喜歡科幻電影的人,，對(duì)全息顯示這項(xiàng)炫酷的技術(shù)一定不會(huì)感到陌生,。在電影《星球大戰(zhàn)》中，航天機(jī)器人R2-D2發(fā)射出一種藍(lán)色的光,，萊婭公主的形象栩栩如生地出現(xiàn)在藍(lán)光中,，向在場(chǎng)的人們發(fā)出呼救信號(hào)。這一經(jīng)典橋段隱含了全息顯示技術(shù)的特別之處——無論觀眾站在哪個(gè)方位,，都可以看到所顯示內(nèi)容的立體形象,。

　　在現(xiàn)實(shí)世界中，從事光學(xué)顯示領(lǐng)域研究的專業(yè)人士也為這項(xiàng)技術(shù)深深著迷,。在9月中旬舉辦的2020騰訊全球數(shù)字生態(tài)大會(huì)5G專場(chǎng)上,，騰訊多媒體實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)總監(jiān)、5G專家斯蒂芬·溫格指出,，基于光場(chǎng)技術(shù)的全息顯示將會(huì)是顯示技術(shù)的未來,。中國工程院院士許祖彥也表示：“人們對(duì)美好視覺效果的追求，是推進(jìn)顯示技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵,，而自然真實(shí),、三維立體的視覺效果是人們最終的目標(biāo)。下一代顯示技術(shù)將有可能是全息,?！?/p>

　　全息顯示實(shí)質(zhì)上是對(duì)光的記錄和還原

　　那到底什么是真正的全息顯示技術(shù)？如今又發(fā)展到了哪一步呢,？

　　全息,，顧名思義即全部信息。眾所周知,，光作為一種電磁波的形式存在,，包括振幅和相位兩個(gè)參數(shù)，其中振幅反映的是光的強(qiáng)弱,，而相位則指的是光波在前進(jìn)時(shí),光子振動(dòng)呈現(xiàn)出交替的波形變化,。全息顯示就是要記錄下振幅和相位兩個(gè)參數(shù)，還原出物體的三維影像,。

　　上海理工大學(xué)人工智能納米光子學(xué)實(shí)驗(yàn)室的張啟明教授告訴記者：“振幅的強(qiáng)弱可以通過膠片等手段被記錄下來,，相位卻很難被記錄下來,。”1947年,，英國物理學(xué)家丹尼斯·蓋伯發(fā)明了全息術(shù),，利用光干涉技術(shù)記錄光的相位，即利用光與光之間相互干涉形成的有規(guī)律條紋,，來記錄光的相位并還原光,。丹尼斯·蓋伯因此獲得1971年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

　　簡單來說,，兩列或幾列光波在空間相遇時(shí),，波峰與波峰疊加處會(huì)出現(xiàn)亮條紋，波峰與波谷疊加處會(huì)出現(xiàn)暗條紋,，這種相互作用最終會(huì)呈現(xiàn)出穩(wěn)定的明暗相間的條紋分布,，這就是光的干涉現(xiàn)象。

　　而全息顯示就是利用光波的干涉原理,，在物波場(chǎng)(物體光波波動(dòng)所涉及的空間)中引入一個(gè)參考光波,，使其與物光波(光源發(fā)出的光波經(jīng)物體反射后形成的光波，其相位和振幅會(huì)發(fā)生改變)在記錄平面疊加產(chǎn)生干涉條紋,，將干涉條紋記錄下來，即“全息圖”,。

　　當(dāng)用特定的再現(xiàn)光波照射全息圖時(shí),，就可以重現(xiàn)出原始物光波，從而形成原物體逼真的三維像,。

　　張啟明強(qiáng)調(diào)說,，全息術(shù)所形成的三維圖像不需要借助特制的眼鏡等工具，直接用肉眼就可以看到,。

　　我們熟知的名場(chǎng)面可能是“偽全息”

