全息投影技術(shù)的應(yīng)用探討

1、全息投影技術(shù)的應(yīng)用探討摘要】在科技日新月異的今天，人們對(duì)視覺(jué)成像技術(shù)的要求也越來(lái)越高，全息投影這種高新成像技術(shù)逐漸走進(jìn)人們的視野，其應(yīng)用范圍亦日益廣泛。本文主要對(duì)全息投影進(jìn)行技術(shù)研究探討，分析其特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)和制作要點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)例介紹其技術(shù)應(yīng)用?！娟P(guān)鍵詞】全息投影;技術(shù);應(yīng)用全息投影技術(shù)是近年來(lái)新興的高新成像科技，最早在1948年由英籍匈牙利科學(xué)家Gabor創(chuàng)造了全息術(shù)。其后經(jīng)歷了數(shù)十年的研究開(kāi)發(fā)，至今已開(kāi)展得比較成熟。通過(guò)全息投影技術(shù)，人或物體以及圖形文字等，能以三維立體形象再現(xiàn)于空氣中，模擬出真實(shí)的空間和立體感。這種技術(shù)用科幻般的視覺(jué)效果把虛擬影像再現(xiàn)于真實(shí)世界中，如今已被廣泛應(yīng)用到多個(gè)領(lǐng)域中。

2、1.全息投影技術(shù)研究1.1全息投影技術(shù)的概念全息投影技術(shù)也稱(chēng)虛擬成像技術(shù)，是利用干預(yù)和衍射原理記錄并再現(xiàn)物體真實(shí)的三維圖像的記錄和再現(xiàn)的技術(shù)。主要運(yùn)用了光學(xué)原理，是一種不用透鏡，而用相干光干預(yù)得到物體全部信息的二部成像技術(shù)。全息技術(shù)能夠利用激光的相干性原理，將物體對(duì)光的振幅和相位反射或透射同時(shí)記錄在感光板上，也就是把物體反射光的所有信息全部記錄下來(lái)，并能夠再現(xiàn)出立體的三維圖像。也就是全息技術(shù)所記錄的不是圖像，而是光波。1.2全息投影的技術(shù)原理1.2.1攝制原理第一步是利用干預(yù)原理記錄物體光波信息，即拍攝過(guò)程：被攝物體在激光輻照下形成漫射式的物光束;另一局部激光作為參考光束射到全息底片上，和物光

3、束疊加產(chǎn)生干預(yù)，把物體光波上各點(diǎn)的位相和振幅轉(zhuǎn)換成在空間上變化的強(qiáng)度，從而利用干預(yù)條紋間的反差和間隔將物體光波的全部信息記錄下來(lái)。記錄著干預(yù)條紋的底片經(jīng)過(guò)顯影、定影等處理程序后，便成為一張全息圖，或稱(chēng)全息照片。第二步是利用衍射原理再現(xiàn)物體光波信息，這是成象過(guò)程：全息圖猶如一個(gè)復(fù)雜的光柵，在相干激光照射下，一張線性記錄的正弦型全息圖的衍射光波一般可給出兩個(gè)象，即原始象又稱(chēng)初始象和共軛象。再現(xiàn)的圖像立體感強(qiáng)，具有真實(shí)的視覺(jué)效應(yīng)。全息圖的每一局部都記錄了物體上各點(diǎn)的光信息，故原那么上它的每一局部都能再現(xiàn)原物的整個(gè)圖像，通過(guò)屢次曝光還可以在同一張底片上記錄多個(gè)不同的圖像，而且能互不干擾地分別顯示出來(lái)。

4、在3D投影前，要對(duì)物體進(jìn)行120度的3D攝影?？催^(guò)3D電影的讀者應(yīng)該知道，如果取下3D眼鏡觀看，畫(huà)面有重影而模糊不清。只是因?yàn)椋y幕上的畫(huà)面并不是一幅，而是兩幅角度不同的畫(huà)面疊加的效果。為了模擬“雙目效應(yīng)，我們必須拍攝出偏左側(cè)的畫(huà)面和偏右側(cè)的畫(huà)面。在拍攝時(shí)，其實(shí)有兩臺(tái)3D攝像機(jī)同時(shí)工作，一臺(tái)偏向演員左側(cè)，記錄偏左的圖像;一臺(tái)偏向演員右側(cè)，記錄偏右的圖像，再通過(guò)電腦處理，將兩幅圖像疊加，便成了3D電影源。1.2.2視覺(jué)原理每個(gè)人都有兩個(gè)眼睛，每個(gè)眼睛的視角大約為80度，但是兩個(gè)眼睛一起的視角只有120度，也就是說(shuō)有40度的視角是重合的，所以我們的左右兩個(gè)眼睛所看到的的東西其實(shí)是不同的，比方你閉上

