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6G 全息通信業務發展趨勢白皮書

   2022-05-23 4210
導讀

近年,隨著全息技術的發展應用,全息通信正在逐步走向可能。全息顯示技術利用干涉法記錄物體表面散射光波的相位和振幅等信息,再利用衍射原理重建物體的三維圖像。全息通信是利用全息顯示技術,捕獲處于遠程位置的人和周圍物體的圖像,通過網絡傳輸全息數據,在終端處使用激光束投射,以全息圖的方式投影出實時的動態立體影

近年,隨著全息技術的發展應用,全息通信正在逐步走向可能。全息顯示技術利用干涉法記錄物體表面散射光波的相位和振幅等信息,再利用衍射原理重建物體的三維圖像。全息通信是利用全息顯示技術,捕獲處于遠程位置的人和周圍物體的圖像,通過網絡傳輸全息數據,在終端處使用激光束投射,以全息圖的方式投影出實時的動態立體影像,并能夠與之交互的新型通信方式。未來 6G 技術的發展,將會提供更強的通信網絡,這將逐步讓全息通信業務的發展應用成為可能。


本期的智能內參,我們中國移動研究院的報告《6G 全息通信業務發展趨勢白皮書》,對全息通信的技術衍進、應用場景及網絡需求和產業發展方面進行了研究分析。

來源 中國移動研究院


原標題:


《6G 全息通信業務發展趨勢白皮書


作者:楊本植 等


一、全息技術,進入數字新時代

“全息”(Holography)即“全部信息”,這一概念首次在1947 年提出,由英國匈牙利裔物理學家 Dennis Gabor 發明,并因此獲得了1971 年的諾貝爾物理學獎。全息技術是一種利用干涉和衍射原理來記錄物體的反射,透射光波中的振幅相位信息進而再現物體真實三維圖像的技術。它與物理學,計算機科學,電子通信及人機交互等學科領域有著密切的聯系。


隨著計算機技術的成熟,人們拓展了動態計算全息術及其運算、彩色全息術、計算全息三維顯示、計算全息光學加密、計算全息編碼等領域,研究者們正在努力突破算力、設備和算法的制約,向著最為理想的全息三維顯示發展。


全息技術的提出,不僅是一種技術的發明,更是一種思路的提出,借由全息技術的技術原理,通過物波與參考波疊加干涉來記錄物體信息的思路被應用到很多其他領域,進而衍生出了一些類似的領域,比較有代表性的有:聲全息、模壓全息、紅外全息、微波全息、光學掃描全息術等。



全息技術衍生領域

根據成像原理及呈現效果的不同,將全息成像技術分為三種類型:2D 全息、3D 全息、理想全息。2D 全息指利用較為簡單的反射、折射原理或者視覺殘留制造可視角度有限的裸眼三維效果。包括空氣成像、旋轉風扇屏、霧屏/霧幕以及立體光柵顯示器。3D 全息是當前最接近于理想全息顯示效果的全息顯示技術,包含的技術主要有全息光場、點云、電離空氣、光鑷、聲鑷和體全息技術。理想全息是基于計算全息圖的真正意義上的狹義全息,通過計算全息圖的制作與再現完成 3D 對象的全息顯示。


全息術的發展總共經歷了三個主要階段:傳統光學全息,數字全息和計算全息。20 世紀 60 年代末期第一臺激光器問世,此時全息技術啟發了眾多衍生領域,并在數字全息被提出時達到峰點。然而受制于CCD 及計算設備的不成熟,數字全息的研究陷入了低谷。隨著 21 世紀初期數碼攝像機的普及及計算機技術的成熟,數字全息領域中產生了計算全息這一分支,由于其不依賴實物而是用計算機模擬物體光學分布制作全息圖,迅速成為熱門研究話題。



全息技術發展歷程圖

二、全息通信,科幻般的通信方式

而全息通信業務是基于裸眼全息技術的高沉浸、多維度交互應用場景數據的采集、編碼、傳輸、渲染及顯示的整體應用方案,包含了從數據采集到多維度感官數據還原的整個端到端過程,是一種高沉浸式、高自然度交互的業務形態。


