全息投影

2015-08-06 13:28:52
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全息投影全息投影技术一般指全息投影。

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全息影像


全息投影全息投影技术一般指全息投影。全息投影技术(front-projected holographic display)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技术。全息投影技术不仅可以产生立体的空中幻像,还可以使幻像与表演者产生互动,一起完成表演,产生令人震撼的演出效果。适用范围产品展览、汽车服装发布会、舞台节目、互动、酒吧娱乐、场所互动投影等。


中文名:全息投影

外文名:front-projected holographic display

别    名:虚拟成像技术

原    理:干涉和衍射原理

本    质:全息摄影技术的逆向展示

特    点:具有真实的视觉效应

应用范围:展览、商场、商业活动


历史发展


1947年,英国匈牙利裔物理学家丹尼斯•盖伯发明了全息投影术,他因此项工作获得了1971年的诺贝尔物理学奖。其它的一些科学家在此之前也曾做过一些研究工作,解决了一些技术上的的问题。全息投影的发明是盖伯在英国BTH公司研究增强电子显微镜性能手段时的偶然发现,而这项技术由该公司在1947年12月申请了专利(专利号GB685286)。这项技术从发明开始就一直应用于电子显微技术中,在这个领域中被称为电子全息投影技术,但是全息投影技术一直到1960年激光的发明才取得了实质性的进展。


第一张实际记录了三维物体的光学全息投影照片是在1962年由苏联科学家尤里•丹尼苏克拍摄的。与此同时,美国密歇根大学雷达实验室的工作人员艾米特•利思和尤里斯•乌帕特尼克斯也发明了同样的技术。尼古拉斯•菲利普斯改进了光化学加工技术,以生产高质量的全息投影图片。


全息投影可以分为如下若干类。透射全息投影,如利思和乌帕特尼克斯所发明的技术,这种技术通过向全息投影胶片照射激光,然后从另一个方向来观察重建的图像。后来经过改进,彩虹全息投影可以使用白色光来照明,以观察重建的图像。彩虹全息投影广泛的应用于诸如信用卡安全防伪和产品包装等领域。这些种类的彩虹全息投影通常在一个塑料胶片形成了表面浮雕图案,然后通过在背面镀上铝膜使光线透过胶片以重建图像。另一种常见的全息投影技术称为反射全息投影,或称为丹尼苏克全息投影。这种技术可以通过使用白色光源从和观察者相同的方向来照射胶片,通过反射来重建彩色的图像,以重建图像。镜面全息投影是一种通过控制镜面在二维表面上的运动来制造三维图像的相关技术。它通过控制反射光线或者折射光线来构造全息图像,而盖伯的全息投影是通过衍射光来重建波前的。

 

促使全息投影在短短的一段时间内就蓬勃发展的关键原因是低成本的固体激光器的大规模生产,如DVD播放机和其他的一些常用设备中所使用的激光器。这些激光器对全息投影的发展也产生了极大的促进作用。这些廉价的体积又很小的固体激光器可以在某些条件下与最初用于全息投影的那些大型的昂贵的气体激光器相媲美,因此使得预算较低的研究者、艺术家甚至业余爱好者都可以参与到全息投影研究中来。


2014年6月,美国加州的一家新创公司,正在研发三维全息投影芯片,最早2015年底之前,智能手机将具备三维投影的功能。研制出一个体积只有药片大小的三维全息投影仪,分辨率高达5000PPI,可以精确控制每一个光束的亮度、颜色,以及角度。


只需要一个芯片,就可以投射出一个可以接受的三维全息图像,不过只要增加芯片数量,则可以投射出形状更加复杂的三维物体,细节更加详实,这一芯片和技术的研发还在初始阶段,第一款芯片,目的是全息投影二维图像,预计芯片可以在2015年的夏天交付给手机厂商。


他们研制的第二款投影芯片,将可以实现全息三维投影,立体影像可以漂浮在空气中,看上去就像是一个真实存在的物体。第一款芯片推出几个月之后,第二款芯片也将开始进入生产制造。


另外除了智能手机之外,该公司研发的三维全息投影芯片,还将进入到各种显示设备中,比如电视机、智能手表,甚至是“全息桌面”。届时,三维全息投影时代将真正到来。


原理


全息投影技术(front-projected holographic display)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。


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全息投影拍摄过程


1.摄制原理


其第一步是利用干涉原理记录物体光波信息,此即拍摄过程: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。


其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°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。这是因为,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。


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视觉成像


2.视觉原理


注:此为3D成像时的视觉原理。与此略有不同的是,全息投影实际上是真正地呈现出了3D影像。


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,在放映室里,3D电影源投放在一定角度的银幕上,观众需要带上3D眼镜观看。仔细观察3D眼镜,我们会发现左右镜片上有密集而细小的朝向不同的条纹。左右镜片光栅互成90度角。正是这些条纹,我们才能看到美妙的3D立体图。


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,但投影用的光的振动方向是不同的,偏左画面和偏右画面用的是振动方向相互垂直的,由于偏振片只能透过振动方向与光栅平行的光,所以双眼看到的图像是分别透过偏振眼镜透过的光形成的像。


