全息投影技术的应用探讨

【摘要】在科技日新月异的今天，人们对视觉成像技术的要求也越来越高，全息投影这种高新成像技术逐渐走进人们的视野，其应用范围亦日益广泛。本文主要对全息投影进行技术研究探讨，分析其特点优势和制作要点，并结合实例介绍其技术应用。

【关键词】全息投影;技术;应用

全息投影技术是近年来新兴的高新成像科技，最早在1948年由英籍匈牙利科学家Gabor发明了全息术。其后经历了数十年的研究开发，至今已发展得比较成熟。通过全息投影技术，人或物体以及图形文字等，能以三维立体形象再现于空气中，模拟出真实的空间和立体感。这种技术用科幻般的视觉效果把虚拟影像再现于真实世界中，如今已被广泛应用到多个领域中。

1.全息投影技术研究

1.1 全息投影技术的概念

全息投影技术也称虚拟成像技术，是利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像的记录和再现的技术。主要运用了光学原理，是一种不用透镜，而用相干光干涉得到物体全部信息的二部成像技术。全息技术能够利用激光的相干性原理，将物体对光的振幅和相位反射（或透射）同时记录在感光板上，也就是把物体反射光的所有信息全部记录下来，并能够再现出立体的三维图像。也就是全息技术所记录的不是图像，而是光波。

1.2 全息投影的技术原理

1.2.1 摄制原理

第一步是利用干涉原理记录物体光波信息，即拍摄过程：被摄物体在激光辐照下形成漫射式的物光束;另一部分激光作为参考光束射到全息底片上，和物光束叠加产生干涉，把物体光波上各点的位相和振幅转换成在空间上变化的强度，从而利用干涉条纹间的反差和间隔将物体光波的全部信息记录下来。记录着干涉条纹的底片经过显影、定影等处理程序后，便成为一张全息图，或称全息照片。

第二步是利用衍射原理再现物体光波信息，这是成象过程：全息图犹如一个复杂的光栅，在相干激光照射下，一张线性记录的正弦型全息图的衍射光波一般可给出两个象，即原始象（又称初始象）和共轭象。再现的图像立体感强，具有真实的视觉效应。全息图的每一部分都记录了物体上各点的光信息，故原则上它的每一部分都能再现原物的整个图像，通过多次曝光还可以在同一张底片上记录多个不同的图像，而且能互不干扰地分别显示出来。

在3D投影前，要对物体进行120度的3D摄影。看过3D电影的读者应该知道，如果取下3D眼镜观看，画面有重影而模糊不清。只是因为，银幕上的画面并不是一幅，而是两幅角度不同的画面叠加的效果。

为了模拟“双目效应”，我们必须拍摄出偏左侧的画面和偏右侧的画面。在拍摄时，其实有两台3D摄像机同时工作，一台偏向演员左侧，记录偏左的图像;一台偏向演员右侧，记录偏右的图像，再通过电脑处理，将两幅图像叠加，便成了3D电影源。

1.2.2 视觉原理

每个人都有两个眼睛，每个眼睛的视角大约为80度，但是两个眼睛一起的视角只有120度，也就是说有40度的视角是重合的，所以我们的左右两个眼睛所看到的的东西其实是不同的，比如你闭上左眼用右眼看或者反过来，就能测试出来效果，左右两眼接收到的物体转发给大脑做判断物体的远近才能形成立体感。3D立体技术就是模拟这个过程而形成的。

完成摄影后，根据“双目效应”，将图像分解，让左眼只看见偏左的画面，右眼只看见偏右侧的画面，这样才能使大脑产生远近的判断而生出立体感。在放映时，偏左的画面和偏右侧的画面所用的投射光是不同的，虽然颜色画面一样，但投影用的光的传播方向是不同的，偏左画面用的是纵波光（光波沿纵向传递），偏右画面用的是横波光（光波沿横向传递），由于偏振光的特点纵波光只能穿过纵纹，不能穿过横纹，因此，透过左镜片，我们只能看见偏左侧的画面，同理与右镜片。

由此，重叠的画面被分解，左眼只看见偏左侧的画面，右眼只看见偏右侧的画面，由于双目效应，我们便产生了远近感和立体感。

1.3 全息投影技术的特点和优势

常用的全息投影技术，一般分为”360度立体成像”和”180度平面投影”两种：360度立体成像指的是，在一个用透明材料制成的四面锥体里，利用干涉和衍射原理将投影机投射出的光进行折射等处理，从而显示出自由飘浮的影像和图形。观众的视线能从任何一面穿透这个四面椎体机，看见其中显示出的立体物体或是其他图像;180度平面投影是指，投影机将光线投射在进口的全息膜（透明度最高达92%）上，再配以3D影像内容来展示产品的一种展示技术。

