全息投影技术在展示设计中的应用研究

陈 建，王艺涵，姜笑凡，程 欢

（1.信阳学院，河南 信阳 464000；2.河南树墩子文化传媒有限公司，河南 郑州 450001）

0 引 言

展示作为人们传达信息的一种方式，具有促进经济发展、文化传承、教育启示的作用。如何更有效、更具吸引力地宣传展示，一直是人们研究的重点，也是人类文明进程发展的动力。随着网络信息技术的不断发展，展示的方式随之发生一定的变革。以全息投影技术为基础的展示方式以其仿真程度高、沉浸感强、展示成本低等优点，逐渐被使用在一些重要的场合，来实现较好的展示效果。

1 全息投影技术简介

1.1 全息投影技术的概念

全息投影技术是虚拟三维成像技术的一种表现形式[1]。区别于传统投影仅能在二维平面上通过视觉透视规律来表现三维效果的方式，以全息投影技术为基础的展示方式中，观众无需佩戴相关设备即可看到事物的立体形象，如果增加传感设备，还可以达到交流互动的效果，能够营造出较好的观感体验和交互体验效果。

1.2 全息投影技术的发展历程

根据发展的时间节点，全息投影技术大致可分为四个阶段，分别为萌芽阶段、探索阶段、瓶颈阶段以及发展阶段。

（1）萌芽阶段。1947年，英国物理学家丹尼斯·盖博在研究显微镜的过程中，首先提出全息摄影术（Holography）的成像概念[2]。全息投影这一概念由此开始逐步出现在人们的视线当中。

（2）探索阶段。1960年，激光器的发明，解决了全息投影过程中相干性受限的问题。全息投影技术在这一时期得到一定发展。1962年，苏联科学家尤里·丹尼苏克拍摄了第一张实际记录了三维物体的光学全息投影照片[2]。美国密歇根大学雷达实验室的工作人员利思和乌帕特尼克斯在基本全息术的基础上，将通信行业中的“侧视雷达”理论应用在全息术上，发明了离轴全息技术[3]，使全息投影的成像效果得以显著提高。本顿于1969年发明了彩虹全息术，降低了全息投影对于光源的要求。

（3）瓶颈阶段。在二十世纪七八十年代，全息投影技术成为当时科学家们比较热衷的领域。许多人纷纷投入到全息投影技术领域的研究中。这一时期，全息影像技术主要处于技术的发展与沉淀阶段。因此，在这一时期，关于全息影像技术的突破较少。

（4）发展阶段。进入21世纪之后，随着信息技术和材料技术的快速发展，全息影像技术的表现形式出现了多样化。2001年，全息膜技术被研究出来；2006年，360度幻影成像技术被广泛应用；2008年，3D全息显示屏被研发出来；2014年，三维全息投影芯片被成功研发；2017年，全息风扇屏被研发并投入使用。

2 全息投影技术的分类及原理

从广义角度来说，全息投影属于全息影像的一种，但在具体成像原理上，二者却有一定区别。真正意义上的全息影像技术是利用光的干涉与衍射原理，记录并再现物体真实三维图像的一种技术[4]，但该技术实现难度较大，目前仅在影视作品中出现。广大研究人员一直未放弃对全息技术的研究。在研究人员的努力下，全息技术在全息投影方面取得了一定的突破，呈现方式也逐渐变得多样。汇总其呈现方式，大致可归纳为投影反射原理成像和视错觉原理成像两种。

2.1 投影反射原理成像

2.1.1 金字塔全息投影

金字塔全息投影成像主要是利用光的反射原理，将光信号反射到锥体中的棱镜上。光信号汇集到一起后，形成具有真实物体影像的空间形态，如图1所示。

图1 金字塔全息投影

2.1.2 全息膜投影

在成像原理上，全息膜投影的成像方式与全息金字塔成像原理相似，都是将投影或LED画面映射在全息膜上，通过反射的方式呈现出全息影像。与全息金字塔可以四面观看不同，全息膜投影只能从正面观看才能获得最好的视觉体验。如图2所示。