　　2010年日本虛擬歌姬初音未來舉辦“全息”演唱會(huì),，2015年春晚上運(yùn)用“全息投影”技術(shù)實(shí)現(xiàn)4個(gè)“李宇春”同唱《蜀繡》，今年電視新聞媒體出現(xiàn)利用“5G+4K全息”技術(shù),，實(shí)現(xiàn)主持人與訪談對(duì)象的跨屏互動(dòng)……

　　可能有人會(huì)覺得,，全息顯示技術(shù)離我們并不遙遠(yuǎn)。但專家認(rèn)為,，深究其技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法就會(huì)發(fā)現(xiàn),，這些所謂的“全息”其實(shí)與真正的全息顯示技術(shù)相去甚遠(yuǎn)。目前除了博物館已經(jīng)出現(xiàn)的靜態(tài)全息顯示,，其他人們熟知的所謂“全息”技術(shù)名場(chǎng)面,，大部分都是一種“偽全息”。

　　“偽全息”可以稱得上是全息顯示界的“六耳獼猴”,。它有著幾乎可以以假亂真的本領(lǐng),，在視覺效果上,，“偽全息”同樣可以讓人用肉眼看到三維立體圖像懸浮在空中。但仔細(xì)觀察就會(huì)發(fā)現(xiàn),，這些“偽全息”技術(shù)并不能實(shí)現(xiàn)立體影像360度可視,，例如虛擬偶像演唱會(huì)雖然給我們呈現(xiàn)出了栩栩如生的立體影像，但是其必須在特制的舞臺(tái)上,，且要在黑暗當(dāng)中才能實(shí)現(xiàn),，觀眾也必須要從特定的角度進(jìn)行觀看。

　　它實(shí)際上是一種叫做“佩珀?duì)柣孟蟆钡墓鈱W(xué)錯(cuò)覺技術(shù),，實(shí)質(zhì)上是在各類介質(zhì)(如全息投影膜,、水霧、透明玻璃,、墻體等)的輔助下,，利用人眼視覺的偏差對(duì)大腦進(jìn)行欺騙。其原理并不復(fù)雜,，就是利用一張?jiān)诒３智逦@像的同時(shí),，能讓觀眾看見背后景物的全息投影膜，首先使物體在膜中形成虛像,，再加上半透明投影膜背后的景象,，視覺上就會(huì)給人一種立體的錯(cuò)覺，再加上CG(計(jì)算機(jī)動(dòng)畫)技術(shù)以及高亮度的燈光,，這種立體影像就會(huì)給觀眾一種惟妙惟肖的真實(shí)感,。

　　同樣，基于光場(chǎng)的顯示技術(shù)也能達(dá)到類似的3D視覺效果,，但該技術(shù)采用的顯示方法,，實(shí)際上是與全息完全不一樣的技術(shù)。

　　所謂光場(chǎng),，指的是一束光在傳播過程中所包含的信息,，涵蓋光線強(qiáng)度、位置,、方向等信息,。在一個(gè)具備厘米級(jí)定位精度的光場(chǎng)空間中，通過設(shè)置一個(gè)用光來定位的坐標(biāo)系,，就能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)環(huán)境和虛擬世界的精準(zhǔn)疊加,。例如在谷歌今年發(fā)布的沉浸式光場(chǎng)視頻方案中，首先要從大量的攝像頭陣列中捕獲信號(hào),，通過大型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建出顯示內(nèi)容的光場(chǎng)表現(xiàn),，并將其存儲(chǔ)；然后使用一個(gè)直徑92厘米,、由46個(gè)攝像頭組成的球形結(jié)構(gòu),，從不同角度捕捉周圍場(chǎng)景,，并將多方向視角合并為一個(gè)視角，呈現(xiàn)出的圖像空間立體感更強(qiáng),，用戶可以隨著視角轉(zhuǎn)變看到不同角度的,、具有動(dòng)態(tài)效果的圖像。

　　張啟明表示,，以光場(chǎng)為基礎(chǔ)的顯示技術(shù),，其本質(zhì)是記錄與顯示物體在不同方向的光線來實(shí)現(xiàn)三維的視覺效果，但這種技術(shù)難以把光的全部信息還原出來,，存在可視角度與顯示分辨率無法同時(shí)滿足的困難,。

