舞台“全息技术 ”辨析

徐恩慧，张 磊

（1. 上海大学影视学院，上海 200433 )

视频技术

舞台“全息技术 ”辨析

徐恩慧1，张 磊

（1. 上海大学影视学院，上海 200433 )

介绍真正全息技术的摄影和成像原理，以及佩珀尔幻象的原理，简要阐述目前商业市场应用广泛的佩珀尔幻象投影技术在舞台上的成像原理。

全息技术；全息摄影；全息成像；佩珀尔幻象；投影

2015 年羊年央视春晚，李宇春的一曲《蜀绣》重新引发了各界对于全息投影的热情。翻看近年演出市场的报道，就会发现“全息投影”的演出案例正逐步增多，2014年，Billboard Music Awards（公告牌音乐奖，即美国流行音乐排行榜）颁奖礼上的“Michael Jackson（迈克尔·杰克逊）”；2014年，日本和美国巡演中的“初音未来”；2013年，周杰伦演唱会上的“邓丽君”；2013年，West Coast Rock the Bells 中的Eazy-E和OL’Dirty Bastard；2012年，Coachella Valley Music and Arts Festival（柯契拉山谷音乐艺术节）上的Tupac Shakur（图派克·夏库尔）；2011年，江苏卫视跨年演唱会中和周笔畅同台的梅艳芳、张国荣等；2011年，NRJ Music Awards（NRJ音乐奖）上的Black Eye Peas（黑眼豆豆合唱团）；2010年，首次演唱会的“初音未来”；2007年，American Idols（美国偶像）中和Celine Dion（席琳·迪翁)同台的猫王Elvis；2006年，Grammy Awards（格莱美奖）上的Gorillaz（街头霸王）和Madonna（麦当娜）。

1 全息技术的基本原理

图1 全息摄影原理

这里需要说明的是，目前商业上使用的“全息技术”，并非传统意义上的全息概念，也绝非经常被提及的三维摄影。真正的全息技术被分为全息摄影和全息成像两个部分。全息摄影技术包括了利用光波干涉和衍射的物理属性，使用激光，在适当的条件下得到光强的信息，如图1所示。全息成像技术则是对全息摄影过程的重新构建，如图2所示。通过重新提供参考光线来重现全息摄影过程中和被射物体一致的光波条件。区别于传统摄影，全息摄影得到的其实并不是图片本身，而是一系列包含了当时光线强度、密度等资料的信息。因此，仅从全息图中是很难辨别出被射物体的，这类似于观察唱片表面是听不到被记录的声音的。同时，真正的影像全息信息并不是由波浪状的纹路来决定的，而是通过图纹中的斑点状态来描述的。

全息摄影技术由英国匈牙利裔物理学家Dennis Gabor于1947年发明，第一张记录了三维物体的光学全息摄影照片是在1962年由苏联科学家Yuri Denisyuk拍摄，图3显示了Gabor的全息成像。

正是因为如此复杂高深的原理，使得全息技术概念更显神秘，制作成本偏高。但从目前看，在舞台演出、展览展示等行业经常使用的“全息技术”，并非真正意义上的全息技术。近些年商业用途全息技术的发展，其中有很多是依靠全息膜的发展。

目前，演出中最主流的“全息投影技术”源自于一种幻象技术，称作Pepper’s Ghost（佩珀尔幻象），是因科学家John Henry Pepper（约翰·亨利·佩珀尔）在1892年制作反映这一技术的演示装置而得名。令人惊叹的是，早在16世纪就已经开始有人使用该技法，直至今日仍旧被运用在剧院、展馆、主题公园，甚至是魔术表演中，因其推广的成功而广为应用。当下众多的演出就是使用这种方法，Musion公司的产品Musion Eyeliner就是这个技术的发展成果。

图2 全息成像原理

2 佩珀尔幻象投影技术的舞台成像原理

佩珀尔幻象的基本技法非常简单。舞台整体包括了两个空间，一个是观众可见的表演空间，另一个是位于其边上的隐藏空间，又称“蓝屋”（Blue Room）。在表演空间前放置一块平面玻璃，也可是有机玻璃或塑料薄膜，使其角度正好可以把隐藏空间向观众席反射。通常情况下，平面玻璃沿垂直方向旋转45°，同时尽可能地隐蔽放置。当隐藏空间开始变亮时，反射影像开始在表演空间显现，如图4所示，观众透过红色方框看见桌子旁边的幻象，绿色方框是反射玻璃的位置，也可以是有机玻璃或塑料膜，此时，通常会降低表演空间的亮度，来增强幻象的效果；当表演空间光线充足而隐藏空间昏暗时，反射的影像不会被看见，如图5所示，当左侧隐藏空间亮度降低，表演空间内将不再能看到幻象；当左侧隐藏空间亮度增加，表演空间适当降低亮度进行补偿，幻象就又重新回到了表演区域，但不透过反射玻璃无法看见幻象，如图6所示。隐藏空间经常会被设置成表演空间的镜像，这样，反射的影像可以最大限度地和表演空间融合。这种幻象技术对于展现舞台上演员凭空出现或者消失起到了很大的帮助，同时，也可以使被幻象的演员直接变换成站在反射玻璃后面的真实演员。说到这里，文章开头提及的一些舞台演出中各种神秘宾客、梦幻场景的幻化就清楚了。所以，经过精心设计和排练，展现令人惊叹的演出效果也并非困难重重。

