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中国创造最薄全息图,“全息手机屏” 或将诞生

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要说科幻电影里最酷的技术是什么,全息图像肯定会名列前茅。不论是钢铁侠还是阿凡达,这种全角度3D图像技术的出场总是带着浓浓的科幻风。虽然现在已有全息图像技术出现,但是其体积和技术的限制还不能实现科幻作品中的随时随地投射。

不过现在,我们离便携式全息图像又近了一步。

中国科学家创造出世上最薄全息图,“全息手机屏” 或将诞生

图丨阿凡达里“母亲树”的全息图像

近日,由顾敏院士领导的北京理工大学和皇家墨尔本理工大学联合研究团队创造出了一款只有25纳米薄的全息图,为目前世界之最。由于该全息图像是由光刻技术所生产出来,因此比现有的电脑生成全息图在大规模生产及使用方面有着极大的优势。在此之外,顾院士还表示:“现有的电脑生成全息图像对于电子设备来说太大了,但是我们的超薄全息图可以打破体积的限制。

简单来说,全息图像技术是使用一个2D平面对可视光进行调制,使其看起来有3D的感觉。由于需要在光线中产生足够的相位移,现有全息图像技术的厚度需要处于可视光波波长的范围内(400-700纳米)。

但是,顾院士团队却使用拓扑绝缘体材料打破了这一限制,成功实现25纳米的全息图像技术。拓扑绝缘体是一种具有奇特量子特性的材料。其表面折射率极低,但材料主体的内部却有着极高的折射率。因此,这层拓扑绝缘体薄膜可以作为光谐振腔,大幅度提高全息图像调制相位移的能力,减少对厚度的要求。

中国科学家创造出世上最薄全息图,“全息手机屏” 或将诞生

顾院士表示,当全息图像融入日常生活中的电子设备之后,屏幕大小将失去意义。因为一款弹出的3D全息图所含有的信息量将远超手机或手表屏幕所能提供的。不论是医疗,教育,数据存储,国防,还是网络安全行业,3D全息图像都有引发一场产业革命的潜力,而此项发明意味着我们离那一天的到来又近了一步。

如今,该研究团队下一个目标将为发明一款可以覆盖在LCD屏幕上的坚硬全息图薄膜,把3D全息图像融入手机和平板的移动设备。若想要实现这一目标,研究人员需要在纳米级别上继续缩小每个像素的体积,至少要缩小10倍以上。之后,更为长远的目标将为创造出可变形的全息图薄膜,打开全息图像的应用市场。

如何将3D全息影像漂浮起来?

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在刚刚结束的CES 2017展会上,来自世界各地的高科技厂商都拿出了自己的“秘密武器”,为了能够呈现更好的展示效果,不少厂商对展台、产品摆放位置、角度都进行了严格设计,为的就是能够吸引大家的眼球。其实要说最抢眼的展示方案,我想应该是英国伦敦新创公司 Kino-mo 推出的3D浮空全息投影。

智笔记22:如何将3D全息影像漂浮起来?
智笔记22:如何将3D全息影像漂浮起来?

在本次展会上中,Kino-mo给大家介绍并展示了一个3D浮空全息投影,顾名思义其投影出来的影像可以直接悬浮在空中,相比传统的全息投影显然要灵活自由的多。其实Kino-mo也不是第一次参加CES了,去年他们同样也在CES中展出了全息投影技术,只不过那时候并没有加入悬浮和3D效果,当时的看点是极为逼真细腻的全息影像,经过一年时间的研发,这一次Kino-mo带来的3D悬浮全息投影在保证影像逼真度的前提下,加入了3D和悬浮效果。

智笔记22:如何将3D全息影像漂浮起来?

Kino-mo的联合创始人Art Stavenka表示如此震撼的全息投影影像是透过一个名为“Hypervsn”的装置来进行投放,Stavenka 深知不少厂商在参加各种展会的时候希望给参观者带来更为亮眼的展示效果,只不过碍于成本和内容设置复杂等方面的问题,至今全息投影仍未被广泛投入到商品展示和营销推广市场中。

智笔记22:如何将3D全息影像漂浮起来?

