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全息原理:你看到的可能是“假全息”,告訴你一個真實的全息術

2019-09-26 12:20:19瀏覽:81 評論:0 來源:中國全息網   
核心摘要:你們肯定有見識過“全息投影”,比如初音歌姬的舞臺演唱會,2015年李宇春的節目《蜀繡》一下子分出三個“春哥”來,甚至是用技術將已故的歌手在舞臺上再現。這些技術像是魔術一般,讓許多不可能發生的事情展現在觀眾眼前,所以很多人就把這些“栩栩如生”的影像當成了“全息技術”的實際運用。然而,你可能看到的是“假全息

你們肯定有見識過“全息投影”,比如初音歌姬的舞臺演唱會,2015 年李宇春的節目《蜀繡》一下子分出三個“春哥”來,甚至是用技術將已故的歌手在舞臺上再現。這些技術像是魔術一般,讓許多不可能發生的事情展現在觀眾眼前,所以很多人就把這些“栩栩如生”的影像當成了“全息技術”的實際運用。

然而,你可能看到的是“假全息”

有一種技術叫做“Pepper's Ghost”(佩珀爾幻象),它是一種光學幻象。引用 Wikipedia 中文版的釋義:

佩珀爾幻象是一種在舞臺上與某些魔術表演中產生幻覺的技術。這種技術借由使用一面平坦的玻璃與特定的光源技術,使物體可以出現或消失,或是變形成其他物體。

這一發現是由英國科學家 John Pepper 發現的,其實現方法也不算困難。首先舞臺需要兩層設置,演員在第一層表演,燈光透過一層玻璃或者膠片照射在演員身上,再通過這層玻璃片反射到放置在第二層的玻璃上,投影在實際上處于第二層的舞臺上,就形成了 Pepper's Ghost 這一現象,如這張圖:

Pepper's Ghost 說明圖

也就是說,你看到的“全息”就是一門光源技術小技巧。

由于當時用于照明的燈光亮度比較低,所以投射出來的影像亮度低,且非常地虛。所以很多時候,這一技術用于在舞臺上模擬鬼魂的效果。而到了現代,由于技術的發展,燈光照明的亮度上去了,并且輔以先進的 CG 技術,就連虛擬形象“立體化”也不在話下。

現代技術中,過去用于反射圖像的玻璃也升級為“全息膜”。全息膜相較于玻璃,其透明度更高。隨著設備升級,產生 Pepper's Ghost 的方法也演化出兩種:

  • 直接將圖像投射到全息膜上

  • 將圖像投射在鏡面上,利用反射投射到呈 45° 角的全息膜上

無論是升級了使用材料,還是改變了投影手法,現代的 Pepper's Ghost 原理并沒有變化。如果你也有興趣,在了解其背后的原理之后,完全可以自己做一個“全息投影”出來。

那么什么能被稱為全息?

要弄清楚這個問題,我們首先要所謂的“全息術(holography)”這個概念。全息(holography)是一個技術名詞,指通過相干光(比如說激光)干涉原理記錄和查看圖像,當合適地將其呈現時,便可以精確地再現被記錄物體的三維外觀。

而在大眾眼里,只要能看見在空中漂浮的光影就會當成“全息圖像”,然而要實現以上的視覺效果有很多方式,甚至可以完全與相干光沒有任何關系。

真正的全息影像是什么樣,各位可以看一段1972年的視頻:Introduction to Holography。視頻里用膠卷記錄了物體的整個三維圖像信息,并通過激光重現出來。


因此要想清楚地區分全息術和其他的光學現象,我們需要弄清楚是什么讓我們產生了三維視覺。當我們看近處的物體時,有 6 個主要的深度線索起到決定性的作用:

  • 透視:遠處的物體看起來更小;

  • 遮擋:近處的物體會擋住處的物體;

  • 雙眼(立體)視差:左右眼看到同一物體的不同視圖;

  • 單眼(運動)視差:當頭部運動時,遠處和近處的物體會以不同幅度運動;

  • 聚合:當眼睛聚焦在近處物體時兩眼視線匯合;

  • 調節:根據物體的距離,眼球相應地調整焦點。

全息術所展現出的影像要滿足以上六個特點,騙過大腦才能被稱為“全息術”。

不過這與一開始我們所知道的定義有些沖突,其中沒有提及過任何關于相干光等詞匯。那么我們不妨結合現實情況,稍做折中:

能夠讓受眾看到三維圖像,且滿足 1-6 點關鍵要素。

Pepper's Ghost 之所以沒有被納入到全息術的范圍里,最大的原因在于,它所展現出的信息并沒有涵蓋物體的全部視覺信息。如果你不在設計好的角度內觀看,完全顯現不出“漂浮影像”的效果。真正的全息影像應該是“萬丈高樓平地起”,無論觀眾在哪個角度觀看都如同見到了實物一般,甚至能穿過影像或者與影像交互。

很負責任的告訴你,如果滿足以上六點關鍵要素,無論是能“憑空造物(影像)”的設備,還是像 HoloLens 這種直接將影像投射到你眼睛中設備,甚至是直接生成虛擬影像 Oculus Rift 和 HTC Vive 都能稱得上是“全息設備”。


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