3D全息投影技術的發展應用

【摘要】：3D全息投影技術可以表現物體的三維圖像，其與傳統3D技術相比的最大優勢是觀眾無需佩戴3D眼鏡，這是一大技術進步。隨著時代不斷發展，觀眾也越發追求專業的享受，2D向3D的轉變是相關技術的一次重要進步，而裸眼3D技術則通過3D全息投影得到了一定程度的實現，探討技術原理、發展過程和具體應用，有利于技術的進步和推廣。

【關鍵詞】：3D全息投影技術；技術原理；發展；應用

前言：在現代舞臺劇、院線電影、大型博物館中，3D技術的運用非常常見，通過3D技術，觀眾可以看到立體的虛擬人物、動物等，極大提升觀影、參觀效果，為求進一步提升3D技術，3D全息投影技術被發明，并得到了很快的推廣，在現有技術條件下，3D全息投影可以較好的滿足需求，但可以預見的是，隨著生活水平的不斷提升，該技術還有相當的進步空間。

一、3D全息投影技術的原理

3D全息投影技術利用的是光的干涉和衍射原理，將物體影像、動作進行記錄，之后以三維的形式再現，該技術的核心是光的干涉和衍射。

在進行影像動作等的記錄時，利用的是光的干涉原理，通過激光輻照目標物體，形成漫射光束，同時在以另一個激光光源輻照全息底片，兩個光束形成疊加、互相干涉，目標物體的位相、振幅等相關信息被記錄下來，利用物體動作時產生的干涉條紋等，對全息底片進行顯影、處理，即可生成全息照片。在應用照片進行3D顯影時，應用的是光的衍射原理，顯像同樣需要相干激光，兩個不同激光光源分別進行照射，全息照片會出現兩個不同的像，一個是原始像，另一個是共軛像，由于記錄在全息照片中的包括相位和振幅等多種信息，因此顯示出來的像具有很強的立體感，為求獲得更強的真實感，可以進行多次曝光處理，將各種影像分別顯示出來，再通過疊加等手段合成一個影像。

3D全息投影技術可以再現較為逼真的影像，很大程度上改變了人們的觀影方式，為各行業所重視，在一些交互較多的、受眾較多的場合被廣泛使用，包括酒吧、博物館、舞臺等[1]。

二、3D全息投影技術的發展應用

（一）3D全息投影技術的發展

3D全息投影技術的發展經歷三個重要事件，兩次在美國，一次在日本，最終促成了技術的誕生、應用。

3D全息投影技術的第一個里程碑出現在美國，一位理工研究生利用海市蜃樓的原理，將影像投映在水蒸氣上，由于水蒸氣中的水分子和空氣分子相互碰撞，震動十分明顯，而且存在不規律性，因此呈現出的影響具有很強的立體感和層次感，這次實驗引起了一定程度的關注，使相關人員意識到3D技術實現的可能。其后，日本一家公司利用氮氣和氧氣形成的混合氣體作為顯示對象，使用激光束投射3D影像，效果比水蒸氣更好，其主要原理是氣體在空中化學變化產生的不斷振蕩，這種變化持續時間短暫，雖然3D效果尚可，但很難大規模應用，第三次3D影像的嘗試在美國著名學府南加大，科研人員利用高速旋轉的鏡子作為顯示對象，投射影像，獲得了一定程度的成功，并開創了3D影像嘗試的新思路。

（二）3D全息投影技術的應用

目前常用的3D全息投影技術包括180度投影技術、270度投影技術和360度投影技術三種，根據不同需要被應用于各類場所[2]。

180度投影技術適合于單面顯示，比如大型舞臺，可以進行大面積成像顯示，觀感強烈。270度投影技術適合于凸型舞臺等場所，成像面積可以根據舞臺大小自由選擇。360度投影技術是目前最好的3D全息投影技術，適合于任何舞臺、場所，觀眾可以在任何角度觀看。