而Hypervsn没有十分复杂的线路设计,主要由芯片、磁铁、发光二极管(LED)技术及螺旋桨叶片整合而成。在操作设置方面,Hypervsn不仅安装方便、即插即用,内容创建也相当快捷,透过无线网络便可将内容文件传输到云端平台串联使用,该装置售价从1000美元至3000美元不等,这个主要是取决于Hypervsn装置的大小。

智笔记22:如何将3D全息影像漂浮起来?

Hypervsn所输出的3D悬浮全息投影可以用于室内展示外,甚至还能安装于自行车车轮上,不管是在静止状态或骑行中都能清晰显示影像。当有媒体问到这款投影设备是否会在未来走进家庭取代电视时,Stavenka表示不排除有这样的可能。笔者认为,如果这项技术完善并且这个设备能够得到普及,那么像《星球大战》那种通过3D影像进行通讯的日子就离我们不远了。

全息投影显示器面世 可描绘原有物体的三维图像

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全息3D显示技术大家一定在好莱坞科幻大片里经常见到,打电话时可以看到对方的全息影像,或是在空气中的全息投影上操作各种高科技设备。幻想终将会变成实,随着3D影像技术的不断发展,全息3D技术也在突破层层壁垒。

全息投影显示器面世 可描绘原有物体的三维图像

Holovect Mk II是一个可独立使用的基于激光技术的立体图案显示系统,这套设备可以放在试验台或普通桌面上。这款全息显示器适用于3D打印机、独立教学、产品促销等领域。Holovect Mk II是世界上第一款商用基于激光技术的桌面全息显示器,它能够在空气中用光线来绘制各种3D影像。

全息影像和全息图案是有一定区别的,全息影像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记录和再现的技术(即空间投影)。它们的区别在于,全息图案包含了物体的三维信息,可以显示在薄膜或者玻璃板上(希腊语词根“holo”意思是全部或完整,“gram”的意思是记录),而全息影像则同样是包含了物体的三围信息,但却是在空中自由浮动的展现出来,几乎可以描绘原有物体的全部信息,是真正的3D投影。

全息投影显示器面世 可描绘原有物体的三维图像

那么他们是如何工作的呢?其实原理很简单,当光在两种不同介质中传播的时候,大多数情况下,根据材料的不同折射率(RI)将会得到三种不同的效果:折射(弯曲)、反射和漫射。以海市蜃楼为例,当一部分空气的RI值与周围的空气不同的时候,就会导致光线弯曲,可能会产生意想不到的影像,这种RI值的差异主要是由于一部分空气的压力或温度发生变化导致的。

利用全息技术,我们发明了如何控制箱型空间内的空气,从而可以精确的修改特定区域内的RI值,从而可以折射和反射激光束。这种修改提高了反照率,因此,通过同时控制激光照射的目标和修改空气区域的RI值,计算机可以在3D空间的任何位置放置像素图案,让后通过从点A到点B发射激光束,绘制3D矢量线性图案,并通过序列将图案进行拼接,从而生成可视的3D全息影像。Holovect Mk II可以在12&TImes;12&TImes;12厘米见方的体积内每秒绘制50次完整的影像。但如果超出这一边距,目前还不能够实现全息投影。

全息投影显示器面世 可描绘原有物体的三维图像

“Vect”对象是为Holovect开发的一种数据结构,简单地说它是一个3D坐标列表,它可以在空间中从头到尾绘制线性图案,之后会被编译成Vect对象。使用各种在线工具、电子表格,甚至一支好的老式铅笔和绘图纸都可以进行开发。加载以后,矢量图形可以在三个轴上旋转,并在箱体画布内部运动。这些对象可以使用控制按钮、预设功能(比如旋转或移动)或在自己的应用程序中使用。

Holovect Mk II可以用于在进行3D打印之前以STL格式显示CAD模型。可以通过两种方式来完成,导入STL文件并转换称Vect格式或者直接将其可视化。根据需要的视觉效果,将STL文件转换成物体全息投影,可以检查潜在的打印误差,或是在打印之前修改打印物体的内部结构。这种物体打印预览功能可以在3D打印之前对文件进行修改,从而节省工作时间和打印材料,提高设计和制造效率。