6G 技術將支持人類對物理世界進行更深刻的理解與感知,幫助人類構建虛擬世界與虛實融合世界,從而擴展人類的活動空間;同時支持大量智能體互聯,從而延伸人類的體能和智能水平。結合 6G 技術、全息通信愿景與未來通信技術發展趨勢,以擴展活動空間與延伸體能智能為基線,進行擴展與挖掘可獲得包括數字孿生、高質量全息、沉浸 XR、新型智慧城市、全域應急通信搶險、智能工廠、網聯機器人、自治系統等相關 6G 全息通信場景與業務形態,貼合6G 的愿景,體現“人-機-物-境”的完美協作。


根據依賴技術及給予用戶體驗的不同,未來 6G 時代,全息通信的應用場景將有七大類,分別是:帶寬遠程管理,低時延精密輔助,超智能信息網絡,多維度交互體驗,高質量人像互動,臨場態全息展示和沉浸式全息影像。



6G 全息通信應用場景總圖



1、多維交互體驗

一直以來,人們都在追求實現真實度與參與感更強的顯示技術與體驗效果。未來 6g 時代下,通訊網絡傳輸性能的極大提高讓全息技術及多模態交互技術落地,在這些技術的賦能下,用戶可以體驗到更豐富的交互通道,交互效果更為真實。在多維度交互體驗場景下,可以采集來自物體和環境全真數據,應用全息技術去構建可供用戶深度參與交互的體驗場景,豐富沉浸式的多通道交互手段,提供豐富新穎的交互體驗。


多維度交互體驗場景多用于體驗增強型業務,要求能夠將采集到的環境與物品數據高性能傳輸以構建沉浸化場景,因此要求通訊網絡帶寬及支持流量密度能力提出更高要求。


多維度交互體驗場景下,顯示端可以生成沉浸性更強、互動程度更高的成像效果,為用戶帶來更豐富的感官體驗。因此,多維度交互體驗場景可以廣泛應用于泛娛樂,文化教育等領域,通過構建豐富多維的可交互顯示效果,為用戶提供全息娛樂,全息文化教育等服務。在 6G 多維度交互體驗場景中,家庭XR 娛樂借助虛擬現實、通道交互等技術,建立高顯示質、高交互程度的顯示場景,讓用戶高沉浸性地進行家庭游戲,虛擬運動等娛樂項目。此外,6G 通訊網絡還讓全息觀影成為可能,用戶可以觀看立體感和全真程度極高的全息畫面,并通過多個通道與設備進行交互,收獲更好的觀影體驗。


多為交互體驗的一個重要領域是全息游戲。雖然全息游戲使用場景最為廣泛、發展時間最久,但尚未運用全息技術并實現交互。目前,市場上并沒有真正意義上的全息游戲。游戲與全息技術結合必將使游戲環境的逼真度及玩家游戲體驗達到頂峰。



全息游戲應用布局圖


2、沉浸式全息影像

現階段沉浸式體驗方式為虛擬現實或增強現實以及兩種的組合版,且由于顯示精度及場景數據下載速率等問題,增強現實體驗還未能夠達到商用的標準。在6G 時代將打破桎梏,用戶可以通過裸眼全息的方式營造全場景效果,提供用戶完全沉浸的體驗。


沉浸式全息影像場景要在相對固定的系統環境下,以來超低時延與超高帶寬的通信才能為用戶帶來極致體驗。因此對傳輸的要求較高,同時為了加強體驗的沉浸感對交互的要求也更為苛刻。同時在要在裸眼的情況下實現,對展示的載體及媒介將是前所未有的挑戰,只有做到極致才能做到沉浸式體驗。


通過發揮 6G 技術和裸眼 3D 顯示技術,沉浸式全息影像將大大提高用戶的體驗感,廣泛應用于生活娛樂場景。其中典型場景包括全息服務與銷售、全息新聞與舞美、全息影院、全息體育、樓盤樣板間展示及沉浸式主題餐廳:



沉浸式全息影像場景總圖


3、超智能信息網絡

隨著人工智能技術的研究與應用推進,智能化早已成為各個領域追求的目標。在超智能網絡場景下,6G 通訊網絡的大帶寬低時延與廣連接特性,讓采集到的大規模數據能夠上傳后結合大數據、人工智能等技術進行綜合處理分析,讓6G為全域智能化賦能,實現 AI 、數字孿生與 6G 網絡的緊密結合。


