全息投影

高超 杜曉紅 趙世超 康健

【摘要】 1947年由斯蓋伯（Dennis Gabor）提出全息技術，并于2003年首次成功應用于全息投影技術中。全息投影技術（frontprojected holographic display）也稱虛擬成像技術是利用干涉和衍射原理記錄并再現物體真實的三維圖像的技術。本文致力于探索研究全息虛擬成像技術，并將它用于全息舞美演藝（全息舞美演藝是我中國科技部數字影視特效及舞美應用示范課題組對全息技術結合舞臺演出的舞美演藝形式），課題組利用亞克力板制作金字塔全息投影模型，通過不斷的探索改進加以大膽構想與創新，進行全息投影實驗，并成功實現全息投影技術，且通過實踐，設計舞臺節目并在3DMAX中將需要制作的全息物品建模，制作出全息影像視頻，使人物與全息影像進行切實互動，在實際場地通過全息投影完成一場完整的舞臺秀，并加以延伸將全息投影應用于商業展示中。

【關鍵詞】 全息投影 全息投影實驗 全息投影應用前景

全息影像是真正的三維立體影像，觀眾不需要佩戴帶立體眼鏡或其他任何的輔助設備，就可以在不同的角度裸眼觀看立體影像，由于全息再現象光波保留了原有物光波的全部振幅與相位的信息，故再現象與原物有著完全相同的三維特性，全息投影技術不僅可以產生立體的逼真的空中幻像，通過排練還可以使產生的幻像與表演者產生互動，一起完成表演，產生令人震撼的演出效果。

一、全息投影的發展歷史

1947年，英國匈牙利裔物理學家丹尼斯·蓋伯發明了全息投影術獲得了1971年的諾貝爾物理學獎，該項技術由該公司在1947年12月申請了專利（專利號GB685286）。第一張實際記錄了三維物體的光學全息投影照片是在1962年由蘇聯科學家尤里·丹尼蘇克拍攝的。1969年，本頓發明了彩虹全息術，20世紀60年代末期，古德曼和勞倫斯等人提出了新的全息概念——數字全息技術，開創了精確全息技術的時代。2001年德國國家實驗室首創研發了全息膜技術，而魔幻效果的技術則由丹麥公司ViZoo在2006年研發出來。2008年，美國亞利桑那州大學打造了展現大腦的可更新的3D全息顯示屏，這是世界上首批3D全息顯示屏之一。他們用全息膜搭建了一個倒金字塔形的幾何模型，利用四臺投影機投射的視頻圖像，在金字塔里經過一系列的光學衍射后匯合成為全息圖像，看起來就像有實物漂浮在空中。

二、全息投影實驗

全息投影在將來生活中必會占領很大的市場，也會對我們的日常生活帶來樂趣與方便， 因此我們進行了多次全息投影試驗，以將此技術應用于全息舞美演藝和商業展示。

一、實驗目的：用簡易工具檢測利用克力板是否可以實現全息效果。

實驗構想：將亞克力板做成四棱錐形狀，用IPAD將處理好的視頻投影在亞克力模型的各個面上，使其呈現全息效果，并且可以360度看到成像的前后左右面。

材料：角度為75°的等腰三角形的小塊亞克力板4片，厚度5mm，膠帶。

工具：熱熔膠膠槍

放映工具：Ipad 1臺

實驗過程：將亞克力板切割為頂角為75°底邊為10公分的等腰三角型，將四個三角形的內部用膠帶固定貼成為金字塔狀，然后用熱熔膠將每個面固定，之后除掉之前固定用的膠帶，這樣一個簡易的全息模型就制作完成了。然后找到事先 準備好的全息視頻，按照前左后右的順序，并且將每個視頻的中線等距離交于最終視頻的中心點，將視頻中心點位置對準全息模型的四棱錐定點，將投放設備垂直于全息模型，發現在金字塔內形成一個360度的立體影像，即全息影像。

