全息影像還有一點神奇之處,即使將全息照片剪碎,每張碎片也包含了物體全部光學信息,透過這些碎片,就像透過望遠鏡看世界,隨著觀察角度的改變,可以看到不同的部位。普通照片則無法做到這一點,這是由于全息的特殊記錄方式,使其每一處都包含了被記錄物體所有的光學信息。
通過全息照片的碎片也可以看到全部信息。來源:youtube
那么,我們生活中鋪天蓋地的“全息裸眼3d體驗”是真正意義上的全息嗎?《星球大戰》中機器人投射出的三維影像、《鋼鐵俠》炫酷的懸空操作界面是未來全息的樣子嗎?
作者以為:實際上,靜態全息影像的記錄和還原技術已經相對成熟,而嚴格意義上的動態全息影像,需要脫離顯示介質,直接在空氣中形成360度無死角觀看的像,還并未問世。全息概念和理論最初由英國匈牙利裔科學家丹尼斯·蓋伯(Gábor Dénes)在20世紀40年代提出,在60年代被實現,應該特指利用激光,以干涉條紋的方式記錄并還原立體影像的技術方法。
如今市場上將全息技術與三維影像技術劃等號,實則不嚴謹,全息實際上也可以看做是實現三維影像、立體觀感的一種方式,與其他技術相對平行。目前,只有全息技術可以記錄還原相位信息,“物理”屬性很突出,而要區分市面常見的真偽全息,最簡單粗暴的判定方式是:立體觀感是否受到觀察角度與距離的影響,若有影響,則非真全息。
科幻電影中的全息影像。來源:youtube
全息藝術作品。來源:youtube
接下來,我們介紹幾種在市面上經常與“全息”概念混淆,但可以實現立體觀感的技術方式。
我們將以下幾種技術歸為“偽全息”,市面上經常自稱“全息”。注意,“偽”并不是貶義詞,這些技術大都有較好的視覺效果且受限較少、應用場景廣泛、商業化程度高,只是與“全息”的原始概念有較大偏差,作者認為它們也許可以跳出全息的定義框,自立門戶。
鏡面反射視錯覺
3D illusion maker。來源:youtube
這款像飛碟一樣的產品,內部都是鏡子,當把玩具青蛙放到底部時,在開孔處特定角度觀看,會感覺青蛙趴在小孔上面,仿佛觸手可及,伸了手卻“竹籃打水一場空”,令人火大。這個“惡作具”有很真實的三維立體效果,其實是利用了凹面鏡反射成像原理。
實體青蛙的光線經過兩個盤子內凹面鏡的各種鏡面反射,在小孔處形成了一個反向的虛像,觀測者從反射光焦點的角度觀看到虛像,就看見了“懸浮”的青蛙。
魔術師、布景師對于這種利用鏡面反射實現的視錯覺效果如數家珍,創造了很多經典、有趣的玩法。
鏡面反射裝置藝術。來源:wiki
利用視覺錯覺,還可以實現更神奇的三維立體效果。想象一下,一塊無邊屏幕放在面前,全黑背景中懸浮著一只大煙斗,沒人會覺得煙斗是漂浮在實際空間中的,因為還有這塊屏幕在眼前,那么,如果屏幕就像一塊玻璃,只顯示一只懸浮的煙斗,透過背景就像通過潔凈無暇的玻璃看景色,我們就會產生一種這個煙斗就是懸浮在我們所處空間的錯覺,立體感極強。這就是市面上大多數稱為“全息”技術的基本盤,其實是我們的眼睛被“騙”了。
這種“偽全息”技術的實現方式則多種多樣,利用視錯覺、投影、數碼技術等方法將影像在有一定透明度的介質上呈現,由于成像介質如若隱形,“影像”仿佛“活”在真實空間中。
3d風扇屏
led風扇屏。來源:youtube
3D風扇屏利用視覺暫留現象,扇葉上裝有數控Led燈珠陣列,高速旋轉時,顯示的畫面形成連續的動態效果,在較暗的環境下人眼無法捕捉到高速旋轉的扇葉,充當成像介質的扇葉被“隱去”,只能看到前景的影像,給人一種影像在真實空間中漂浮的立體感錯覺。當然,這種成像方式從側面和背面無法觀察。
佩珀爾幻象