超智能信息網絡場景普遍需要采集環境與場景數據,且具備高網絡適應性與情景感知能力,甚至深度應用人工智能技術,因此此類場景對通訊網絡提出了高傳輸帶寬,強網絡態勢感知與調節能力,高 AI 融智程度的要求。


隨著 6G 與人工智能技術的融合落地,采集端產生的巨量數據和高性能數據傳輸將為人工智能處理與分析求解提供堅實數據層基礎,人工智能將能夠得以感知更多維更全面數據并提升數據傳輸處理速度與遠程數據交互能力,因此超智能信息網絡場景可以運用于自動駕駛、智能機器人等與人工智能緊密結合領域,讓人工智能“思維敏捷”的同時也能“手眼通天”。超智能信息網絡場景下可以提供自然環境和城市環境的數字化管理。通過采集城市內的交通,治安等多源多維數據,智能體將可以實現基于城市全面數據的智能化實時監測與分析,調配城市資源,進行異常狀況告警。也可以通過采集車輛周邊信息與其他車輛信息等獲取海量數據,經過智能體分析決策后,提供自動駕駛服務。

4、高質量人像互動

高質量人像互動將帶來新的溝通方式和體驗,讓交流更加真實零距離,跨越空間和時間。通過自然逼真的視覺還原,滿足人、物及其周邊環境的三維動態交互,將實現用戶對于人與人、人與物、人與環境之間的溝通需求。


高質量人像互動場景對信息通信系統提出更高的要求,需要做到人、物和環境的高質量數據采集傳輸及三維下的多模態交互,因此數據采集傳輸方面需要高精度的采集設備及足夠快的全息圖像傳輸能力和強大的空間三維顯示能力。同時,為了讓用戶享受到極致的沉浸式體驗,對三維模式下的交互的方式將是一大挑戰。未來全息通信的廣泛應用會使人與人之間的互相交流和會議將呈現多種豐富的形態,全息通信可用于遠程培訓和教育應用程序,為學生提供參與和交互能力,并具備更多的互動性,使人在該模式下更能好的去記憶及學習,實現真正意義上的跨越空間去實時溝通。還可以實現跨時空的互動,通過錄入逝去親人的身體數據,并且配合 AI 技術,實現跨時空的陪伴。


5、新態勢模型展示

當前全息投影的場景相對固定且設備比較笨重,而且對環境燈光有一定的要求,所以場景相對有限。在 6G 技術背景下,可以實現小場景的光場全息,通過光場 3D 模型的展示能豐富我們日常的日常生活和提高我們工作的效率,從而降低操作成本的同時豐富交互體驗。


新態勢模型展示場景規模均較小,因此數據傳輸體量小,要求的數據質量無需很精密,但此場景著重用戶與場景模型的交互操作,因為三維的數據信息承載比二維更加豐富且有層次,用戶在獲取信息時能更加直觀且精準。


新態勢模型展示場景可以讓現實與全息完美結合,場景不需要宏大,但是互動性或展示更加要真實,雖然三維的信息獲取更加方便但是對內容的要求反而比現階段更加嚴格,用戶可借助物理傳感器,通過手勢交互或體感交互對模型進行交互操作。其中典型應用場景分別是全息文化、全息教育、科普教學及數字化互動體驗餐廳。


新態勢模型展示場景總圖


6、高帶寬遠程管理


隨著生產、生活信息化進程的不斷推進,越來越多的現實物體將會映射入數字世界,實現多方位監控與感知。在高帶寬遠程管理場景下,諸如傳感器等采集與監控設備將會產生海量的數據,供給遠端業務方使用。屆時6G 將提供超大帶寬的遠距離數據傳輸業務,幫助用戶獲取遠端實時數據,得到全息態勢信息,進行大規模的數據遠程傳輸、處理及呈現。


高帶寬遠程管理場景的突出特點是數據傳輸體量大,需要遠距離數據傳輸。因此高帶寬遠程管理場景的大規模數據傳輸特性,要求通訊網絡具備大傳輸帶寬,高吞吐量的能力,并且能夠在超遠距離傳輸下仍保持較好的穩定性。