實驗結果：克力板可以實現全息特效的展示。

實驗總結：經過反復試驗，初步確定亞克力板制作的小三角形頂角為75°，粘合以后每個面坡度為50度的全息模型可以實現全息效果。

實驗發現的問題：投射設備的投影大小，和四個面的成像大小比例問題。

因此結合上次試驗，我們進行再次測試。

試驗目的：結合上次實驗，進行大型模型的搭建和投影試驗，利用一個投影儀投射出全息效果。

試驗材料：普通投影儀、5mm亞克力板模型。

試驗準備：5mm厚的亞克力板，確定頂角為75°，底邊1m，進行切割并且進行粘貼。

實驗過程：用投影儀將視頻投射到墻壁上對模型反射。

實驗結果：實現了全息投影，但是出現了以下問題：

2.1受環境光影響，模型上成像亮度變弱。

2.2收板材厚度影響，模型成像出現重影。

2.3受投影儀光入射角度影響，在模型上會出現光斑。

2.4投影儀借助其他反射的材質問題仍需解決。

試驗總結：需要對大型模型的投影角度和投射方式進行反復試驗，以實現試驗目的。

經過多次試驗與討論我們又產生新的想法：

2.5全息3D霧幕投影，將水通過高壓霧化器進行霧化，自上向下進行噴霧，并且通過擋板與風機確定噴霧方向、速度、霧化程度、霧幕厚度、霧幕的形成與迅速消失。

當然，目前這只是一種設想，實驗結果還有待考證。

三、全息投影技術的應用前景

1、全息投影舞臺。通過多次試驗，課題組已基本掌握全息投影技術，并真正將其應用到全息舞美演藝中，并且在3DMAX中將需要制作的全息產品建模，然后在同一水平高度和與產品相對距離的前后左右各假設一臺攝像機，用來模仿投影中人眼看到產品的前后左右四個位置。然后將4臺攝像機分別渲染，根據投影位置進行渲染合成全息視頻，加上人物表演，人物與影像互動，營造了亦真亦幻的神秘氛圍，效果奇特，時尚美觀，具有科技感、空間感、透視感，形成空中幻象真假難辯，產生令人震撼的神奇效果。隨著全息技術的不斷發展與逐步完善，其在演藝活動，舞臺美術中的應用會越來越廣泛。比如，滿足觀眾多樣化的觀賞需求、在觀眾席設立一些互動效果，將美輪美奐的畫面帶到觀眾面前，給人一種虛擬與現實并存的雙重世界，帶給人們夢幻的立體的感受。

2、全息投影應用于商業展示。在服務和銷售行業中，盡可能的吸引消費者的目光才是最重要的。全息展示柜，是我中國科技部數字影視特效及舞美應用示范課題組依據全息虛擬成像研究成果結合商業展示需求制作的能夠實現180°、270°、360°虛擬現實效果的展示柜，可以使人們發揮想象力描述想要的場景而不必擔心實物場景的局限，對于創造者來說全息投影系統也會帶來更大的創作發揮空間。

3、全息投影照片。我們的生活被無數的數字影像所包圍，數字形式的照片、影像己經基本代替了膠卷相機和紙制照片，數字照片、影像可放在電腦、手機等設備上來觀看，即便于存儲，也避免了大部分損壞，消費者可將各種全息投影照片放置在全息投影相框中，相對于電子照片，全息投影照片的視覺效果和感官體驗是全新的、震撼的。

四、結語

全息投影技術在藝術領域的應用，必將會促進全息科技的不斷提高；進而全息投影技術也會應時代而來，被廣泛的應用于社會的各個方面。全息投影這一新技術將會在藝術、工業、商業、醫學、國防、公共安全、現代測試等各個領域全面展開，產生顯著的社會效益和經濟效益。無疑，未來全息投影技術市場發展潛力將是不可估量的。

參 考 文 獻

[1]羅鵬，呂曉旭和鐘麗.數字全息技術研究進展及應用[J].激光雜志，2006.

[2]全息技術在我國視覺藝術領域的應用研究 劉紹龍 李中豪 槐 雪 （北京師范大學2010（11）

[3]王典民 激光全息照相技術[M] 吉林科學技術出版社 1993 2-8