佩珀爾幻象(Peppers ghost)技術應用廣泛,相對成熟,歷史悠久,起初為舞臺魔術表演而設計,現在多用于游樂場、鬼屋、舞臺演出等領域。周杰倫與鄧麗君的隔空對唱,麥當娜與虛擬樂隊的跨次元同臺,Burberry秀場驚艷的“影分身”都是利用了這項技術實現。
鄧麗君與周杰倫同臺演唱。來源:wiki
將“半透半反”薄膜在舞臺上與地板呈45°傾斜放置,黑色背景的影像(例如演員表演影像、特殊視覺效果等)在平行于地面的上空播放,透過薄膜,影像與地面呈垂直角度顯現,通過控制室內燈光,臺下觀眾從正面無法看到作為成像介質的這層膜和黑色背景,誤以為“影像”中的演員也在舞臺地板上表演。
薄膜在舞臺上與地板呈45°傾斜放置。來源:youtube
Peppers ghost需要在特定角度觀看,一般為舞臺前方,越往兩側、越遠,三維效果越差。
網絡上有豐富的“360度全息”DIY教程,在手機屏幕上倒立放置金字塔形透明塑料板,對應每個透明塑料板面,播放黑色背景的視頻,透過金字塔,從正面觀看,即可看到立體的影像。
以下的技術我們認為可以歸為“類全息”,與“偽全息”相比,其技術門檻更高,與全息的概念更接近,以“數字”或“物理”的方式記錄及還原物體光學信息并形成三維立體影像,但并沒有脫離顯像介質,有些需要需要佩戴設備,有些受觀看角度限制,有些暫時無法呈現復雜影像。
光場全息
我們的左右眼接收到的光學信息,反映出的圖像都略有不同,大腦根據左右眼對同一物體的信息差異判斷距離,進而產生立體空間感。這就是視差(parallax)的概念,利用視差,模擬人眼習慣,即可實現一些立體的效果。
任天堂的3Ds游戲機就是利用了視差原理,在屏幕上同時顯現兩個影像,使玩家感受到“裸眼3d”效果。
任天堂3ds裸眼3d效果。來源:youtube
“Looking Glass”這款產品同樣利用了視差原理,類似于我們小時候在格尺上經常看到的光柵動畫,換個角度就會看到不同的圖像,“Looking Glass”的開發者編寫了一種算法,將2d圖像實時轉換成50個不同水平觀測角度的圖像,再通過一塊特制的多層合成厚玻璃進行分光、過濾,相當于每一層顯示不同的角度,最終呈現可以裸眼觀察的三維圖像,這種技術目前被稱為“光場全息”。
Looking Glass產品圖。來源:youtube
XR技術
還記得2021春晚周杰倫表演的《莫吉托》嗎?直播中,周杰倫在充滿古巴風情和孟菲斯藝術的三維動畫空間中起舞漫步,其實這些畫面在現場并不存在,而是運用了延展現實XR(Extended reality)技術將這些虛擬元素與表演者和真實空間同步合成,嚴絲合縫的呈現在屏幕中。隨著增強現實、混合現實等技術的發展、應用,我們的真實世界與虛擬世界交相輝映,“莊周夢蝶”也許會成為全人類共同的話題。
春晚周杰倫表演的《莫吉托》。來源:CCTV.COM
XR通過數字計算技術,結合現實情景與虛擬環境,并實現一定的人機互動;其中包含增強現實(AR)、混合現實(MR)、虛擬現實(VR),所有的立體影像、效果都需要佩戴設備或通過屏幕來呈現,雖然數字掃描、建模、影像、交互等技術發展將使各類XR的顯像效果越來越接近于真實,其“虛擬”的數字本質則與“全息”的物理本質有一定差別,從最初的概念來看,不應屬于傳統的真全息。
交互式空氣投影
Interactive Aerial Projection。來源:youtube
交互式空氣投影(Interactive Aerial Projection)與“海市蜃樓”現象異曲同工,最初由麻省理工大學的研究生Chad Dyne 研究發明。無需佩戴附加裝置,用戶既可以觀察到三維的影像,又可以在其中進行手勢交互。