星艦企業(yè)號和克林貢戰(zhàn)列巡洋艦又打起來了。

咳，忽略掉兩個(gè)迷你模型，看看它們互相發(fā)射的“光子魚雷”。

這可不是只能從正面觀察的二維投影，也不是計(jì)算機(jī)渲染的特效，而是真實(shí)存在于物理空間，能從任何角度觀察的“立體”圖像。

全息投影

一說到全息投影，腦子最先蹦出來的是鋼鐵俠：

然而這是計(jì)算機(jī)渲染的特效。

或者是虛擬偶像演唱會(huì)：

但這也是利用佩珀?duì)柣孟螅≒epper’s ghost）形成的偽全息。

這些全息技術(shù)所產(chǎn)生的投影，本質(zhì)上與電影放映一樣，都是對光這一電磁波的控制，且還尚不能完全擺脫介質(zhì)（如電影幕布）呈現(xiàn)3D效果。

而現(xiàn)在，楊百翰大學(xué)（Brigham Young University）的研究者們，則通過激光束捕捉物理粒子，創(chuàng)造出了真正的能夠漂浮在空氣中的，動(dòng)態(tài)的立體圖像：

光學(xué)陷阱顯示下的立體圖形

想象在一個(gè)充滿灰塵的房間中，用強(qiáng)光一照，你就能看到飛舞的灰塵反射光線，在空氣中形成許多小亮點(diǎn)。

利用激光來照射實(shí)體粒子并使其向四處反光也同理。

而現(xiàn)在，如果我們能控制這個(gè)粒子的軌跡，并且讓這個(gè)粒子在這個(gè)軌跡上進(jìn)行極快的周期性運(yùn)動(dòng)（scan），那么此時(shí)粒子反光的軌跡就會(huì)形成一個(gè)立體圖像。

這就是OTD（Optical Trap Display），光學(xué)捕捉顯示技術(shù)。也是BYU電機(jī)工程學(xué)教授Dan Smalley和他的團(tuán)隊(duì)在這個(gè)項(xiàng)目里所使用的核心技術(shù)。

他們先使用激光束捕捉空氣中的微小物理粒子，然后快速移動(dòng)。

當(dāng)粒子被拖曳穿過空間時(shí)，可見光會(huì)通過激光束將其照亮，形成一條運(yùn)動(dòng)路徑。

而如果這時(shí)以高于眼睛的閃爍速率每秒重新繪制10次以上，就能通過視覺的持久性來形成圖像。

并且，在粒子的移速足夠快時(shí)，其位置和顏色都可以被改變，從而形成顏色各異的動(dòng)態(tài)體積圖像（volume image）。

除此之外，研究團(tuán)隊(duì)還利用透視投影（Perspective Projection）技術(shù)，隨著觀看者視角的移動(dòng)來修改圖像的邊緣及視差，在背景生成模擬的非體積圖像點(diǎn)，以增加對圖像體積或深度的感知。

這時(shí)，你就完全可以環(huán)繞圖像一圈，360度無死角地去觀察它了：

科幻照進(jìn)現(xiàn)實(shí)

好，先來試個(gè)光劍對決：

噗……不笑不笑。因?yàn)檫@些自由浮動(dòng)的全息圖像，本身是在固定體積大小的空間中，由激光束捕捉粒子構(gòu)建的，所以只能生成微小的3D全息圖。

團(tuán)隊(duì)里的Wesley Rogers表示，如果要構(gòu)建一座真實(shí)大小的山峰模型，那也必須有一個(gè)體積相同甚至更大的空間，來捕捉這整個(gè)空間中的粒子。

這顯然是不現(xiàn)實(shí)的，于是他們使用了一些視覺技巧，如運(yùn)動(dòng)視差（Motion Parallax）技術(shù)：

來使場景中移動(dòng)的圖像在顯示時(shí)，看起來比實(shí)際要大得多：

而對比大多數(shù)還是要求觀眾盯著屏幕展現(xiàn)效果的3D投影，這項(xiàng)技術(shù)所展現(xiàn)的物理的，而非幻象的投影，真正做到了幻覺與真人的互動(dòng)。

對此，研究團(tuán)隊(duì)做了一個(gè)與人交互的小型demo：

△棍狀小人在手指上跳躍

想象一下，未來圍繞著電影演員的將不再是等待后期制作特效的空氣，或者綠色皮套的特效演員，而是粒子所組成的真實(shí)效果在旋轉(zhuǎn)、爬行或爆炸。

電影制作、物品展覽、舞臺(tái)表演……還有科幻電影里所描繪的更多的三維投影的未來，每一天，都在離我們更近。

參考鏈接：[1]https://phys.org/news/2021-05-hologram-experts-real-life-images-air.html[2]https://www.youtube.com/watch?v=N12i_FaHvOU[3]https://www.nature.com/articles/s41598-021-86495-6.pdf