全息投影

高超 杜晓红 赵世超 康健

【摘要】 1947年由斯盖伯（Dennis Gabor）提出全息技术，并于2003年首次成功应用于全息投影技术中。全息投影技术（frontprojected holographic display）也称虚拟成像技术是利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像的技术。本文致力于探索研究全息虚拟成像技术，并将它用于全息舞美演艺（全息舞美演艺是我中国科技部数字影视特效及舞美应用示范课题组对全息技术结合舞台演出的舞美演艺形式），课题组利用亚克力板制作金字塔全息投影模型，通过不断的探索改进加以大胆构想与创新，进行全息投影实验，并成功实现全息投影技术，且通过实践，设计舞台节目并在3DMAX中将需要制作的全息物品建模，制作出全息影像视频，使人物与全息影像进行切实互动，在实际场地通过全息投影完成一场完整的舞台秀，并加以延伸将全息投影应用于商业展示中。

【关键词】 全息投影 全息投影实验 全息投影应用前景

全息影像是真正的三维立体影像，观众不需要佩戴带立体眼镜或其他任何的辅助设备，就可以在不同的角度裸眼观看立体影像，由于全息再现象光波保留了原有物光波的全部振幅与相位的信息，故再现象与原物有着完全相同的三维特性，全息投影技术不仅可以产生立体的逼真的空中幻像，通过排练还可以使产生的幻像与表演者产生互动，一起完成表演，产生令人震撼的演出效果。

一、全息投影的发展历史

1947年，英国匈牙利裔物理学家丹尼斯·盖伯发明了全息投影术获得了1971年的诺贝尔物理学奖，该项技术由该公司在1947年12月申请了专利（专利号GB685286）。第一张实际记录了三维物体的光学全息投影照片是在1962年由苏联科学家尤里·丹尼苏克拍摄的。1969年，本顿发明了彩虹全息术，20世纪60年代末期，古德曼和劳伦斯等人提出了新的全息概念——数字全息技术，开创了精确全息技术的时代。2001年德国国家实验室首创研发了全息膜技术，而魔幻效果的技术则由丹麦公司ViZoo在2006年研发出来。2008年，美国亚利桑那州大学打造了展现大脑的可更新的3D全息显示屏，这是世界上首批3D全息显示屏之一。他们用全息膜搭建了一个倒金字塔形的几何模型，利用四台投影机投射的视频图像，在金字塔里经过一系列的光学衍射后汇合成为全息图像，看起来就像有实物漂浮在空中。

二、全息投影实验

全息投影在将来生活中必会占领很大的市场，也会对我们的日常生活带来乐趣与方便， 因此我们进行了多次全息投影试验，以将此技术应用于全息舞美演艺和商业展示。

一、实验目的：用简易工具检测利用克力板是否可以实现全息效果。

实验构想：将亚克力板做成四棱锥形状，用IPAD将处理好的视频投影在亚克力模型的各个面上，使其呈现全息效果，并且可以360度看到成像的前后左右面。

材料：角度为75°的等腰三角形的小块亚克力板4片，厚度5mm，胶带。

工具：热熔胶胶枪

放映工具：Ipad 1台

实验过程：将亚克力板切割为顶角为75°底边为10公分的等腰三角型，将四个三角形的内部用胶带固定贴成为金字塔状，然后用热熔胶将每个面固定，之后除掉之前固定用的胶带，这样一个简易的全息模型就制作完成了。然后找到事先 准备好的全息视频，按照前左后右的顺序，并且将每个视频的中线等距离交于最终视频的中心点，将视频中心点位置对准全息模型的四棱锥定点，将投放设备垂直于全息模型，发现在金字塔内形成一个360度的立体影像，即全息影像。