图2 全息膜投影

2.1.3 水幕投影

水幕投影方式主要是通过设备制造大量水雾，以腾起的水雾作为信息展现的载体，通过投影设备在水幕上投射影像，即可形成三维立体的影像效果。由于其需要水雾作为载体的投影方式，受场地和环境影响较大，目前主要应用于一些室外大型场地。

2.2 视错觉原理成像

视错觉原理成像的主要应用是全息风扇。主要利用了人眼的视觉暂留效应，通过LED风扇旋转形成的视觉残留，形成连续完整的画面，“欺骗”人类的大脑，让人们所见的物体形成立体的3D观感。

3 全息投影技术在展示设计中的应用

与传统方式的展示相比，以全息投影技术为基础的展示方式具有仿真程度高、沉浸感强、展示成本低等优点，能很好地满足现代商业、文化、娱乐等的展示所需。对全息投影技术在展示设计中的应用进行研究[5]，对于推动展示技术的进步，促进商业、文化、娱乐等的发展具有重要意义。

3.1 在文博展示中的应用

在文博展示中，利用全息投影的展示方式，首先可以通过虚拟仿真的方式再现文物的样式，以及修复文物等，能在一定程度上降低展示成本，减少文物在安保、运输等过程中的风险。例如，在2012年上海世博会白俄罗斯的展馆中，为防止文物在运输、展览中的损坏，技术人员就采用了全息投影的展示方式，不仅降低了文物运输展示过程中的风险，而且拉近了受众与异国珍宝之间的距离。其次，新颖的展示方式能够吸引受众的关注，融入互动效果的展示方式能够打破以往文物展示过程中展柜、围栏等的限制，增加受众的体验感，提高产品展示的效果。

3.2 在舞台艺术中的应用

随着信息技术的不断发展，融合全息投影、运动捕捉等技术的新型舞台表现形式在近些年备受青睐。在舞台艺术中融入全息投影等技术，首先能够将现实中难以表现的场景表现出来，虚实结合的舞台效果，更能给观者带来震撼的观感体验；其次，虚拟仿真的场景可以节约一定的舞台道具，能够达到节约成本的效果；最后，这种形式能够弥补传统舞台在场景转换过程中人员需求量大、速度慢、具有潜在的危险性以及故障风险等问题，能在一定程度上提高受众的观感体验。

3.3 在商业展示中的应用

借助虚拟仿真的优点，全息投影展示技术在商业广告展示中能够将正在研发、还未上市或者体量大、不方便直接展示的商品进行虚拟展示，如机械剖面、产品细节等。全息投影360°的展示方式能够方便受众详细了解产品的性能，观察产品细节，与产品互动，不仅能满足受众对产品信息的获取，而且能降低商家展示产品的成本。

2022年5月，广汽丰田新雷凌的发布会采用了全息投影的展示方式。全新的展示方式不仅给受众带来极大的震撼，而且其裸眼3D、虚拟交互的展示效果还将以往产品展示过程中难以展示的车辆结构、零件剖面等细节详尽展示，达到了良好的展示效果。

3.4 在教育中的应用

在传统的教学模式中，教学设备等因素会造成部分学生难以观察、理解教师所讲授的知识点。随着全息影像技术的完善，虚拟仿真投影的方式在教学中的应用，可以突破传统课堂空间的限制，能将大量教育资源进行虚拟展示，更符合现在疫情影响下的课堂教学所需，而且，融入全息投影的教学方式还能给学生带来更多的参与感，例如，可以把书本上二维的图片信息转化为三维的模型或视频动画信息，通过视听以及交互的方式提高学生学习的兴趣，增强学生对于知识的掌握与理解。

4 结 语

全息投影技术作为当下先进的展示技术，在商业发展、文化传播、科技进步等方面起到了重要作用。在未来的发展中，全息投影理论的发展和技术的进步都将促进展示技术向人性化、科技化、低成本化、互动性、沉浸体验方向发展。展示设计相关从业人员应该深入研究全息投影技术，为推动展示设计的理念和思维进步而努力，从而真正实现技术与艺术相统一。