激光照射物體產(chǎn)生的干涉條紋將相位信息錄入膠片，再次向膠片照射激光，則可重放所有光學(xué)信息，形成具有立體觀感的圖像。

最基本的全息攝影工作流程：一道激光由分光器分成兩束，一束照射在被拍攝物體上，進(jìn)而反射在膠片上，這時，它已經(jīng)不只是一束光，而是物體上千千萬萬的點的漫反射光，我們稱之為物光；另一束則直接照射膠片，我們稱之為參考光，物光與參考光相互疊加、削減，即發(fā)生干涉現(xiàn)象，在膠片上進(jìn)行一定時長的曝光，形成干涉條紋并記錄在膠片上。

干涉條紋之間的間隔和反差其實就是物體每一點的光學(xué)信息的編碼，這些條紋很小，只有用顯微鏡才能觀察到，而膠片看起來就是透明的；用相同的參考光照射膠片，參考光與膠片上的干涉條紋發(fā)生衍射，相當(dāng)于物光的所有點與參考光在膠片中再次相遇，還原了當(dāng)時拍照的狀態(tài)，物體上所有點的物光再次被召喚出來，重組物體，從而解碼了立體圖像。

利用相干光干涉效應(yīng)制造全息圖的過程。由分光鏡將光分成兩束：打在物體上光線和參考光。共同作用，形成能被膠片記錄的干涉圖樣。實驗室中的激光是能夠滿足相干性的理想光源。兩個獨立的普通光源則不能形成相干光，因此無法形成干涉條紋。來源：Wikipedia

重建物體的立體像的過程。來源：Wikipedia

舉一個生活中不存在但可以想象的類比，將一只杯子急速冷凍，無數(shù)水分子在其表面凝結(jié)成霜，假設(shè)這些水分子從此可以在任何狀態(tài)下固定不動，我們將溫度升高，固態(tài)的水分子變?yōu)闅鈶B(tài)，杯子解凍并移開，此刻，再將溫度急速降回一開始冷凍的狀態(tài)，水分子再次凝結(jié)成霜，并重現(xiàn)了物體的形狀。這里的一個個水分子相當(dāng)于干涉形成的物光光點，空氣為膠片，可控的溫度則相當(dāng)于參考光，隨著溫度的還原，杯子的像也被還原。

全息影像還有一點神奇之處，即使將全息照片剪碎，每張碎片也包含了物體全部光學(xué)信息，透過這些碎片，就像透過望遠(yuǎn)鏡看世界，隨著觀察角度的改變，可以看到不同的部位。普通照片則無法做到這一點，這是由于全息的特殊記錄方式，使其每一處都包含了被記錄物體所有的光學(xué)信息。

通過全息照片的碎片也可以看到全部信息。來源：youtube

那么，我們生活中鋪天蓋地的全息裸眼 3d 體驗是真正意義上的全息嗎？《星球大戰(zhàn)》中機器人投射出的三維影像、《鋼鐵俠》炫酷的懸空操作界面是未來全息的樣子嗎？

作者以為：實際上，靜態(tài)全息影像的記錄和還原技術(shù)已經(jīng)相對成熟，而嚴(yán)格意義上的動態(tài)全息影像，需要脫離顯示介質(zhì)，直接在空氣中形成 360 度無死角觀看的像, 還并未問世。全息概念和理論最初由英國匈牙利裔科學(xué)家丹尼斯·蓋伯（Gábor Dénes）在 20 世紀(jì) 40 年代提出，在 60 年代被實現(xiàn)，應(yīng)該特指利用激光，以干涉條紋的方式記錄并還原立體影像的技術(shù)方法。

如今市場上將全息技術(shù)與三維影像技術(shù)劃等號，實則不嚴(yán)謹(jǐn)，全息實際上也可以看做是實現(xiàn)三維影像、立體觀感的一種方式，與其他技術(shù)相對平行。目前，只有全息技術(shù)可以記錄還原相位信息，物理屬性很突出，而要區(qū)分市面常見的真?zhèn)稳ⅲ詈唵未直┑呐卸ǚ绞绞牵毫Ⅲw觀感是否受到觀察角度與距離的影響，若有影響，則非真全息。

