全息投影

2015-08-06 13:28:52
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全息投影全息投影技術一般指全息投影。

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全息影像

全息投影全息投影技術一般指全息投影。全息投影技術(front-projected holographic display)也稱虛擬成像技術是利用干涉和衍射原理記錄并再現物體真實的三維圖像的技術。全息投影技術不僅可以產生立體的空中幻像,還可以使幻像與表演者產生互動,一起完成表演,產生令人震撼的演出效果。適用范圍產品展覽、汽車服裝發布會、舞臺節目、互動、酒吧娛樂、場所互動投影等。

中文名:全息投影

外文名:front-projected holographic display

別    名:虛擬成像技術

原    理:干涉和衍射原理

本    質:全息攝影技術的逆向展示

特    點:具有真實的視覺效應

應用范圍:展覽、商場、商業活動

歷史發展

1947年,英國匈牙利裔物理學家丹尼斯?蓋伯發明了全息投影術,他因此項工作獲得了1971年的諾貝爾物理學獎。其它的一些科學家在此之前也曾做過一些研究工作,解決了一些技術上的的問題。全息投影的發明是蓋伯在英國BTH公司研究增強電子顯微鏡性能手段時的偶然發現,而這項技術由該公司在1947年12月申請了專利(專利號GB685286)。這項技術從發明開始就一直應用于電子顯微技術中,在這個領域中被稱為電子全息投影技術,但是全息投影技術一直到1960年激光的發明才取得了實質性的進展。

第一張實際記錄了三維物體的光學全息投影照片是在1962年由蘇聯科學家尤里?丹尼蘇克拍攝的。與此同時,美國密歇根大學雷達實驗室的工作人員艾米特?利思和尤里斯?烏帕特尼克斯也發明了同樣的技術。尼古拉斯?菲利普斯改進了光化學加工技術,以生產高質量的全息投影圖片。

全息投影可以分為如下若干類。透射全息投影,如利思和烏帕特尼克斯所發明的技術,這種技術通過向全息投影膠片照射激光,然后從另一個方向來觀察重建的圖像。后來經過改進,彩虹全息投影可以使用白色光來照明,以觀察重建的圖像。彩虹全息投影廣泛的應用于諸如信用卡安全防偽和產品包裝等領域。這些種類的彩虹全息投影通常在一個塑料膠片形成了表面浮雕圖案,然后通過在背面鍍上鋁膜使光線透過膠片以重建圖像。另一種常見的全息投影技術稱為反射全息投影,或稱為丹尼蘇克全息投影。這種技術可以通過使用白色光源從和觀察者相同的方向來照射膠片,通過反射來重建彩色的圖像,以重建圖像。鏡面全息投影是一種通過控制鏡面在二維表面上的運動來制造三維圖像的相關技術。它通過控制反射光線或者折射光線來構造全息圖像,而蓋伯的全息投影是通過衍射光來重建波前的。

 

促使全息投影在短短的一段時間內就蓬勃發展的關鍵原因是低成本的固體激光器的大規模生產,如DVD播放機和其他的一些常用設備中所使用的激光器。這些激光器對全息投影的發展也產生了極大的促進作用。這些廉價的體積又很小的固體激光器可以在某些條件下與最初用于全息投影的那些大型的昂貴的氣體激光器相媲美,因此使得預算較低的研究者、藝術家甚至業余愛好者都可以參與到全息投影研究中來。

2014年6月,美國加州的一家新創公司,正在研發三維全息投影芯片,最早2015年底之前,智能手機將具備三維投影的功能。研制出一個體積只有藥片大小的三維全息投影儀,分辨率高達5000PPI,可以精確控制每一個光束的亮度、顏色,以及角度。

只需要一個芯片,就可以投射出一個可以接受的三維全息圖像,不過只要增加芯片數量,則可以投射出形狀更加復雜的三維物體,細節更加詳實,這一芯片和技術的研發還在初始階段,第一款芯片,目的是全息投影二維圖像,預計芯片可以在2015年的夏天交付給手機廠商。

他們研制的第二款投影芯片,將可以實現全息三維投影,立體影像可以漂浮在空氣中,看上去就像是一個真實存在的物體。第一款芯片推出幾個月之后,第二款芯片也將開始進入生產制造。