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。


技术


全息投影技术一共分为以下三种:


空气投影和交互技术:在美国麻省一位叫ChadDyne的29岁理工研究生发明了一种空气投影和交互技术,这是显示技术上的一个里程碑,它可以在气流形成的墙上投影出具有交互功能的图像。此技术来源海市蜃楼的原理,将图像投射在水蒸气液化形成的小水珠上,由于分子震动不均衡,可以形成层次和立体感很强的图像。


激光束投射实体的3D影像:日本公司ScienceandTechnology发明了一种可以用激光束来投射实体的3D影像,这种技术是利用氮气和氧气在空气中散开时,混合成的气体变成灼热的浆状物质,并在空气中形成一个短暂的3D图像。这种方法主要是不断在空气中进行小型爆破来实现的


360度全息显示屏:南加利福尼亚大学创新科技研究院的研究人员宣布他们成功研制一种360度全息显示屏,这种技术是将图像投影在一种高速旋转的镜子上从而实现三维图像。


可以说这些技术很多国家都在研制,毫不夸张的说这项技术它包含了未来,谁最先使用这项技术,谁就最先走入未来的先进技术行列。


用范围


全息投影技术在舞台中的应用,不仅可以产生立体的空中幻像,还可以使幻像与表演者产生互动,一起完成表演,产生令人震撼的演出效果。从Disel时装发布T台秀中全息投影技术的运用,美轮美奂的全息投影画面伴随模特的走步把观众带到了另一个世界中,好像使观众体验了一把虚拟与现实的双重世界。再到梦幻剧场《动漫大师诺曼》中全息投影技术的运用,舞台艺术与电影片断在同一空间出现了非凡的融合,给观众展示了世界多媒体艺术最新的创新成果。服务和销售行业是最需要群众基础的,能最大限度的吸引消费者就是王道。全息投影技术在这方面的运用以全新的视角聚拢了人们的眼球,勾起了消费者的消费欲望。


全息景象是指观众可以在发生器的发生口度即一圈内可以看到幻像,全息投影系统将三维画面悬浮在实景的半空中成像,营造了亦幻亦真的氛围,效果奇特具有强烈的纵深感,真假难辩。时尚美观,有科技感;顶端透明,真正的空间成像;色彩鲜艳,对比度,清晰度高;有空间感,透视感,形成空中幻象;中间可结合实物,实现影像与实物的结合;也可配加触摸屏实现与观众的互动;可以根据要求做成四面窗口。


实例


5月17日晚举办的“公告牌音乐奖”上一段全系摄影亮相大奖现场,而画面中的人看上去正是Michael 

 

Jackson,表演的是未发布的“Slave to the Rhythm”。表演开始时由穿成SWAT特种部队的舞蹈演员跳舞,随着幕布拉开,MJ坐在专辑《Dangerous》里类似的王座上,不知道是真人全息化的MJ还是其它演员模仿的MJ开始演唱这位流行天王最近才发布的专辑《Xscape》的歌曲,依然像他在《Dangerous》里演唱“Jam”和“In the Closet”时急促、激动、气息声十足的风格。


2010年3月9号晚间世嘉公司举办了一场名为“初音未来日的感谢祭”“初音之日”(Miku'sDay)的初音未来全息投影演唱会。投影机直接背投在全息投影膜,是全息,但不是最理想化的全息投影。


2010年7月份中国歌手韩庚在其个人演唱会上也应用了这种技术。


2011年12月31日,江苏卫视跨年演唱会邀请到电影《阿凡达》的后期团队,还有英国《X-Factor》的灯光团队,为华语乐坛新天后周笔畅花巨资打造全息投影效果,让周笔畅与梅艳芳、邓丽君、张国荣等已故明星完成了一次“跨时光的演唱”,取得了当晚同时段的收视冠军。


2013年亚洲天王周杰伦的2013魔天伦世界巡回演唱会中也运用了全息投影技术。


2014年以色列开发出了一种梦幻般的医用3D全息投影。通过新技术,医生可以用3D全息投影进行模拟操刀练习,为手术治疗和远程医疗打造了一个新平台。


2014年BBAMS音乐盛典上实现了已故巨星迈克尔•杰克逊(MichaelJackson)在舞台上的表演,据闻也是应用了这种技术,取得了极好效果。


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李宇春《蜀绣》


2015年羊年春晚,李宇春运用全息投影技术倾情演绎中国风歌曲《蜀绣》。


《蜀绣》创作于2008年,是成都非物质文化遗产节主题曲。这首歌有着唯美浓郁的中国风,歌词通过一个成都绣娘视角,巧妙地展现蜀绣的底蕴。


李宇春还进行了一段舞蹈solo,她一边演唱,一边用各种婀娜多姿的时尚优美舞姿,再现心灵手巧、聪明伶俐的四川妹子创作的蜀绣艺术。这个节目是一个创意类的节目,春晚剧组利用全息投影技术,为她专门制作三维舞台仿真,舞美工作量巨大,也是羊年春晚造价最高的一个节目。


2015年6月27•28日初音未来上海演唱会运用了全息投影技术。