5、左眼用右眼看或者反過(guò)來(lái)，就能測(cè)試出來(lái)效果，左右兩眼接收到的物體轉(zhuǎn)發(fā)給大腦做判斷物體的遠(yuǎn)近才能形成立體感。3D立體技術(shù)就是模擬這個(gè)過(guò)程而形成的。完成攝影后，根據(jù)“雙目效應(yīng)，將圖像分解，讓左眼只看見(jiàn)偏左的畫(huà)面，右眼只看見(jiàn)偏右側(cè)的畫(huà)面，這樣才能使大腦產(chǎn)生遠(yuǎn)近的判斷而生出立體感。在放映時(shí)，偏左的畫(huà)面和偏右側(cè)的畫(huà)面所用的投射光是不同的，雖然顏色畫(huà)面一樣，但投影用的光的傳播方向是不同的，偏左畫(huà)面用的是縱波光光波沿縱向傳遞，偏右畫(huà)面用的是橫波光光波沿橫向傳遞，由于偏振光的特點(diǎn)縱波光只能穿過(guò)縱紋，不能穿過(guò)橫紋，因此，透過(guò)左鏡片，我們只能看見(jiàn)偏左側(cè)的畫(huà)面，同理與右鏡片。由此，重疊的畫(huà)面被分解，左眼只看見(jiàn)偏左側(cè)的

6、畫(huà)面，右眼只看見(jiàn)偏右側(cè)的畫(huà)面，由于雙目效應(yīng)，我們便產(chǎn)生了遠(yuǎn)近感和立體感。1.3全息投影技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)常用的全息投影技術(shù)，一般分為360度立體成像和180度平面投影兩種：360度立體成像指的是，在一個(gè)用透明材料制成的四面錐體里，利用干預(yù)和衍射原理將投影機(jī)投射出的光進(jìn)行折射等處理，從而顯示出自由飄浮的影像和圖形。觀眾的視線能從任何一面穿透這個(gè)四面椎體機(jī)，看見(jiàn)其中顯示出的立體物體或是其他圖像;180度平面投影是指，投影機(jī)將光線投射在進(jìn)口的全息膜透明度最高達(dá)92%上，再配以3D影像內(nèi)容來(lái)展示產(chǎn)品的一種展示技術(shù)。兩種全息技術(shù)均有三維立體性和縱深感強(qiáng)的特點(diǎn)。相對(duì)來(lái)說(shuō)，360度立體成像技術(shù)因其展示面積偏小

7、，適合展示細(xì)節(jié)或內(nèi)部結(jié)構(gòu)較豐富的個(gè)體物品，如名表、珠寶、工業(yè)產(chǎn)品等，雖然給觀眾的感覺(jué)是物品完全浮現(xiàn)在空氣中，視覺(jué)效果十分震撼，但對(duì)設(shè)備的要求偏高。而180度平面投影技術(shù)適合單面展示，一般用于3D成像面積較大的舞臺(tái)、展廳等地，雖然其設(shè)備構(gòu)成簡(jiǎn)單，但效果依舊震撼，并且可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)，從視覺(jué)與觸覺(jué)上給使用者雙重的體驗(yàn)感。其優(yōu)勢(shì)在于：尺寸靈活全息投影系統(tǒng)硬件設(shè)備分為成像區(qū)與工作區(qū)兩局部，成像尺寸由1.2M至12M，可根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行尺寸選擇，適應(yīng)不同場(chǎng)地和實(shí)際需要。安裝便捷全息投影系統(tǒng)能根據(jù)現(xiàn)有的建筑或安裝位置空間來(lái)修改硬件的體系和結(jié)構(gòu)，有利于在各種建筑和城市空間里永久安裝或變動(dòng)。內(nèi)容多樣全息

8、投影系統(tǒng)可根據(jù)需求隨時(shí)更換數(shù)字內(nèi)容，如制作動(dòng)畫(huà)視頻，拍攝真實(shí)畫(huà)面等。其制作過(guò)程并不復(fù)雜，只需配合硬件播放，即可做出立體真實(shí)效果。2.全息投影技術(shù)的制作要點(diǎn)全息投影技術(shù)的制作分為兩局部，一是硬件，二是軟件。硬件主要包括成像設(shè)備和顯示設(shè)備，而軟件那么主要是分屏影像。成像設(shè)備，即可以生成影像的設(shè)備，如顯示器、投影儀、幻燈機(jī)等，理論上，可以發(fā)光的顯示設(shè)備都可以作為全息投影的成像系統(tǒng)，這一環(huán)節(jié)根本可以購(gòu)置現(xiàn)成的設(shè)備。由于成像設(shè)備的優(yōu)劣直接影響全息投影的視覺(jué)效果，其選擇要點(diǎn)是，需要注意尺寸規(guī)格等符合顯示需求，并且需要為顯示設(shè)備提供足夠亮度的光源。顯示設(shè)備，實(shí)際上是一種高反光的透明膜或者透明板，甚至可以是透