两种全息技术均有”三维立体性”和”纵深感强”的特点。相对来说，360度立体成像技术因其展示面积偏小，适合展示细节或内部结构较丰富的个体物品，如名表、珠宝、工业产品等，虽然给观众的感觉是物品完全浮现在空气中，视觉效果十分震撼，但对设备的要求偏高。而180度平面投影技术适合单面展示，一般用于3D成像面积较大的舞台、展厅等地，虽然其设备构成简单，但效果依旧震撼，并且可以实现人机互动，从视觉与触觉上给使用者双重的体验感。其优势在于：

①尺寸灵活――全息投影系统硬件设备分为成像区与工作区两部分，成像尺寸由1.2M至12M，可根据不同的应用需求进行尺寸选择，适应不同场地和实际需要。

②安装便捷――全息投影系统能根据现有的建筑或安装位置空间来修改硬件的体系和结构，有利于在各种建筑和城市空间里永久安装或变动。

③内容多样――全息投影系统可根据需求随时更换数字内容，如制作动画视频，拍摄真实画面等。其制作过程并不复杂，只需配合硬件播放，即可做出立体真实效果。

2.全息投影技术的制作要点

全息投影技术的制作分为两部分，一是硬件，二是软件。硬件主要包括成像设备和显示设备，而软件则主要是分屏影像。

成像设备，即可以生成影像的设备，如显示器、投影仪、幻灯机等，理论上，可以发光的显示设备都可以作为全息投影的成像系统，这一环节基本可以购买现成的设备。由于成像设备的优劣直接影响全息投影的视觉效果，其选择要点是，需要注意尺寸规格等符合显示需求，并且需要为显示设备提供足够亮度的光源。

显示设备，实际上是一种高反光的透明膜或者透明板，甚至可以是透明玻璃。在制作上对原材料的材质并无特别要求，只需做到两个特性，一是良好的通透性，二是尽可能的高反光。高度反光性使显示设备反射成像设备投射出的影像和光线，其通透的特性可使影像在真实空间内播放，做到虚拟与现实融合。

分屏影像，全息投影所需要的播放源，实质是在平面影像的基础上进行再次分解设计。将物体的多个角度画面分别拍摄再进行组合拼接到一起，然后同时进行播放和控制，配合全息投影的显示设备，即可呈现出多角度可视的影像。既可拍摄真实画面，也可以制作电脑CG等，其制作方法灵活多变。

3.全息投影技术的应用

全息投影技术由于其视觉效果震撼，且灵活多变，制作方便，在市场上有极高的适应能力和生存空间，全息投影成像可以揭示一个现象、演示一个规律、解释一个科学原理、讲解一段故事、树立企业形象、介绍一种产品、分析数据曲线，以及一些危险环境下的不适宜人进入的场景等。因此全息投影技术的应用非常广泛，并被不断应用到新的领域中。

在展览展柜中全息投影有很大用途，如展览馆、科技馆、博物馆等。这类较多是用于展示商标和海报，或者是各类型产品展示，如珠宝、汽车、房地产模型、科技成品等。这类大多是以简单的360度匀速旋转为主，使观众可以全方位观察产品细节。也有静态投影展示动态人物，如游戏角色或吉祥物表演等。

舞台的商业应用较为普遍，为配合观众的欣赏视觉，大多以平面单片的全息幕居多，有虚拟表演，虚拟与真人互动，真人表演特效，舞台炫光背景等。如2014年BBAMS音乐盛典上用全息投影技术实现了已故巨星迈克尔・杰克逊在舞台上的表演，让已故巨星重现舞台。

除了舞台上可以虚拟真人效果进行表演，全息投影技术还可以模拟真人效果用作演讲解说等用途，如活动开场或销售中心等虚拟主持人或讲解员;产品会上，虚拟产品详情解说;商务会议上，虚拟会议情况。

全息投影技术甚至运用到医疗领域中，近期加拿大研究人员使用了一款名叫“BodiPod”的应用，它能建立人体交互的3D解剖模型，对话者能够通过手势操作剖开说话者的表皮观察肌肉、神经和骨骼结构。这项应用有望运用在将来的远程医疗之上。

而2014年十大科技成果中，全息投影技术进驻视频通讯领域，成为十大成果其中之一。这种技术被称为“远程全息呈现”，可以将你的三维移动图像传送到任意一个目的地，让你仿佛身处不同的场合。来自波兰的Leia公司的产品更加接近现实，该公司的“Leia Display XL”显示系统利用激光投射仪将图像投射到一团水蒸气云上，产生的三维物体可以从不同角度进行观察和操控。近日，在IBM公司对3000名研究者的调查中，全息视频被普遍视为是将在明年出现的一项技术。

4.结语

全息投影技术有着巨大的应用潜力，目前已在商业、工业、医疗甚至军事等各个领域得到应用和普及，并产生显著的经济效益和社会效益。随着科技的不断深化和改进，今后将会开发出更高水平的产品设备，以及开拓出更广阔的应用空间。

参考文献

[1]杨桂娟，梅妍，白亚乡，等.全息术及其应用[J].应用光学，2006（2）.

[2]王绪言.全息投影技术研究[J].数字技术与应用，2011（8）.