科幻電影中的全息影像。來源：youtube

全息藝術(shù)作品。來源：youtube

接下來，我們介紹幾種在市面上經(jīng)常與全息概念混淆，但可以實現(xiàn)立體觀感的技術(shù)方式。

我們將以下幾種技術(shù)歸為偽全息，市面上經(jīng)常自稱全息。注意，偽并不是貶義詞，這些技術(shù)大都有較好的視覺效果且受限較少、應(yīng)用場景廣泛、商業(yè)化程度高，只是與全息的原始概念有較大偏差，作者認(rèn)為它們也許可以跳出全息的定義框，自立門戶。

鏡面反射視錯覺

3D illusion maker。來源：youtube

這款像飛碟一樣的產(chǎn)品，內(nèi)部都是鏡子，當(dāng)把玩具青蛙放到底部時，在開孔處特定角度觀看，會感覺青蛙趴在小孔上面，仿佛觸手可及，伸了手卻竹籃打水一場空，令人火大。這個惡作具有很真實的三維立體效果，其實是利用了凹面鏡反射成像原理。

實體青蛙的光線經(jīng)過兩個盤子內(nèi)凹面鏡的各種鏡面反射，在小孔處形成了一個反向的虛像，觀測者從反射光焦點的角度觀看到虛像，就看見了懸浮的青蛙。

魔術(shù)師、布景師對于這種利用鏡面反射實現(xiàn)的視錯覺效果如數(shù)家珍，創(chuàng)造了很多經(jīng)典、有趣的玩法。

鏡面反射裝置藝術(shù)。來源：wiki

利用視覺錯覺，還可以實現(xiàn)更神奇的三維立體效果。想象一下，一塊無邊屏幕放在面前，全黑背景中懸浮著一只大煙斗，沒人會覺得煙斗是漂浮在實際空間中的，因為還有這塊屏幕在眼前，那么，如果屏幕就像一塊玻璃，只顯示一只懸浮的煙斗，透過背景就像通過潔凈無暇的玻璃看景色，我們就會產(chǎn)生一種這個煙斗就是懸浮在我們所處空間的錯覺，立體感極強。這就是市面上大多數(shù)稱為全息技術(shù)的基本盤，其實是我們的眼睛被騙了。

這種偽全息技術(shù)的實現(xiàn)方式則多種多樣，利用視錯覺、投影、數(shù)碼技術(shù)等方法將影像在有一定透明度的介質(zhì)上呈現(xiàn)，由于成像介質(zhì)如若隱形，影像仿佛活在真實空間中。

3d 風(fēng)扇屏

led 風(fēng)扇屏。來源：youtube

3D 風(fēng)扇屏利用視覺暫留現(xiàn)象，扇葉上裝有數(shù)控 Led 燈珠陣列，高速旋轉(zhuǎn)時，顯示的畫面形成連續(xù)的動態(tài)效果，在較暗的環(huán)境下人眼無法捕捉到高速旋轉(zhuǎn)的扇葉，充當(dāng)成像介質(zhì)的扇葉被隱去，只能看到前景的影像，給人一種影像在真實空間中漂浮的立體感錯覺。當(dāng)然，這種成像方式從側(cè)面和背面無法觀察。

佩珀爾幻象

佩珀爾幻象（Peppers ghost）技術(shù)應(yīng)用廣泛，相對成熟，歷史悠久，起初為舞臺魔術(shù)表演而設(shè)計，現(xiàn)在多用于游樂場、鬼屋、舞臺演出等領(lǐng)域。周杰倫與鄧麗君的隔空對唱，麥當(dāng)娜與虛擬樂隊的跨次元同臺，Burberry 秀場驚艷的影分身都是利用了這項技術(shù)實現(xiàn)。