9、明玻璃。在制作上對(duì)原材料的材質(zhì)并無(wú)特別要求，只需做到兩個(gè)特性，一是良好的通透性，二是盡可能的高反光。高度反光性使顯示設(shè)備反射成像設(shè)備投射出的影像和光線，其通透的特性可使影像在真實(shí)空間內(nèi)播放，做到虛擬與現(xiàn)實(shí)融合。分屏影像，全息投影所需要的播放源，實(shí)質(zhì)是在平面影像的根底上進(jìn)行再次分解設(shè)計(jì)。將物體的多個(gè)角度畫(huà)面分別拍攝再進(jìn)行組合拼接到一起，然后同時(shí)進(jìn)行播放和控制，配合全息投影的顯示設(shè)備，即可呈現(xiàn)出多角度可視的影像。既可拍攝真實(shí)畫(huà)面，也可以制作電腦CG等，其制作方法靈活多變。3.全息投影技術(shù)的應(yīng)用全息投影技術(shù)由于其視覺(jué)效果震撼，且靈活多變，制作方便，在市場(chǎng)上有極高的適應(yīng)能力和生存空間，全息投影成像可以

10、揭示一個(gè)現(xiàn)象、演示一個(gè)規(guī)律、解釋一個(gè)科學(xué)原理、講解一段故事、樹(shù)立企業(yè)形象、介紹一種產(chǎn)品、分析數(shù)據(jù)曲線，以及一些危險(xiǎn)環(huán)境下的不適宜人進(jìn)入的場(chǎng)景等。因此全息投影技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，并被不斷應(yīng)用到新的領(lǐng)域中。在展覽展柜中全息投影有很大用途，如展覽館、科技館、博物館等。這類(lèi)較多是用于展示商標(biāo)和海報(bào)，或者是各類(lèi)型產(chǎn)品展示，如珠寶、汽車(chē)、房地產(chǎn)模型、科技成品等。這類(lèi)大多是以簡(jiǎn)單的360度勻速旋轉(zhuǎn)為主，使觀眾可以全方位觀察產(chǎn)品細(xì)節(jié)。也有靜態(tài)投影展示動(dòng)態(tài)人物，如游戲角色或桔祥物表演等。舞臺(tái)的商業(yè)應(yīng)用較為普遍，為配合觀眾的欣賞視覺(jué)，大多以平面單片的全息幕居多，有虛擬表演，虛擬與真人互動(dòng)，真人表演特效，舞臺(tái)炫光背

11、景等。如2021年BBAMS音樂(lè)盛典上用全息投影技術(shù)實(shí)現(xiàn)了已故巨星邁克爾·杰克遜在舞臺(tái)上的表演，讓已故巨星重現(xiàn)舞臺(tái)。除了舞臺(tái)上可以虛擬真人效果進(jìn)行表演，全息投影技術(shù)還可以模擬真人效果用作演講解說(shuō)等用途，如活動(dòng)開(kāi)場(chǎng)或銷(xiāo)售中心等虛擬主持人或講解員;產(chǎn)品發(fā)布會(huì)上，虛擬產(chǎn)品詳情解說(shuō);商務(wù)會(huì)議上，虛擬會(huì)議情況發(fā)布。全息投影技術(shù)甚至運(yùn)用到醫(yī)療領(lǐng)域中，近期加拿大研究人員使用了一款名叫“BodiPod的應(yīng)用，它能建立人體交互的3D解剖模型，對(duì)話者能夠通過(guò)手勢(shì)操作剖開(kāi)說(shuō)話者的表皮觀察肌肉、神經(jīng)和骨骼結(jié)構(gòu)。這項(xiàng)應(yīng)用有望運(yùn)用在將來(lái)的遠(yuǎn)程醫(yī)療之上。而2021年十大科技成果中，全息投影技術(shù)進(jìn)駐視頻通訊領(lǐng)域，成為十大成果其中之一。這種技術(shù)被稱(chēng)為“遠(yuǎn)程全息呈現(xiàn)，可以將你的三維移動(dòng)圖像傳送到任意一個(gè)目的地，讓你仿佛身處不同的場(chǎng)合。該公司的“LeiaDisplayXL顯示系統(tǒng)利用激光投射儀將圖像投射到一團(tuán)水蒸氣云上，產(chǎn)生的三維物體可以從不同角度進(jìn)行觀察和操控。近日，在IBM公司對(duì)3000名研究者的調(diào)查中，全息視頻被普遍視為是將在明年出現(xiàn)的一項(xiàng)技