由著*導(dǎo)演張藝謀執(zhí)導(dǎo)的G20峰會(huì)文藝演出4日晚在杭州西湖震撼上演，據(jù)介紹，此次演出使用了全息投影技術(shù)，將科技手段和自然環(huán)境完美融合，成為演出最大亮點(diǎn)之一。張藝謀透露說，這一次在場(chǎng)地上應(yīng)用了一種全息的處理，展現(xiàn)影像和人的互動(dòng)關(guān)系。演出結(jié)束后，演出美圖刷爆各級(jí)屏幕，現(xiàn)場(chǎng)觀眾紛紛表示，簡(jiǎn)直身臨其境，如入畫中。全息投影是什么技術(shù)呢？來了解下吧！

    全息技術(shù)簡(jiǎn)介

    全息（Holography）（來自于拉丁詞匯，whole+ drawing的復(fù)合），特指一種技術(shù)，可以讓從物體發(fā)射的衍射光能夠被重現(xiàn)，其位置和大小同之前一模一樣。從不同的位置觀測(cè)此物體，其顯示的像也會(huì)變化。因此，這種技術(shù)拍下來的照片是三維的。

    全息投影技術(shù)（front-projected holographic display）也稱虛擬成像技術(shù)是利用干涉和衍射原理記錄并再現(xiàn)物體真實(shí)的三維圖像的技術(shù)。全息投影技術(shù)不僅可以產(chǎn)生立體的空中幻像，還可以使幻像與表演者產(chǎn)生互動(dòng)，一起完成表演，產(chǎn)生令人震撼的演出效果。

    發(fā)展歷史

    1947年，英國(guó)匈牙利裔物理學(xué)家丹尼斯·蓋伯發(fā)明了全息投影術(shù)，他因此項(xiàng)工作獲得了1971年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。其實(shí)，這個(gè)發(fā)明是蓋伯在英國(guó)BTH公司研究增強(qiáng)電子顯微鏡性能手段時(shí)的偶然發(fā)現(xiàn)，此后，這項(xiàng)技術(shù)也就一直應(yīng)用于電子顯微技術(shù)中，在這個(gè)領(lǐng)域中被稱為電子全息投影技術(shù)。

    直到1960年激光的發(fā)明才使全息投影技術(shù)取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。第*張實(shí)際記錄了三維物體的光學(xué)全息投影照片是在1962年由蘇聯(lián)科學(xué)家尤里·丹尼蘇克拍攝的。與此同時(shí)，美國(guó)密歇根大學(xué)雷達(dá)實(shí)驗(yàn)室的工作人員艾米特·利思和尤里斯·烏帕特尼克斯也發(fā)明了同樣的技術(shù)。尼古拉斯·菲利普斯改進(jìn)了光化學(xué)加工技術(shù)，以生產(chǎn)高質(zhì)量的全息投影圖片。

    全息圖像成像原理

    普通照相，只能記錄物體光場(chǎng)的強(qiáng)度（復(fù)振幅模的平方），它不能表征物體的全部信息。采用全息方法，同樣也是記錄光場(chǎng)的強(qiáng)度，但它是參考光和物光干涉后的強(qiáng)度。對(duì)采用如此方法記錄下來的光強(qiáng)（晶體或全息膠片中），利用參考光再現(xiàn)時(shí)，可以將全面表征物體信息的物光的復(fù)振幅表現(xiàn)出來。

    全息圖像的拍攝與重現(xiàn)要利用光的干涉與衍射原理。首先，得具備相干光源。所謂相干光，是指兩束滿足相干條件的光，這兩束光在相遇區(qū)域需要滿足：①振動(dòng)方向相同；②振動(dòng)頻率相同；③相位相同或相位差保持恒定。由于激光具有很好的空間相干性和時(shí)間相干性，為全息照相提供了一個(gè)理想的光源，這也是為什么自1960年激光發(fā)明后，全息照相技術(shù)得到快速發(fā)展的原因。

相干光示意圖

    第*步，利用干涉原理記錄物體光波信息，此即拍攝過程：被攝物體在激光輻照下形成漫射式的物光束；另一部分激光作為參考光束射到全息底片上，和物光束疊加產(chǎn)生干涉，把物體光波上各點(diǎn)的位相和振幅轉(zhuǎn)換成在空間上變化的強(qiáng)度，從而利用干涉條紋間的反差和間隔將物體光波的全部信息記錄下來。記錄著干涉條紋的底片經(jīng)過顯影、定影等處理程序后，便成為一張全息圖，或稱全息照片。

