來源：量子位

博雯 發自 凹非寺

量子位 報道 | 公眾號 QbitAI

星艦企業號和克林貢戰列巡洋艦又打起來了。

咳，忽略掉兩個迷你模型，看看它們互相發射的“光子魚雷”。

這可不是只能從正面觀察的二維投影，也不是計算機渲染的特效，而是真實存在于物理空間，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：

然而這是計算機渲染的特效。

或者是虛擬偶像演唱會：

但這也是利用佩珀爾幻象（Pepper’sghost）形成的偽全息。

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

而現在，楊百翰大學（Brigham Young University）的研究者們，則通過激光束捕捉物理粒子，創造出了真正的能夠漂浮在空氣中的，動態的立體圖像：

光學陷阱顯示下的立體圖形

想象在一個充滿灰塵的房間中，用強光一照，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。

利用激光來照射實體粒子并使其向四處反光也同理。

而現在，如果我們能控制這個粒子的軌跡，并且讓這個粒子在這個軌跡上進行極快的周期性運動（scan），那么此時粒子反光的軌跡就會形成一個立體圖像。

這就是OTD（Optical Trap Display），光學捕捉顯示技術。也是BYU電機工程學教授Dan Smalley和他的團隊在這個項目里所使用的核心技術。

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。

當粒子被拖曳穿過空間時，可見光會通過激光束將其照亮，形成一條運動路徑。

而如果這時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，其位置和顏色都可以被改變，從而形成顏色各異的動態體積圖像（volume image）。

除此之外，研究團隊還利用透視投影（Perspective Projection）技術，隨著觀看者視角的移動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，以增加對圖像體積或深度的感知。

這時，你就完全可以環繞圖像一圈，360度無死角地去觀察它了：

科幻照進現實

好，先來試個光劍對決：

噗……不笑不笑。因為這些自由浮動的全息圖像，本身是在固定體積大小的空間中，由激光束捕捉粒子構建的，所以只能生成微小的3D全息圖。

團隊里的Wesley Rogers表示，如果要構建一座真實大小的山峰模型，那也必須有一個體積相同甚至更大的空間，來捕捉這整個空間中的粒子。

這顯然是不現實的，于是他們使用了一些視覺技巧，如運動視差（Motion Parallax）技術：

來使場景中移動的圖像在顯示時，看起來比實際要大得多：

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

對此，研究團隊做了一個與人交互的小型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效果在旋轉、爬行或爆炸。

電影制作、物品展覽、舞臺表演……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

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