除此之外,这款全息显示器还可以通过3D扫描仪来获取3D数据,或将计算机断层扫描数据转换成可视化的3D影像,商业应用后还可以加入广告和品牌。

随着用户的不断增加,公司将会提供开源的方式利用Holovect提供的免费眼镜、可触摸物体显示屏允许用户创建应用程序。在发货的时候,游戏、工具和艺术应用将都可以使用,此外,显示器硬件将会自动适应任何3D图像捕获和创建设备。

目前,这款全息显示器正在kickstarter网站进行众筹,早期用户的购买价格为750美元(约合人民币5045元),预计2017年3月开始发货。

全息投影电脑可将虚拟世界具现化 真正全息应用的开始

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全息投影电脑可将虚拟世界具现化 比VR还过瘾!

腾讯数码讯(编译:Guti)对于全息投影技术,我们总是充满了好奇,但是又相当神秘,其实这并不是什么特别高深的技术,而未来全息投影系统将会在我们的生活中扮演越来越重要的作用。

全息投影电脑可将虚拟世界具现化 比VR还过瘾!

比如这款在Indiegogo上开始众筹价的YouLoox全息投影电脑概念,就能为我们提供一个将虚拟现实和全息投影混合到一起,带来神奇数字观感和互动的体验。

全息投影电脑可将虚拟世界具现化 比VR还过瘾!

YouLoox可以将3D或虚拟模型对象融入到现实生活中的一部分,并且提供包括音乐、视频、3D甚至4D的全息投影技术。同时YouLoox可以带来新的Universe Concept技术,让全息投影图增加更多的互动性。

全息投影电脑可将虚拟世界具现化 比VR还过瘾!

同时,YouLoox还可以让我们通过全息影像技术进行消息传递,并且体验到从未有过的游戏、应用和娱乐体验。

另外,YouLoox还可以探索未知的项目和世界,并且与朋友和亲人分享或学习自己最喜欢的知识。

目前,YouLoox全息投影概念计算机刚刚开始在Indiegogo上进行众筹,众筹目标为5万美元,早鸟价格为150美元(约合人民币1018元)起,如果一切顺利的话,预计在2017年12月出货,感兴趣的朋友不妨赶紧去支持一下。

【软件】全息摄像 Holographium V2.0

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详细介绍

这是一款很酷很有趣的3D文字显示软件,你需要配置了定制的3D文字,颜色,深度和切片时间,Holographium就能执行大规模计算把2维文字切片成数百帧的图片。
然后你移动你的iphone/ipad,用你准备好的数码相机对你的iphone/ipad的屏幕亮线进行拍摄,曝光时间大于你的切片的时间,至少5秒时间
你就能在相机上拍摄到浮在空中的3D文字,十分有趣
9种精心挑选的漂亮的颜色让你赏心悦目。

操作说明:

1.首先,你需要一部支持长时间曝光的照相机,或装有支持长时间曝光软件的另一台 iPhone,为便于描述我们也称之为照相机吧。
2.在一台 iPhone 或 iPad 上开启 Holographium,设定文字,设定显示时间(要比下面的曝光时间短),进入准备状态。
3.固定照相机,设定曝光时间,进入倒计时状态。
4.点击 iPhone 屏幕开启3D文字模拟,将你的 iPhone 在照相机视野中缓速移动, 让屏幕上的文字在照相机的长期曝光中留下不同的残影,最后即可组成虚拟3D文字。

系统要求:

与 iPhone、iPod touch、iPad 兼容。需要 iOS 4.0 或更高版本

应用截图

  • 全息摄像 HolographiumV2.0
  • 全息摄像 HolographiumV2.0

全息技术的起源:佩珀尔幻象

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1862年,科学家 John Henry Pepper 和 Henry Dircks发现了如今称为“Pepper Ghost(佩珀尔幻象)”的有趣现象——有两个相邻的房间,一间无光,一间有光,两间房用玻璃隔开,无光的房间有物品,而有光的房间没有,当观众从正面 看向有光的房间时,会看到无光房间里物体的投影。在好莱坞,”佩珀尔幻象“的早期应用包括迪士尼乐园的幽灵公馆,以及1971年上映的《007之金刚 钻》。

为什么好莱坞并没有全面拥抱全息投影?

