光影交错间不一样的3D体验

曾经，我们幻想着：在未来，人类可以完全抛弃电视、电脑、手机这些用屏幕进行显示的产品，只要像在科幻大片中那样随手一挥，多页图表或照片直接出现在面前，再一挥手眼前的内容就自然切换，甚至能够让不同时空的人面对面进行交谈……所有这些，都被统称为全息技术。如今，这样的科幻场景逐渐变成现实。

全息（hologram）是一个合成词，源自希腊语的holos（全部）+gramma（信息），顾名思义，它是记录并重现物体全部光学信息的一种技术。那么，光学信息包括什么呢？我们都知道，光可以被看作是一种波，那么波的振幅、波长、相位等信息都是“全息”的收集对象。

全息影像与普通影像在视觉观感上最大的区别就是所谓的“立体感”，而营造“立体感”的关键因素则是光所携带的相位信息。我们人眼能看到物体是由于物体本身发光或反光，这些光线就像是连入眼睛的数据线，将物体的各种光学信息传送到我们眼中，从而认知物体。

真正的全息影像可以不通过任何其他介质，在空气中就能显示出影像，而且观看角度可以随意变换，体验者能够在三维立体的画面之中穿梭自如。但目前我们所能看到的关于全息3D的应用，大多运用的是一种“伪装”的全息技术，即全息投影。

第一种原理：干涉原理

在投影之前，需对所投的“影”进行录制，这是全息投影技术的第一步，即利用干涉的原理对光波信息进行记录，完成拍摄的过程。在拍摄过程中，激光器将一部分激光辐照被摄物体，形成漫射式的物光束，另一部分激光则作为参考光束射到全息底片上并与物光束相叠加产生干涉，干涉作用将物体光波上各点的相位和振幅转换成在空间上变化的强度，并利用干涉条纹间的反差和间隔将其全部信息记录下来。记录着干涉条纹的底片经过显影、定影等处理后，便成为一张全息图，即全息照片。

第二种原理：衍射原理

完成拍摄过程形成全息图后，第二步便是基于该全息图利用衍射的原理再现物体光波信息，完成成像过程。在成像过程中，全息图受相干激光照射，形成原始像和共轭像两个图像，其再现的图像具有很强的立体性和视觉效果。由于全息图的每一部分都记录了物体上各点的光信息，因此全息图的每一部分都能再现原物体的整个图像，经多次曝光后还可以在同一张底片上记录多个不同的图像，而且能互不干扰地分别显示出来。

●实现真正意义上的裸眼3D电影

到目前为止，在电影投影技术中，我们都是采用佩戴偏振光眼镜而实现3D效果。但这并不是真正的3D，因为它最终是在二维银幕上成像的。如果把全息技术应用到电影技术上，那么真正的3D电影将是脱离银幕在三维空间中上演的，完全不需要偏振眼镜，实现裸眼3D技术。2010年，日本人在初音未来的演唱会上，就通过全息技术让这个虚拟偶像出现在现实空间。随着全息技术的日渐成熟，全息3D走进电影院指日可待。

●在通信设备中的运用

虚拟键盘

随着科技的进步、微电子以及集成电路的发展，各种电子设备都逐渐从大体型转变为高度集成的迷你型。高度集成在给人们带来方便的同时，也改变了对个人电脑的传统定义，比如键盘等设备由实体变为虚拟。运用全息技术虚拟出一个键盘，同时采用激光传感技术，让我们能够在虚拟的键盘上进行操作。

全息视频

视频聊天已经不是电脑的专有功能，通过手机同样能实现视频聊天。而全息技术则可以把想要与之聊天的人的立体图形成像在我们面前，这将是继计算机通信时代后的又一个伟大的里程碑。

●在医学中的应用

全息显微术

全息显微术是全息和显微相结合的技术，与一般显微技术相比，它能储存标本物的整体。这一技术不需要制备标本物的切片，尤其是对一些活的标本，用高功率的连续光或者脉冲激光照下全息图即可，全息图能长期保存，再现像具有立体性，能显示样品的细节。

●在教学中的运用

与二维的视频授课不同，全息投影课堂是一项实现三维图像记录和再现的技术，观众不需要佩戴3D眼镜，就能看到立体的虚拟人物。学生在课堂上能看到来自世界各地、形象栩栩如生的教授甚至已故名家，聽着他们的讲课就仿佛真的置身于他们的课堂之中。

全息技术还原的教师具有高度真实、实时互动的特点，打破传统直播教学的互动局限性，更好地增强现场感，使学生身临其境。“全息教师”不会取代或减少现实课堂，而是将为教学提供更加灵活的方式。这种全新的教学方式会给教育带来革命性改变，实现地球人“跨时空学习、元宇宙教学”。

●在军事领域的利用

全息技术可以弥补一般的空中、水下监视系统的不足。例如，一般雷达系统只能探测到目标的远近、方位和运动速度等，而全息监视系统能提供目标的三维图像。这对国防军事具有重要意义，因为及时识别目标是飞机还是导弹，是潜艇还是鱼雷，对于军事决策极其重要。全息技术应用于军事，将使通信、导航、定位检测等技术发生实质性的变化。

●再现形象

2012年，数字领域工作室利用视觉特效重现了好莱坞经典明星的形象。一个经典的案例是把美籍非裔饶舌男歌手Tupac Shakur作为一个特殊的3D全息图重现。通过使用替身演员，他们创造了一个逼真的数字化身，不仅可以把Tupac的声音从过去带回来，还可以创造原汁原味的演唱内容，就像歌手还在身边。这种技术在国内也不鲜见，如在周杰伦2013年的演唱会上，主办方利用全息技术再现了邓丽君的逼真形象，让邓丽君与周杰伦一起对唱。其实不管是人物、动物，还是文物，通过全息技术，我们都可以将其重现。

随着全息技术的发展与成本的下降，近些年来，越来越多的全息投影技术被应用在舞台节目和产品展览中。不过，目前全息技术的应用还停留在基础阶段，它的未来远不局限于此。

全息技术体现了科技的进步，为多个领域带来了革命性的变化。它不仅改变我们获取信息、进行交流和创造艺术的方式，还给科学研究、医疗健康、安全防伪等领域带来深远的影响。随着技术的更新和发展，全息技术在未来将为人类社会带来更多的便利和创新。