鄧麗君與周杰倫同臺演唱。來源：wiki

將半透半反薄膜在舞臺上與地板呈 45°傾斜放置，黑色背景的影像（例如演員表演影像、特殊視覺效果等）在平行于地面的上空播放，透過薄膜，影像與地面呈垂直角度顯現(xiàn)，通過控制室內(nèi)燈光，臺下觀眾從正面無法看到作為成像介質(zhì)的這層膜和黑色背景，誤以為影像中的演員也在舞臺地板上表演。

薄膜在舞臺上與地板呈 45°傾斜放置。來源：youtube

Peppers ghost 需要在特定角度觀看，一般為舞臺前方，越往兩側(cè)、越遠(yuǎn)，三維效果越差。

網(wǎng)絡(luò)上有豐富的 360 度全息 DIY 教程，在手機屏幕上倒立放置金字塔形透明塑料板，對應(yīng)每個透明塑料板面，播放黑色背景的視頻，透過金字塔，從正面觀看，即可看到立體的影像。

以下的技術(shù)我們認(rèn)為可以歸為類全息, 與偽全息相比，其技術(shù)門檻更高，與全息的概念更接近，以數(shù)字或物理的方式記錄及還原物體光學(xué)信息并形成三維立體影像，但并沒有脫離顯像介質(zhì)，有些需要需要佩戴設(shè)備，有些受觀看角度限制，有些暫時無法呈現(xiàn)復(fù)雜影像。

光場全息

我們的左右眼接收到的光學(xué)信息，反映出的圖像都略有不同，大腦根據(jù)左右眼對同一物體的信息差異判斷距離，進(jìn)而產(chǎn)生立體空間感。這就是視差（parallax）的概念，利用視差，模擬人眼習(xí)慣，即可實現(xiàn)一些立體的效果。

任天堂的 3Ds 游戲機就是利用了視差原理，在屏幕上同時顯現(xiàn)兩個影像，使玩家感受到裸眼 3d 效果。

任天堂 3ds 裸眼 3d 效果。來源：youtube

Looking Glass 這款產(chǎn)品同樣利用了視差原理，類似于我們小時候在格尺上經(jīng)常看到的光柵動畫，換個角度就會看到不同的圖像，Looking Glass 的開發(fā)者編寫了一種算法，將 2d 圖像實時轉(zhuǎn)換成 50 個不同水平觀測角度的圖像，再通過一塊特制的多層合成厚玻璃進(jìn)行分光、過濾，相當(dāng)于每一層顯示不同的角度，最終呈現(xiàn)可以裸眼觀察的三維圖像，這種技術(shù)目前被稱為光場全息。

Looking Glass 產(chǎn)品圖。來源：youtube

XR 技術(shù)

還記得 2021 春晚周杰倫表演的《莫吉托》嗎？直播中，周杰倫在充滿古巴風(fēng)情和孟菲斯藝術(shù)的三維動畫空間中起舞漫步，其實這些畫面在現(xiàn)場并不存在，而是運用了延展現(xiàn)實 XR（Extended reality）技術(shù)將這些虛擬元素與表演者和真實空間同步合成，嚴(yán)絲合縫的呈現(xiàn)在屏幕中。隨著增強現(xiàn)實、混合現(xiàn)實等技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用，我們的真實世界與虛擬世界交相輝映，莊周夢蝶也許會成為全人類共同的話題。

春晚周杰倫表演的《莫吉托》。來源：CCTV.COM

XR 通過數(shù)字計算技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)實情景與虛擬環(huán)境，并實現(xiàn)一定的人機互動；其中包含增強現(xiàn)實 (AR)、混合現(xiàn)實 (MR)、虛擬現(xiàn)實（VR），所有的立體影像、效果都需要佩戴設(shè)備或通過屏幕來呈現(xiàn)，雖然數(shù)字掃描、建模、影像、交互等技術(shù)發(fā)展將使各類 XR 的顯像效果越來越接近于真實，其虛擬的數(shù)字本質(zhì)則與全息的物理本質(zhì)有一定差別，從最初的概念來看，不應(yīng)屬于傳統(tǒng)的真全息。