另外除了智能手機之外,該公司研發的三維全息投影芯片,還將進入到各種顯示設備中,比如電視機、智能手表,甚至是“全息桌面”。屆時,三維全息投影時代將真正到來。

原理

全息投影技術(front-projected holographic display)也稱虛擬成像技術是利用干涉和衍射原理記錄并再現物體真實的三維圖像的記錄和再現的技術。

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全息投影拍攝過程

1.攝制原理

其第一步是利用干涉原理記錄物體光波信息,此即拍攝過程:被攝物體在激光輻照下形成漫射式的物光束;另一部分激光作為參考光束射到全息底片上,和物光束疊加產生干涉,把物體光波上各點的位相和振幅轉換成在空間上變化的強度,從而利用干涉條紋間的反差和間隔將物體光波的全部信息記錄下來。記錄著干涉條紋的底片經過顯影、定影等處理程序后,便成為一張全息圖,或稱全息照片。

其第二步是利用衍射原理再現物體光波信息,這是成象過程:全息圖猶如一個復雜的光柵,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象,即原始象(又稱初始象)和共軛象。再現的圖像立體感強,具有真實的視覺效應。全息圖的每一部分都記錄了物體上各點的光信息,故原則上它的每一部分都能再現原物的整個圖像,通過多次曝光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。

在3D投影前,要對物體進行120°的3D攝影。看過3D電影的讀者應該知道,如果取下3D眼鏡觀看,畫面有重影而模糊不清。這是因為,銀幕上的畫面并不是一幅,而是兩幅角度不同的畫面疊加的效果。

為了模擬“雙目效應”,我們必須拍攝出偏左側的畫面和偏右側的畫面。在拍攝時,其實有兩臺3D攝像機同時工作,一臺偏向演員左側,記錄偏左的圖像;一臺偏向演員右側,記錄偏右的圖像,再通過電腦處理,將兩幅圖像疊加,便成了3D電影源。

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視覺成像

2.視覺原理

注:此為3D成像時的視覺原理。與此略有不同的是,全息投影實際上是真正地呈現出了3D影像。

每個人都有兩個眼睛,每個眼睛的視角大約為80度,但是兩個眼睛一起的視角只有120度,也就是說有40度的視角是重合的,所以我們的左右兩個眼睛所看到的的東西其實是不同的,比如你閉上左眼用右眼看或者反過來,就能測試出來效果,左右兩眼接收到的物體轉發給大腦做判斷物體的遠近才能形成立體感。3D立體技術就是模擬這個過程而形成的。

完成攝影后,在放映室里,3D電影源投放在一定角度的銀幕上,觀眾需要帶上3D眼鏡觀看。仔細觀察3D眼鏡,我們會發現左右鏡片上有密集而細小的朝向不同的條紋。左右鏡片光柵互成90度角。正是這些條紋,我們才能看到美妙的3D立體圖。

完成攝影后,根據“雙目效應”,將圖像分解,讓左眼只看見偏左的畫面,右眼只看見偏右側的畫面,這樣才能使大腦產生遠近的判斷而生出立體感。在放映時,偏左的畫面和偏右側的畫面所用的投射光是不同的,雖然顏色畫面一樣,但投影用的光的振動方向是不同的,偏左畫面和偏右畫面用的是振動方向相互垂直的,由于偏振片只能透過振動方向與光柵平行的光,所以雙眼看到的圖像是分別透過偏振眼鏡透過的光形成的像。

由此,重疊的畫面被分解,左眼只看見偏左側的畫面,右眼只看見偏右側的畫面,由于雙目效應,我們便產生了遠近感和立體感。

技術

全息投影技術一共分為以下三種:

空氣投影和交互技術:在美國麻省一位叫ChadDyne的29歲理工研究生發明了一種空氣投影和交互技術,這是顯示技術上的一個里程碑,它可以在氣流形成的墻上投影出具有交互功能的圖像。此技術來源海市蜃樓的原理,將圖像投射在水蒸氣液化形成的小水珠上,由于分子震動不均衡,可以形成層次和立體感很強的圖像。

激光束投射實體的3D影像:日本公司ScienceandTechnology發明了一種可以用激光束來投射實體的3D影像,這種技術是利用氮氣和氧氣在空氣中散開時,混合成的氣體變成灼熱的漿狀物質,并在空氣中形成一個短暫的3D圖像。這種方法主要是不斷在空氣中進行小型爆破來實現的