在進行3D全息投影技術應用時，無論舞臺還是博物館、酒吧等場所，都需注意燈光的控制，燈光的影響是3D全息投影能否成像的關鍵。由于3D全息投影技術本身是通過激光光源進行成像，如果其他背景燈等光線在成像過程中對成像目標產生干擾，圖像很可能受到影響甚至消失，因此在舞臺等處，最好采用LED成像燈或者帶有切割成像功能的電腦燈，同時將燈光投射范圍控制在成像范圍之外，也需嚴格控制其他光源進入舞臺[3]。

三、3D全息投影技術的衍生技術和未來應用

（一）3D全息投影技術的衍生技術

1.360度幻影成像技術

360度幻影成像技術是3D全息投影技術的主要衍生技術之一，很多名車、名表、珠寶展示會用到360度幻影成像技術，較之以往的展示技術，其突出優勢是直觀、互動性強、融合度高。

360度幻影成像技術可以將三維畫面懸浮在空中，通過柜體、分光鏡、照射光源等設備即可完成技術展示，其原理與3D全息投影技術相同，同樣不需要觀眾佩戴眼鏡，而成像效果良好，可以展示超過2米以上的大型物體，同比例完全模擬一個人物、動物等[4]。

比如汽車展示，傳統屏幕展示缺乏立體感，只是從普通電視廣告變成了大屏幕電視廣告，本質上沒有區別，形式陳舊，可以表達的信息有限，車展上很多參觀者對此幾乎毫無興趣，而在應用了360度幻影成像技術后，立體的展示吸引力明顯增加，也可以更直觀的表達汽車的各類信息，參觀者甚至可以通過操作3D汽車模型進行旋轉和部件的分解展示，深入了解汽車的各部件構造、性能等，同時，車展的主持人員可以利用360度幻影技術的成像進行結合度更高的講解，使汽車的各項指標、優勢更深入的嵌入參觀者的頭腦中。

（二）3D全息投影技術的未來應用

3D全息投影技術的未來應用，很可能出現普及的趨勢，基于科技以人為本的精神，該技術的未來應用將很大程度上集中在民用方面。比如家用、企業用等。

家用方面，目前的3D技術除了3D全息投影技術外，還有偏光3D、快門3D、色差3D三種形式，其中色差3D和偏光3D的成像效果較差，快門3D雖然成像效果良好，造價卻較為昂貴，而且鏡片的閃爍問題始終無法解決。未來的3D全息投影技術很可能在家用3D方面得到實現。從目前的3D全息投影技術設備來看，這種實現并非不可能，只需簡化相關設備、降低其專業化水平和造價即可，企業方面，目前部分博物館已經應用了3D全息投影技術，由于造價方面的原因，尚未完全普及，對其設備進行簡化處理，只保留3D成像的基本功能，未來面向企業推廣也是完全可行的[5]。

總結：3D全息投影技術的出現和發展，是3D技術的一次重要變革，其成像效果良好，是目前3D投影方面較為先進的技術，從發展歷程、應用情況上看，3D全息投影技術依然有一定的進步空間和巨大的商業價值，探討其相關知識、未來發展，有助于技術的進一步發展和應用。（指導教師：毛洋）

參考文獻：

[1]曾紅宇，張波. 3D全息投影技術在數字出版物中的應用探索[J]. 科技與出版，2015，11：101-104.

[2]葛菲，莫彥峰. 淺析3D全息投影技術對現代廣告與設計專業的影響[J]. 藝術教育，2016，05：198-199.

[3]楊振華，徐文杰，潘偉. 全息投影技術的發展及在產品設計教學中的應用初探[J]. 亞太教育，2016，19：107-108.

[4]佘林子. 3D全息投影技術在展示設計中的應用[J]. 現代裝飾（理論），2016，08：22.

[5]樓木. 基于MATLAB的3D全息及計算全息圖的編碼和再現研究[D].南昌大學，2013.