交互式空氣投影

Interactive Aerial Projection。來源：youtube

交互式空氣投影（Interactive Aerial Projection）與海市蜃樓現(xiàn)象異曲同工，最初由麻省理工大學(xué)的研究生 Chad Dyne 研究發(fā)明。無需佩戴附加裝置，用戶既可以觀察到三維的影像，又可以在其中進(jìn)行手勢交互。

這套投影系統(tǒng)由投影機和空氣屏幕組成。通過排放大量人工霧，結(jié)合空氣動力制造相對平整的霧墻，將畫面投射在上面，由于空氣與霧墻的分子振動不均衡，形成具有立體感的 3D 圖像，加上手勢交互，看起來就像鋼鐵俠全息操作界面的平替。（也許還有手部保濕、室內(nèi)加濕、香薰的附加功能）

聲懸浮成像

多模態(tài)聲阱顯示器（Multimodal acoustic trap display，MATD）和上述投影設(shè)備原理不同，這種顯示技術(shù)另辟蹊徑，利用聲懸浮技術(shù)（Acoustic levitation）使一顆直徑 2mm 的懸浮顆粒在超聲波的作用下在懸空高速運動。

MATD。來源：youtube

裝置上下兩排微型揚聲器組成細(xì)長陣列發(fā)出高強度聲波，聲波連續(xù)振動使空氣分子不斷交替的壓縮和松弛，導(dǎo)致裝置中氣壓不斷起伏，通過電腦精準(zhǔn)控制兩組聲波的強度來實時改變壓強差產(chǎn)生的力，進(jìn)而用這個力來控制小球的精準(zhǔn)移動，聲波就像一只無形無色的手，托著小球運動。根據(jù)視覺暫留原理，小球在三維空間的高速運動使人眼產(chǎn)生視覺圖像的滯后，從而連續(xù)形成肉眼可見的 3D 圖像。

大家一定看過無人機群表演，在空中組成各種富有立體感的形狀，如果可以實現(xiàn)對于多個小球的精準(zhǔn)位置及色彩控制，那么每一個小球就像一架無人機一樣，成為一個像素點，在立體空間勾勒出更豐厚、更真實的立體動態(tài)實體影像。

等離子成像

Fairy Lights 也是一種非投影 3D 成像技術(shù)。除了立體的視感，甚至還會有觸感。將空氣中的分子電離，變成灼熱的漿狀物質(zhì)——電離子體，通過不斷在空氣中進(jìn)行點到點的激光爆破形成一個短暫存在的 3D 影像，類似自然界的閃電，但是可控且不傷人。作者倒認(rèn)為，這個制造閃電、形成圖形的技術(shù)不如叫宙斯。

Fairy Lights。來源 youtube

以上兩種技術(shù)雖然有所突破，概念充滿想象力，但是成本高昂，目前限制較多，且成像效果單一，還在實驗室開發(fā)階段，短期商用的可能性不大，可能是未來的發(fā)展方向。

介紹了這么多技術(shù)，無論是真全息、偽全息還是類全息，無論是花拳繡腿，還是真功實學(xué)，都是科學(xué)知識 + 創(chuàng)造力的成果，皆為人類視覺盛宴中不可或缺的珍饈。全息的概念變得越發(fā)寬泛，也逐漸與其他技術(shù)相互融合。在某些應(yīng)用場景中，有些被歸為偽全息的技術(shù)甚至可以帶來更好的視覺效果，科學(xué)需要嚴(yán)謹(jǐn)，生活則需要放松。也許，雅俗共賞、和而不同、擇善而從才是蓬勃共榮的發(fā)展之道，可能這其中某些技術(shù)的結(jié)合就產(chǎn)生了真·全息。

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來源：as 科學(xué)藝術(shù)研究中心

編輯：Paarthurnax

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