將 6G 通訊網絡應用于道路監控等態勢采集作業后,6G 網絡的大帶寬,低時延等特性將會大幅提升態勢監控的效率,讓工作人員通過全息呈現等技術足不出戶便能查看遠程某物或場景的全方位信息,改善了工作體驗。因此高帶寬遠程管理類場景在工農業業作業監控,特殊環境探查等行業有著較廣泛分布。例如在采礦業,礦洞內采集端通過傳感器多方位采集礦洞內多維環境信息后,就能將海量全真數據傳輸至遠端中控室內呈現,輔助現場工作人員掌握礦下環境信息測、判別礦下環境異常狀況,并對事故點進行全方位的細節檢查。此外,在農作物種植業中,通過傳感器采集到農作物的生長狀態、周邊環境等多源信息并進行遠程傳輸,在中控室中處理呈現,讓農業專家能全方位掌控農作物的態勢信息,并針對作物問題給予遠程指導。

7、低時延精密輔助

傳統通訊網絡存在的固有數據通信延遲問題,將會在6G 網絡中得到大幅度減少。6G 網絡的極低延遲,將會讓端到端之間的數據傳輸質量更高,聯結更加緊密,因此在需要高實時性傳輸數據的低時延精密輔助場景下,6G 網絡能實現遠程數據高質量同步,促進溝通效率、資源分配效率的提升,讓萬物互聯真正實現。


低時延精密輔助場景的突出特點是場景需求亟待性大,傳輸數據質量高,部分子場景應用了高分辨率顯示技術,要求端到端的數據傳輸的即時性更高且傳輸可靠性更強。因此,低時延精密輔助場景對 6G 網絡提出了高數據傳輸上下行速率,低空口時延,強網絡穩定性的要求。


通過發揮 6G 網絡的低時延優勢,通訊網絡的安全性與穩定性將會大大提高,因此低時延精密輔助場景將能夠在醫療,制造業等領域廣泛應用。低時延精密輔助場景其中,6G 網絡讓遠程醫療的實現成為可能。醫院的專科醫生在高性能通訊網絡的賦能下,能在觸覺,視覺等多維數據與病人端交互中,對病人遠程實施遠程問診。此外,工作人員通過 6G 通訊網絡,在安全場所傳輸手部移動數據,操縱實驗室內機器人進行高?;瘜W實驗操作,提高了特殊場所下作業的安全性。


8、全息通信網絡需求

全息高精度展示及動態交互效果,對全息通信也提出了相應要求,分別是超高帶寬、超低時延、網絡算力、同步性及網絡安全五個方面。



▲全息通信網絡需求

超高帶寬。與傳統高清和 3D 虛擬視頻相比,全息通信傳輸的流媒體對網絡帶寬的需求將達 Mbit/s 級。攝像頭傳感器(如微軟 KinectforWindowsv2)輸出的1080P圖像,每個像素有 4byte 的彩色數據,深度圖像的分辨率為512dpi×424dpi,每個像素有 2byte 的深度數據,相當于每幀 70.4MB 的原始數據。并且,隨著傳感器和視點數量的增加,在更高的分辨率和幀速率下,需要的網絡帶寬會更高。對于 70 英寸顯示屏,全息通信需要約 1Tbit/s 的網絡帶寬。


使用更高效的圖像壓縮技術和編解碼方案(例如H.266),在一定程度上可以緩和全息通信的帶寬需求,然而未來網絡仍需要超高的帶寬。對毫米波、太赫茲、可見光等更高工作頻段的研究表明,未來網絡可提供的用戶體驗速率能達到100Gbit/s,峰值速度超過 1Tbit/s。與此同時,開發這些新頻譜對天線和射頻技術亦提出了更大的挑戰。


超低時延。與 AR/VR 等強交互沉浸式應用的要求相同,為了讓用戶獲得身臨其境的感覺,全息通信要求網絡必須提供小于 1ms 的端到端時延。


RDMA(remote direct memory access,遠程直接數據存取)技術的出現,解決了網絡傳輸中客戶端與服務器端數據處理所產生的時延。它將數據直接從一臺計算機的內存傳輸到另一臺計算機,無須雙方操作系統的介入。與傳統的TCP/IP 通信模式相比,RDMA 允許高吞吐、低時延的網絡通信,該技術可以進一步降低網絡傳輸時延,在未來網絡的應用場景中具有巨大的發展潛力。