　　真正的全息還在發(fā)展道路上摸索前行

　　據(jù)張啟明介紹，全息技術(shù)路線可以分為激光全息和計(jì)算全息,。目前利用激光技術(shù)的靜態(tài)全息顯示已經(jīng)成熟,，例如在一些博物館就可以看到靜態(tài)的展品三維圖像，基于激光全息技術(shù)發(fā)展而來的無損檢測(cè)技術(shù),、激光照相顯微術(shù),、全息照相存儲(chǔ)技術(shù)等，在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中已發(fā)揮了重要作用,。

　　但是要進(jìn)一步還原動(dòng)態(tài)的影像,，并且與三維圖像產(chǎn)生交互，技術(shù)上還是非常困難的,。

　　“因?yàn)閯?dòng)態(tài)的光波相位震動(dòng)非常強(qiáng)烈,，而干涉技術(shù)需要震動(dòng)范圍尺度在納米級(jí)別，從技術(shù)角度來說,，實(shí)現(xiàn)這種震動(dòng)范圍尺度還很難?！睆垎⒚鹘忉屨f,，動(dòng)態(tài)全息顯示存在一定的技術(shù)瓶頸，主要表現(xiàn)為全息圖片的還原速度,?！凹偃缫_(dá)到人眼看圖像呈現(xiàn)出的動(dòng)態(tài)效果，需要讓圖像還原速度達(dá)到每秒24幀,，而目前只能做到每秒1幀,。”他進(jìn)一步解釋說,，決定全息圖片還原速度的是激光打印技術(shù),，即如何在同一時(shí)間在全息圖片上進(jìn)行多點(diǎn)打印。激光打印技術(shù)越先進(jìn),，全息圖片所包含的信息就越豐富,、越全面,，還原出的立體圖像就越完整。現(xiàn)階段,，激光打印技術(shù)還有很大的提升空間,。

　　據(jù)介紹，激光全息是借助參考光記錄物光波的振幅和相位,，而計(jì)算全息則是將全息記錄與再現(xiàn)過程的一部分用計(jì)算機(jī)來完成,，在確定物光波的數(shù)學(xué)描述后，可以利用計(jì)算機(jī)控制繪圖儀或其他記錄裝置(例如陰極射線管,、電子束掃描器等),，用模擬的干涉圖樣合成全息圖片。利用計(jì)算全息技術(shù),，還能夠通過建立數(shù)學(xué)模型來合成現(xiàn)實(shí)中存在的實(shí)物,，許多產(chǎn)品的防偽標(biāo)識(shí)都使用這種方式來實(shí)現(xiàn)的。

　　全息顯示技術(shù)從靜態(tài)到動(dòng)態(tài),，相當(dāng)于從固定膠片曝光單張照片,，跨越到視頻通話中圖像實(shí)時(shí)編碼解碼，這其中涉及到大量的計(jì)算,。如今,，人工智能深度學(xué)習(xí)算法也為計(jì)算全息運(yùn)算速度的提升提供了有力工具。

　　暢想一下,，未來的某一天,，人們足不出戶，秀麗山河盡在眼前,；醫(yī)生通過全息虛擬圖像精準(zhǔn)指導(dǎo)醫(yī)療儀器開展手術(shù),；通過遠(yuǎn)程視頻會(huì)議，可以清晰感受到對(duì)方的神態(tài)語氣……全息顯示技術(shù)一旦獲得重大突破,，將會(huì)給顯示技術(shù)領(lǐng)域帶來翻天覆地的變革,，甚至它還有希望成為一種遠(yuǎn)距離傳輸工具?！斑@種就不是通過電腦設(shè)計(jì)出一個(gè)模型來展示,，而是采集現(xiàn)場(chǎng)的人或場(chǎng)景數(shù)據(jù)復(fù)刻一個(gè)模型在另外的場(chǎng)景還原，這種現(xiàn)場(chǎng)采集三維立體數(shù)據(jù)快速建模的技術(shù)目前正在逐漸成熟,?！睆垎⒚髡f。