图3 Gabor的全息成像

图4 成像效果

图5 不成像的状态

图6 透过反射玻璃看幻象

作为佩珀尔幻象的发展和应用，国内目前对此经常直接以“全息投影技术（Front-Projected Holographic Display）”相称。这样的称呼也在一定程度上混淆了全息技术的概念。

不过，这并不影响此类投影技术在各大演出和活动中越来越广泛的应用，Musion Eyeliner系统就受益于此。Musion Eyeliner系统位于舞台的前方，投影机在舞台的前上方，舞台前下方的地面被设计成高亮度的投影界面，将要投影的素材成像在界面上；从舞台台口斜向上到舞台前上方之间是一张用于反射投影的全息膜，光线通过在全息膜上的反射和折射，最终在舞台上形成幻象，如图7、图8所示。在设计和演出时，通常需要将舞台前下方的投影界面以一定的方式保护起来，形成一个隐藏的空间。由此，尽管空间的分布由左右变成了前后，但依然是佩珀尔幻象的应用。实际上，Musion公司为其在美国注册的专利名称就是“投影装置和佩珀尔幻象方法”（Projection Apparatus And Method For Pepper’s Ghost Illusion）。如果仔细观察各种类似的演出或者活动，就会发现类似的系统搭建。

图7 Musion Eyeliner系统1

图8 Musion Eyeliner系统2

3 投影素材的制作

除了投影方式外，投影素材的制作也在发生变化，前面介绍到的“初音未来”就是通过三维动画渲染出的纯虚拟角色。除了现场演出以外，改进后的装置开始尝试着使用到实时投影中。Musion公司的展示厅就拥有从实时拍摄传输直至投影成像的完整流程演示。而备受关注的制作2014年Billboard Music Awards中Michael Jackson的幕后团队Hologram USA，同样拥有一个虚拟摄影棚，设有26个摄像机位，可以拍摄素材并实时传送到世界任何地方，直至完成投影。也有未经过证实的传言称，此次Michael Jackson的表演其实就是在摄影棚里事先录制好再投影成像的，而表演者就是Micheal Jackson的官方扮演演员Christopher Gaspar。除此之外，目前的视频会议领域也都在尝试使用类似的技术装置。

4 佩珀尔幻象投影技术的缺点

当然，使用类似的技术也会有一些限制和显著的缺点。使用玻璃或有机玻璃作为反射介质，从一定程度上，会影响观众的观看体验，因为玻璃或有机玻璃是非常容易被肉眼识别出来的；进入21世纪以后，因全息投影膜开始快速发展，这才触发此项技术广泛使用。类似技术的另外一个弊病是，膜受空气振动影响的概率很大，室外的风或室内的高分贝音响，都非常容易影响到成像质量。注意观察可以看到，部分演出中的幻象会有明显的抖动感，就是因为这点所致。同时，由于幻象是必须透过全息投影膜才能被看见，因此，观看角度受到一定限制。最后一点，因为舞台前方需要空间进行系统搭建，所以真实演员和观众就会因空间的隔离，从而影响互动效果。

5 结语

需要注意的是，并不是所有演出都使用这一种方式实现。除通过前方投影反射形成幻象这一做法，使用背投技术偶尔也会被归类为“全息投影”，这主要是因为使用了全息膜的缘故。这种情况下，会选择将全息膜贴在其他透明介质之上，比如玻璃等。不过，随着全息膜技术的提高，已有直接使用全息膜而无需依附在其他透明介质上的案例。因为是采用投影机直接投影在全息膜的方式，故称其为“全息投影”，实际上这种说法过于牵强。

全息透明膜实际上并非完全透明，投影时，正面和背面都可以看到显现在介质上的图像。选择背投方式，对外界光线的要求相对敏感，外界越暗，效果越好；另外，进行背投的投影机亮度要求相对于正投的投影机亮度要高出不少。以上提及的两种“全息投影（正投和背投）”是目前商业使用最多的方式，但背投技术在博物馆、展览、发布会、广告、互动投影等领域使用得更为频繁，而演出方面则要少很多。

综上所述，虽然目前常用这两种投影方式都不属于真正意义上的全息技术，但是它们确实给演出、展览展示等领域带来了巨大的变化和丰富的体验。随着全息膜的不断发展，以及灯光控制的进步，未来全息成像技术也一定会不断地发展和完善。

张磊，舞台互动技术设计策划及实施开发人，BZ Studio创始人。他及其团队参与的项目有梦立方互动游戏开发（The Cube China）、中国梦之声（Chinese Idols）、中国好声音演唱会（The Voice of China）、2014郭富城伦敦演唱会、，Laureus‘Spirit of Sport’ official sports magazine、Immersive Flamenco Tour等。

（编辑 杜 青）

Analysis about “Holograph Technology” on Stage

XU En-hui1, ZHANG Lei
(1. School of Film & TV, SHU, Shanghai 200433, China)

This article describes the photography and imaging principles of true holographic technology, as well as the principle of Pepper's ghost. In addition, the writer briefly describes imaging principle of Pepper's ghost projection technology on the stage which is widely used in the current commercial market.

holographic technology; holography; holographic imaging; Pepper's ghost; projection

10.3969/j.issn.1674-8239.2015.04.011