網絡算力。實現全息通信的過程可描述為,首先通過采集端設備獲取對象信息,計算生成全息圖,經過編碼壓縮后進行網絡傳輸,在終端解碼后重建對象的全息圖并顯示出來。由于全息圖包含的信息和數據量巨大,計算時間過長,除了會帶來極大的帶寬負擔外,還會造成很大的 MTP(motion to photons,運動到成像)時延。為了滿足用戶沉浸式體驗,對 AR/VR 等強交互應用而言,MTP 時延要求在20ms以內,對全息通信則要求 10ms 甚至更低。


隨著云計算和 MEC(mobile edge computing,移動邊緣計算)技術的快速發展,未來網絡可通過云端和邊緣端的快速部署解決全息通信的算力需求。


多維度信息同步性。全息圖的生成和傳輸包含了多個維度的信息,這些信息來源于視頻、音頻、觸覺、嗅覺、味覺等。只有當各個維度的信息保持嚴格同步,才能給用戶身臨其境的感覺。因此,在傳輸過程中,來自不同傳感器、不同角度的物體生成全息圖的各個并發媒體流之間需要保持相當嚴格的同步。如何智能化管理這些并發流對未來網絡是個相當大的難題和考驗。


網絡安全。通過全息通信傳輸的全息圖中含有大量的信息數據,包括人臉特征、聲音等敏感信息,需要網絡提供絕對安全的保障,而現有安全技術的使用會增加端到端時延。對時延和安全性的折中考慮是未來網絡需要面對的難題之一。


三、市場已達百億級別,產業鏈全解析

目前,全息技術在軍事、教育、展示、醫學領域均取得了巨大的應用,我國從事全息投影領域的企業數量也從十幾家發展到千余家,市場容量已上升至百億級別。隨著科技的進步和各項技術瓶頸的突破,全息將迎來新一輪的發展。在不久的將來,全息投影將會在工業、商業、醫學、教育、國防等各個領域得到廣泛運用,產生巨大的經濟和社會效益,對人類文明的歷史產生顛覆性的影響。


全息行業產業鏈分為上游、中游、下游三個部分,分別代表了全息行業的基礎層、企業層和產品應用層。


(1)上游基礎層

主要包括全息材料研發與制造商、全息設備零件商、全息技術服務器商和全息芯片商, 上游各個行業根據產業鏈后端的不同需求提供如傳感器、芯片和服務器等各方面的支持。


(2)中游企業層

作為全息產業鏈中服務覆蓋流程最長、服務內容最多樣的部分,其主要包括全息內容公司、設備制造公司和綜合服務公司三大類別。其中全息內容公司提供全息游戲、全息劇場、全息廣告等內容服務;設備制造公司負責生產制造全息投影產品、全息顯示器等服務載體;綜合服務公司提供從技術支持、內容配合到實際部署的全流程服務。


(3)下游應用層

涵蓋了市場上絕大多數的全息技術實際應用場景,是整個產業鏈中用戶感知最強的部分。其產品形態多種多樣,主要包括眼鏡類、3D 屏幕類、空氣成像類、全息存儲類和全息計算類產品等等。


全息行業產業鏈的層級結構如下圖所示:



全息行業產業鏈

1、上游職能與結構

全息產業鏈的上游以服務器、半導體、材料和零件企業為主,為中下游企業提供基礎硬件服務。主要包括云計算、云服務器、服務器硬件設備、芯片、電路元器件、光學器件、有機材料、信號處理設備以及專業儀器。


整個產業中的算力支持由云計算、云服務器和服務器硬件設備提供,包括圖像的采集、處理、傳輸編碼等;芯片或微型集成電路是所有設備的核心處理與控制邏輯單元;電路元器件與光學器件是完成全息業務的支撐;信號處理設備用于銜接不同部分,在整套業務邏輯中的各環節之間進行信號傳遞;全息圖像的采集清晰度和呈現效果由專業儀器決定,例如鏡頭、投影紗幕、材料、零件等。