20 世纪90年代中期,德国电气工程师 Uwe Maass 受到汽车仪表盘后一盒香烟的倒影的激发,突然冒出了一个制造”佩珀尔幻象”的新点子:用特殊的金属薄片替代玻璃,再通过高清摄像机将二维的画面转化为三维 的舞台和场景。从技术上说,无论是哪种形式的”佩珀尔幻象“都并非真正的全息投影,它们只是带有全息投影意味的反射,但其为全息投影在好莱坞的应用打开了 大门。

将这一技术申请专利后,Maass便开始寻求商业化的途径,他的首批客户是魔术师,“David Copperfield 和 Siegfried & Roy马上发现了这个有意思的技术,我们想要买下我的专利。”不过,Maass拒绝了。2001年,Maass先是认识了经营视听活动公司的英国商人 James Rock,又通过其结识了 Ian O’Connell,后者专门负责批准全球杂志的发行权。三人决定合作,共同成立了提供”全息投影“服务的Musion。

真正的全息影像技术原理解析和设计

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要对辨别看到的影像是不是全息,首先要明确全息的定义是什么。根据字典和维基百科上的定义,全息(holography)是一个技术名词,指通过相干光(激光就是其中一种)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。

别被忽悠了!这才是真正的全息影像

但是外文时常看到的一个词是“hologram”,它指的是进行全息记录时在记录媒介(比如胶片)上形成的印记,并不是我们看到的影像。而媒体、PR和大众时常将“hologram”与另一词“holographic image”混用,后者指的是通过照射光线(相干光)到hologram上再现的三维影像,就是漂浮着能被我们看到的画面。

别被忽悠了!这才是真正的全息影像
视频截图,详细信息还请点击下面的链接

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。

以上就是严格意义上的全息,那么定义完了我们来谈一谈现实。

别被忽悠了!这才是真正的全息影像
HoloLens可以让用户看到漂浮在空中的三维影像,虽然实际视场角没有宣传图这么大

现实是,当大众提到全息时,他们想到的不是激光和干涉原理,而是眼中看到的漂浮在空中的三维影像。正是这个原因导致“全息”这个词被滥用,只要是震撼视觉的虚拟影像都有可能被叫做全息。希望攀上“黑科技”的PR,想要吸引眼球的媒体和不明就里但相信自己亲眼所见的大众,共同促成了这一现象。

要让你眼中看到漂浮的三维影像,其实办法非常多,而且通常和激光、干涉没多大关系,而是在利用我们的视觉系统看外部世界的方式。当我们看近处的物体时,有6个主要的深度线索帮助我们形成三维视觉。

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。

全息影像就是要把这6个深度线索全部重现,完全骗过大脑,让它以为“见到鬼”了。如果是这样的话,那些不是基于激光和干涉,但能达到同样效果的显示技术是不是也可以称为全息呢?

所以,如果我们现实一点,从用户视觉的角度来判断是否全息,再把第6个点忽略(因为如果包括进来绝大部分设备都会被排除),那么我们可以给出下面这个标准:

一款全息显示设备至少应该为一位用户创造虚拟三维物体影像,且要满足第1-5条深度线索。

这么定义可以很好地对各种自称全息显示的设备进行评判分类,同时又符合公众对全息的理解。下面就来回答一些读者的疑问:

1、需要介质的都不算全息?

这个问题所说的介质应该是指上一篇文章中佩珀尔幻象所用的玻璃或全息膜,如果按照本文的标准,是否有介质并不影响是否是全息。而真正的全息是肯定要介质的,见上文中的视频。

2、初音未来和里约8分钟是不是全息?

这个问题问的应该是初音未来的演唱会是不是全息,这个基本可以说是否定的,因为它用的就是一个平面投影机制,缺少第3、4和5个深度线索,从侧面看就是平的;里约8分钟所用的技术目前不能确定,但猜测也应该是某种类似的投影机制。

别被忽悠了!这才是真正的全息影像

3、Magic Leap和HoloLens是不是全息设备?