实验结果：克力板可以实现全息特效的展示。

实验总结：经过反复试验，初步确定亚克力板制作的小三角形顶角为75°，粘合以后每个面坡度为50度的全息模型可以实现全息效果。

实验发现的问题：投射设备的投影大小，和四个面的成像大小比例问题。

因此结合上次试验，我们进行再次测试。

试验目的：结合上次实验，进行大型模型的搭建和投影试验，利用一个投影仪投射出全息效果。

试验材料：普通投影仪、5mm亚克力板模型。

试验准备：5mm厚的亚克力板，确定顶角为75°，底边1m，进行切割并且进行粘贴。

实验过程：用投影仪将视频投射到墙壁上对模型反射。

实验结果：实现了全息投影，但是出现了以下问题：

2.1受环境光影响，模型上成像亮度变弱。

2.2收板材厚度影响，模型成像出现重影。

2.3受投影仪光入射角度影响，在模型上会出现光斑。

2.4投影仪借助其他反射的材质问题仍需解决。

试验总结：需要对大型模型的投影角度和投射方式进行反复试验，以实现试验目的。

经过多次试验与讨论我们又产生新的想法：

2.5全息3D雾幕投影，将水通过高压雾化器进行雾化，自上向下进行喷雾，并且通过挡板与风机确定喷雾方向、速度、雾化程度、雾幕厚度、雾幕的形成与迅速消失。

当然，目前这只是一种设想，实验结果还有待考证。

三、全息投影技术的应用前景

1、全息投影舞台。通过多次试验，课题组已基本掌握全息投影技术，并真正将其应用到全息舞美演艺中，并且在3DMAX中将需要制作的全息产品建模，然后在同一水平高度和与产品相对距离的前后左右各假设一台摄像机，用来模仿投影中人眼看到产品的前后左右四个位置。然后将4台摄像机分别渲染，根据投影位置进行渲染合成全息视频，加上人物表演，人物与影像互动，营造了亦真亦幻的神秘氛围，效果奇特，时尚美观，具有科技感、空间感、透视感，形成空中幻象真假难辩，产生令人震撼的神奇效果。随着全息技术的不断发展与逐步完善，其在演艺活动，舞台美术中的应用会越来越广泛。比如，满足观众多样化的观赏需求、在观众席设立一些互动效果，将美轮美奂的画面带到观众面前，给人一种虚拟与现实并存的双重世界，带给人们梦幻的立体的感受。

2、全息投影应用于商业展示。在服务和销售行业中，尽可能的吸引消费者的目光才是最重要的。全息展示柜，是我中国科技部数字影视特效及舞美应用示范课题组依据全息虚拟成像研究成果结合商业展示需求制作的能够实现180°、270°、360°虚拟现实效果的展示柜，可以使人们发挥想象力描述想要的场景而不必担心实物场景的局限，对于创造者来说全息投影系统也会带来更大的创作发挥空间。

3、全息投影照片。我们的生活被无数的数字影像所包围，数字形式的照片、影像己经基本代替了胶卷相机和纸制照片，数字照片、影像可放在电脑、手机等设备上来观看，即便于存储，也避免了大部分损坏，消费者可将各种全息投影照片放置在全息投影相框中，相对于电子照片，全息投影照片的视觉效果和感官体验是全新的、震撼的。

四、结语

全息投影技术在艺术领域的应用，必将会促进全息科技的不断提高；进而全息投影技术也会应时代而来，被广泛的应用于社会的各个方面。全息投影这一新技术将会在艺术、工业、商业、医学、国防、公共安全、现代测试等各个领域全面展开，产生显著的社会效益和经济效益。无疑，未来全息投影技术市场发展潜力将是不可估量的。

参 考 文 献

[1]罗鹏，吕晓旭和钟丽.数字全息技术研究进展及应用[J].激光杂志，2006.

[2]全息技术在我国视觉艺术领域的应用研究 刘绍龙 李中豪 槐 雪 （北京师范大学2010（11）

[3]王典民 激光全息照相技术[M] 吉林科学技术出版社 1993 2-8