上游結構

(1) 頭戴式顯示領域

上游主要提供計算、存儲、連接芯片,小型顯示面板,包括頭部追蹤可見光傳感器、眼 動追蹤紅外傳感器,深度傳感器,IMU 傳感器在內的各類傳感器以及電池等。其中小型顯示面板負責將頭戴式的設備中的畫面呈現在人眼前,各種傳感器主要用于信息采集,將外界信號傳入設備并轉換為可處理的數字形式。


(2) 裸眼 3D 屏幕領域

上游提供 LED 中間體材料,全息膜,高速視覺傳感器,全息光柵,以及顯示芯片組,液晶面板,供電模組等,其中各種中間體材料和全息膜均屬于材料范疇。裸眼對 3D 效果的顯示要求更為嚴格,需要采用精度更高的傳感器,例如液晶面板,全息光柵等。


(3) 空氣成像領域

上游主要提供等效負折射率平板透鏡等光學器件。將光線在空間中會聚成像是空氣成像領域與前兩種領域最大的區別,其更側重于對光線的處理,因此需要更多的折射反射等光學器件。全息產業鏈中除了微軟、索尼這樣的行業巨頭,同時廣泛存在著年輕的創新企業,靠著技術創新與發明,探索新的道路,使得整個產業鏈充滿著朝氣、活力與機遇。


上游公司是產業鏈的源頭,目前在基礎材料、核心技術上已經可以提供必要的保障,尤其在頭戴式顯示領域,已經擁有了高精度的傳感器和連接芯片,能夠實現信號采集、輸入和處理。但在裸眼 3D 和空氣成像領域,由于對顯示的3D 效果要求過于嚴格,目前在材料和技術上仍有許多困難需要所有企業共同克服。


2、中游職能與結構

整機產品商、集成服務商和內容設計商處于全息產業鏈的中游。依據面向實際場景中的需求,在上游技術與服務的支持下,提供整機產品銷售、全鏈路服務和全息產品內容設計、建模與呈現等多種類型的服務。


中游結構


(1) 整機產品領域:中游各類公司主要提供全息投影產品、全息顯示器產品、全息AR 產品和全息激光產品等設備的銷售和維護服務。

(2) 集成服務領域:中游各類公司提供全息解決方案,覆蓋休閑娛樂、購物體驗、視頻通話等眾多場景,從全息應用的需求挖掘、場景研究到全息產品的部署與維護,集成服務領域的各個企業打通了全息應用的整個鏈路,面向企業、個人等多方用戶群體提供完整的全息體驗。

(3) 全息內容設計領域:中游各類公司主要提供大眾最直觀感受的全息內容,由于終端用戶與場景的差異眾多, 各個公司在內容設計的定位上也有較大差異,主要涉及全息廣告、全息劇場、全息婚禮、全息游戲和全息偶像等幾個常見的領域。

中游企業分別面向不同的細分領域,如內容生產商、全息集成服務提供商、全息激光廠商、全息采集廠商、以及全息顯示設備制造商。整體而言,中游企業在整機產品和服務提供上已經比較完整,結合上下游企業,使得整個全息產業鏈結構更加豐富。但是由于全息并未真正走入大眾生活,因此在內容設計和互動體驗等方面還有所欠缺,這也是全息在未來發展過程中最需要重點挖掘的方向。

3、下游應用與布局

空氣成像是利用光學原理,將影像在空中立體呈現的顯示技術.空氣成像正在從早期通過營造霧幕等承接介質進行立體內容的空間展示,逐漸向著通過電離空氣、聲鑷、光鑷等技術改變空氣性質的方向發展??諝獬上耦惍a品可分為兩類:


第一類是需要承接屏幕的空氣成像:如霧幕成像、旋轉風扇空氣成像等。


第二類是不需要承接屏幕的空氣成像:此類全息產品技術實現比較困難,實用性相對較差,大多停留在概念階段,未實現量產。如電離空氣成像技術代表公司 Aerial Burton,光鑷全息顯示技術代表團隊 Arthur Ashkin,聲鑷全息顯示技術代表團隊英國撒賽克斯大學。以 Asukanet 公司的ASKA3D Plate 和東超科技為代表的負折射平半透鏡面板等。這些產品通過光場重構技術,在醫療、電梯虛擬按鍵、展覽展示等領域有一定應用。配合成熟的體感設備,可以實現可交互式的空氣全息。