360度全息顯示屏:南加利福尼亞大學創新科技研究院的研究人員宣布他們成功研制一種360度全息顯示屏,這種技術是將圖像投影在一種高速旋轉的鏡子上從而實現三維圖像。

可以說這些技術很多國家都在研制,毫不夸張的說這項技術它包含了未來,誰最先使用這項技術,誰就最先走入未來的先進技術行列。

用范圍

全息投影技術在舞臺中的應用,不僅可以產生立體的空中幻像,還可以使幻像與表演者產生互動,一起完成表演,產生令人震撼的演出效果。從Disel時裝發布T臺秀中全息投影技術的運用,美輪美奐的全息投影畫面伴隨模特的走步把觀眾帶到了另一個世界中,好像使觀眾體驗了一把虛擬與現實的雙重世界。再到夢幻劇場《動漫大師諾曼》中全息投影技術的運用,舞臺藝術與電影片斷在同一空間出現了非凡的融合,給觀眾展示了世界多媒體藝術最新的創新成果。服務和銷售行業是最需要群眾基礎的,能最大限度的吸引消費者就是王道。全息投影技術在這方面的運用以全新的視角聚攏了人們的眼球,勾起了消費者的消費欲望。

全息景象是指觀眾可以在發生器的發生口度即一圈內可以看到幻像,全息投影系統將三維畫面懸浮在實景的半空中成像,營造了亦幻亦真的氛圍,效果奇特具有強烈的縱深感,真假難辯。時尚美觀,有科技感;頂端透明,真正的空間成像;色彩鮮艷,對比度,清晰度高;有空間感,透視感,形成空中幻象;中間可結合實物,實現影像與實物的結合;也可配加觸摸屏實現與觀眾的互動;可以根據要求做成四面窗口。

實例

5月17日晚舉辦的“公告牌音樂獎”上一段全系攝影亮相大獎現場,而畫面中的人看上去正是Michael 

 

Jackson,表演的是未發布的“Slave to the Rhythm”。表演開始時由穿成SWAT特種部隊的舞蹈演員跳舞,隨著幕布拉開,MJ坐在專輯《Dangerous》里類似的王座上,不知道是真人全息化的MJ還是其它演員模仿的MJ開始演唱這位流行天王最近才發布的專輯《Xscape》的歌曲,依然像他在《Dangerous》里演唱“Jam”和“In the Closet”時急促、激動、氣息聲十足的風格。

2010年3月9號晚間世嘉公司舉辦了一場名為“初音未來日的感謝祭”“初音之日”(Miku'sDay)的初音未來全息投影演唱會。投影機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月份中國歌手韓庚在其個人演唱會上也應用了這種技術。

2011年12月31日,江蘇衛視跨年演唱會邀請到電影《阿凡達》的后期團隊,還有英國《X-Factor》的燈光團隊,為華語樂壇新天后周筆暢花巨資打造全息投影效果,讓周筆暢與梅艷芳、鄧麗君、張國榮等已故明星完成了一次“跨時光的演唱”,取得了當晚同時段的收視冠軍。

2013年亞洲天王周杰倫的2013魔天倫世界巡回演唱會中也運用了全息投影技術。

2014年以色列開發出了一種夢幻般的醫用3D全息投影。通過新技術,醫生可以用3D全息投影進行模擬操刀練習,為手術治療和遠程醫療打造了一個新平臺。

2014年BBAMS音樂盛典上實現了已故巨星邁克爾?杰克遜(MichaelJackson)在舞臺上的表演,據聞也是應用了這種技術,取得了極好效果。

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李宇春《蜀繡》

2015年羊年春晚,李宇春運用全息投影技術傾情演繹中國風歌曲《蜀繡》。

《蜀繡》創作于2008年,是成都非物質文化遺產節主題曲。這首歌有著唯美濃郁的中國風,歌詞通過一個成都繡娘視角,巧妙地展現蜀繡的底蘊。

李宇春還進行了一段舞蹈solo,她一邊演唱,一邊用各種婀娜多姿的時尚優美舞姿,再現心靈手巧、聰明伶俐的四川妹子創作的蜀繡藝術。這個節目是一個創意類的節目,春晚劇組利用全息投影技術,為她專門制作三維舞臺仿真,舞美工作量巨大,也是羊年春晚造價最高的一個節目。

2015年6月27?28日初音未來上海演唱會運用了全息投影技術。

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