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你看到的是“假全息”,告诉你一个真实的全息术

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你们肯定有见识过“全息投影”,比如初音歌姬的舞台演唱会,2015年李宇春的节目《蜀绣》一下子分出三个“春哥”来,甚至是用技术将已故的歌手在舞台上再现。这些技术像是魔术一般,让许多不可能发生的事情展现在观众眼前,所以很多人就把这些“栩栩如生”的影像当成了“全息技术”的实际运用。

然而,你可能看到的是“假全息”

有一种技术叫做“Pepper's Ghost”(佩珀尔幻象),它是一种光学幻象。引用 Wikipedia 中文版的释义:

佩珀尔幻象是一种在舞台上与某些魔术表演中产生幻觉的技术。

这种技术借由使用一面平坦的玻璃与特定的光源技术,使物体可以出现或消失,或是变形成其他物体。

这一发现是由英国科学家 John Pepper 发现的,其实现方法也不算困难。首先舞台需要两层设置,演员在第一层表演,灯光透过一层玻璃或者胶片照射在演员身上,再通过这层玻璃片反射到放置在第二层的玻璃上,投影在实际上处于第二层的舞台上,就形成了 Pepper's Ghost 这一现象,如这张图:

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Pepper's Ghost 说明图

也就是说,你看到的“全息”就是一门光源技术小技巧。

由于当时用于照明的灯光亮度比较低,所以投射出来的影像亮度低,且非常地虚。所以很多时候,这一技术用于在舞台上模拟鬼魂的效果。而到了现代,由于技术的发展,灯光照明的亮度上去了,并且辅以先进的 CG 技术,就连虚拟形象“立体化”也不在话下。

现代技术中,过去用于反射图像的玻璃也升级为“全息膜”。全息膜相较于玻璃,其透明度更高。随着设备升级,产生 Pepper's Ghost 的方法也演化出两种:

  1. 直接将图像投射到全息膜上
  2. 将图像投射在镜面上,利用反射投射到呈45° 角的全息膜上

无论是升级了使用材料,还是改变了投影手法,现代的 Pepper's Ghost 原理并没有变化。如果你也有兴趣,在了解其背后的原理之后,完全可以自己做一个“全息投影”出来。

那么什么能被称为全息?

要弄清楚这个问题,我们首先要所谓的“全息术(holography)”这个概念。全息(holography)是一个技术名词,指通过相干光(比如说激光)干涉原理记录和查看图像,当合适地将其呈现时,便可以精确地再现被记录物体的三维外观。

而在大众眼里,只要能看见在空中漂浮的光影就会当成“全息图像”,然而要实现以上的视觉效果有很多方式,甚至可以完全与相干光没有任何关系。

真正的全息影像是什么样,各位可以看一段1972年的视频:Introduction to Holography。视频里用胶卷记录了物体的整个三维图像信息,并通过激光重现出来。

因此要想清楚地区分全息术和其他的光学现象,我们需要弄清楚是什么让我们产生了三维视觉。当我们看近处的物体时,有6个主要的深度线索起到决定性的作用:

  1. 透视:远处的物体看起来更小;
  2. 遮挡:近处的物体会挡住处的物体;
  3. 双眼(立体)视差:左右眼看到同一物体的不同视图;
  4. 单眼(运动)视差:当头部运动时,远处和近处的物体会以不同幅度运动;
  5. 聚合:当眼睛聚焦在近处物体时两眼视线汇合;
  6. 调节:根据物体的距离,眼球相应地调整焦点。

全息术所展现出的影像要满足以上六个特点,骗过大脑才能被称为“全息术”。

不过这与一开始我们所知道的定义有些冲突,其中没有提及过任何关于相干光等词汇。那么我们不妨结合现实情况,稍做折中:

能够让受众看到三维图像,且满足1-6点关键要素。

Pepper's Ghost 之所以没有被纳入到全息术的范围里,最大的原因在于,它所展现出的信息并没有涵盖物体的全部视觉信息。如果你不在设计好的角度内观看,完全显现不出“漂浮影像”的效果。真正的全息影像应该是“万丈高楼平地起”,无论观众在哪个角度观看都如同见到了实物一般,甚至能穿过影像或者与影像交互。

钛极客很负责任的告诉你,如果满足以上六点关键要素,无论是能“凭空造物(影像)”的设备,还是像 HoloLens 这种直接将影像投射到你眼睛中设备,甚至是直接生成虚拟影像 Oculus Rift 和 HTC Vive 都能称得上是“全息设备”。

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