(1) 霧幕投影設備:霧幕立體成像系統技術也被稱為空氣成像、霧屏成像。其原理是空氣屏幕系統可以制造出由水蒸氣形成的霧墻,投影機將畫面投射在上面,由于空氣與霧墻的分子震動不均衡,可以形成層次和立體感很強的圖像。霧幕投影設備包括專有的投影機和基本零件,該系統形成圖像的主要利用空氣以及一個小型機柜,不使用特殊的化學物質。


(2) 旋轉 LED 風扇投影設備:旋轉 LED 風扇投影是利用了人眼的視覺暫留現象,采用旋轉LED 燈條進行空氣成像。旋轉 LED 風扇投影被廣泛應用于展示展覽、廣告傳媒、舞美表演等場景,其優點是價格便宜、易于實現。


(3) 360°全息投影系統:360 °全息投影系統也被稱作 360 度全息和 360 度全息成像,360 度全息投影。它是由透明材料制成的四面錐體,投影機與全息膜呈45°投射,觀眾的視線能從任何一面穿透它。通過表面鏡射和反射,四個視頻發射器將光信號發射到這個錐體中的特殊棱鏡上,匯集到一起后形成具有真實維度空間的立體影像。


(4) 全息顯示立體屏:全息顯示立體屏主要應用了激光旋轉投影技術。激光旋轉投影技術由于噪音和不安全性,并未被廣泛使用。


(5) 可交互式全息空氣成像面板:可交互式全息空氣成像面板通過改變玻璃或樹脂的微觀結構,利用光場重構原理,讓光線在這種微觀結構里多次振蕩、反射、折射,將發散的光線在空中重新匯聚成實像。這種空氣成像技術投影在空中的影像和物體均為實像,因此可以稱之為真正的全息影像。


(6) 電離氣體成像:日本 Scienceand Technology 公司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。
Aerial Burton 公司通過電離空氣成像方法,使用1KHz 的脈沖激光,通過3D 掃描儀將激光反射并聚焦到上方空氣的某一確切位置來傳播激光。激光電離該位置空氣分子,通過各點組成的光的閃爍圖顯示整個全息圖。Holovect 3D 全息圖投影儀根據光的反射、折射與漫射等現象,使用自行研發的技術,控制立體方形范圍中空氣的折射率,讓激光能在特定的位置產生反射與折射。介由調整激光以及不同區塊的空氣折射率,Holovect 可以根據光線的空間信息來繪制出畫 3D 立體圖形。


(7) 光鑷/聲鑷空氣成像:光鑷成像相比于電離空氣成像技術有更好的安全性,該應用的一大亮點是支持觸感反饋與觸覺交互,缺點是分辨率低,需要穩定的環境及亮度低。2018年Arthur Ashkin 團隊采用光鑷技術,利用一束會聚激光在三維方向上控制微粒。英國薩塞克斯大學團隊采用“多模式聲鑷顯示”裝置,通過揚聲器陣列釋放的超聲波引 起空氣震蕩,在三維空間中產生隨時間快速變化的空氣壓強,空氣壓強的變化會產生聲輻射 力,從而推動粒子的快速運動。


(8) 產業成熟度:全息霧幕,LED 風扇全息投影,360°全息投影技術實現難度較低,目前已投入量產,應用在廣告,傳媒等領域,總體成熟度較高。全息空氣成像面板,光鑷/聲鑷空氣成像,電離空氣成像目前限于技術實現,成本等問題還未實現量產,因此成熟度相對較低。


從全息產業發展方向與需求市場來看,目前成熟度較低的不需承接屏幕的空氣全息技術更加具有前景,是目前各廠商的主要目標發展方向。


智東西認為,全息場景將虛擬影像與用戶真實影像進行高度融合,帶來極富沖擊性的體驗。而且,伴隨元宇宙概念的涌現與普及,全息作為重要的底層技術將影響元宇宙的發展進程,并實現更深度的應用體驗。



 
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