全息照相示意圖

    第二步，利用衍射原理再現(xiàn)物體光波信息，這是成像過程：全息圖猶如一個(gè)復(fù)雜的光柵，在相干激光照射下，一張線性記錄的正弦型全息圖的衍射光波一般可給出兩個(gè)像，即原始像（又稱初始像）和共軛像。再現(xiàn)的圖像立體感強(qiáng)，具有真實(shí)的視覺效應(yīng)。全息圖的每一部分都記錄了物體上各點(diǎn)的光信息，故原則上它的每一部分都能再現(xiàn)原物的整個(gè)圖像，通過多次曝光還可以在同一張底片上記錄多個(gè)不同的圖像，而且能互不干擾地分別顯示出來。

全息影像再現(xiàn)示意圖

    全息投影的發(fā)展及運(yùn)用

    促使全息投影在短短的一段時(shí)間內(nèi)就蓬勃發(fā)展的關(guān)鍵原因是低成本的固體激光器的大規(guī)模生產(chǎn)，如DVD播放機(jī)和其他的一些常用設(shè)備中所使用的激光器。這些激光器對(duì)全息投影的發(fā)展也產(chǎn)生了極大的促進(jìn)作用。這些廉價(jià)的體積又很小的固體激光器可以在某些條件下與最初用于 全息投影的那些大型的昂貴的氣體激光器相媲美，因此使得預(yù)算較低的研究者、藝術(shù)家甚至業(yè)余愛好者都可以參與到全息投影研究中來。

    從事全息投影設(shè)備生產(chǎn)的廠家也有很多。例如，德國(guó)Sax 3D公司，很多我們?cè)谘莩獣?huì)、T臺(tái)中所見到的全息投影表演都來自于這家公司所提供的全息投影技術(shù)。這種技術(shù)應(yīng)用到舞臺(tái)當(dāng)中時(shí)，擁有超高分辨率的激光投射裝置（一般是2個(gè)以上的專業(yè)投影儀交叉投射）會(huì)將功率較高的光線投射在固定的介質(zhì)之上。而這個(gè)介質(zhì)，一般都是擁有高透光率的一塊半透明幕布，且折射精度要做到每像素100納米級(jí)別。在個(gè)別時(shí)候，瀑布、水幕、甚至云彩 也都可以充當(dāng)這個(gè)“介質(zhì)”的角色，只不過應(yīng)用場(chǎng)景不同罷了。

周杰倫演唱會(huì)中所使用的巨型“金字塔式”全息投影

    除了 “幕布式”全息投影技術(shù)，“金字塔形”全息投影也是一種相對(duì)廉價(jià)的解決方案。在沒正式使用幕布式全息投影技術(shù)之前，對(duì)高科技非常感興趣的周杰倫就曾在幾年前的“超時(shí)代演唱會(huì)”中使用過“金字塔形”全息投影。

    從上述幾種全息投影方案來看，它們無一例外的使用了半透膜或類似載體作為顯像所需的“屏幕”。早前，日本的Aerial Burton宣布研究出了以空氣為介質(zhì)的全息投影技術(shù)，號(hào)稱不需要任何屏幕就能在空氣中投射影像，據(jù)介紹，該套空氣投影系統(tǒng)使用了一系列精準(zhǔn)調(diào)節(jié)的激光發(fā)射器，選擇性的電離空氣分子使之發(fā)出白光。不過，從Aerial Burton展示的圖片可以看出，這種以空氣為介質(zhì)的全息投影技術(shù)仍處于一個(gè)不是很實(shí)用的雛形階段。

Aerial Burton公司以空氣為介質(zhì)的全息投影技術(shù)

    Ostendo 是美國(guó)的一家新創(chuàng)公司，兩年前，他們宣稱正在研發(fā)三維全息投影芯片，可以嵌入到移動(dòng)設(shè)備中實(shí)現(xiàn)三維全息投影。據(jù)介紹，他們研制的第二款投影芯片，將可以實(shí)現(xiàn)全息三維投影，立體影像可以漂浮在空氣中，看上去就像是一個(gè)真實(shí)存在的物體。但到目前為止，似乎沒有更多這方面的報(bào)道，打開Ostendo 的網(wǎng)站，也看不到關(guān)于產(chǎn)品及技術(shù)的介紹，只看到幾句宣傳語：“Ostendo的 QPI技術(shù)將助力微型投影儀嵌入到智能手機(jī)中,實(shí)現(xiàn)下一代移動(dòng)3D全息顯示”。不過，前不久，康得新宣布投資Ostendo進(jìn)軍VR硬件領(lǐng)域。或許，不久的將來，我們就能看到這種可以給智能手機(jī)等便攜設(shè)備帶來全息投影體驗(yàn)的產(chǎn)品了，拭目以待吧！