如果Magic Leap和demo中演示的一样,那么他们都是,它们可以满足第1-5条深度线索,甚至是第6条。

4、三角(四角)玻璃展示台是不是全息?

不是,其原理也是佩珀尔幻象,你可以看到影像的三个或四个面,并不是360度。

别被忽悠了!这才是真正的全息影像

5、VR头盔是不是全息设备?

带空间位置追踪的头盔是全息显示设备,比如HTC Vive和Oculus CV1,因为其支持1-5条深度线索,而Gear VR和Cardboard不是。

6、3D电视是不是全息设备?

不是,因为没有第4条深度线索。

通过以上这些问题,我们大概可以了解全息想要的视觉效果是什么。实际上,本文的这一标准已经是经过妥协的,许多人认为HoloLens不应该被称为全息显示设备,而是伪全息,因为你需要戴个笨重的头盔来看到那些影像。这些人并没有错,但把HoloLens称为全息也不是不对,它确实可以实现同样的效果,毕竟许多人看清真实世界还需要眼镜呢(近视),看全息多个眼镜能怎样。

别被忽悠了!这才是真正的全息影像
电影《星球大战》里的机器人投出全息影像

小编觉得,对于大众来说,只要不把科幻电影里那种像手电筒一样打出一个全息影像当成真实的全息技术,不把佩珀尔幻象这种2D光影技巧当成全息,就够了。

区分VR、AR、MR与全息技术和裸眼3D

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 VR

VR又叫虚拟现实(VirtualReality,简称VR)。其最大的特点是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界,提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟,让使用者如同身临其境一般,可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物,在这个虚拟空间内,使用者形成交互的是虚拟世界的东西。

VR的代表产品有很多,比如:Oculus、索尼的PSVR、HTC的vive和三星的GearVR,以及简约版的VR设备——谷歌的Cardboard。

VR有下面四种特征:

1.多感知性(Multi-Sensory)

所谓多感知是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外,还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知,甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知功能。

2.浸没感(Immersion)

又称临场感,指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该使用户难以分辨真假,使用户全身心地投入到计算机创建的三维虚拟环境中,该环境中的一切感觉都是真的,如同在现实世界中的感觉一样。

3.交互性(Interactivity)

指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度。例如,用户可以用手去直接抓取模拟环境中虚拟的物体,这时手有握着东西的感觉,并可以感觉物体的重量,视野中被抓的物体也能立刻随着手的移动而移动。

4.构想性(Imagination)

强调虚拟现实技术应具有广阔的可想像空间,可拓宽人类认知范围,不仅可再现真实存在的环境,也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。

    AR

AR又叫增强现实(AugmentedReality,简称AR)。它是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术,是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息(视觉信息,声音,味道,触觉等),通过电脑等科学技术,模拟仿真后再叠加,将虚拟的信息应用到真实世界,被人类感官所感知,从而达到超越现实的感官体验。简单的来说VR是全虚拟世界,AR是半真实半虚拟的世界。

如今在AR领域最具代表性的产品无疑是微软的HoloLens。国内做AR产品的只有寥寥几家。由于AR比VR的技术难度更高,因此AR的发展程度并没VR高。

    MR

MR又叫混合现实(Mixreality,简称MR),既包括增强现实和增强虚拟,指的是合并现实和虚拟世界而产生的新的可视化环境。在新的可视化环境里物理和数字对象共存,并实时互动。混合现实(MR)的实现需要在一个能与现实世界各事物相互交互的环境中。如果一切事物都是虚拟的那就是VR的领域了。如果展现出来的虚拟信息只能简单叠加在现实事物上,那就是AR。MR的关键点就是与现实世界进行交互和信息的及时获取。

在MR领域风头最盛的莫过于MagicLeap,靠发布几个视频影像就获得了高达总计14亿美元的投资。

    区分VR、AR、MR

从概念上来说,VR是纯虚拟数字画面,而AR虚拟数字画面加上裸眼现实,MR是数字化现实加上虚拟数字画面。

我们可以看到,VR与AR的共性至少有两点,即“3D”与“交互”。缺乏其中任何一点,就不能称之为真正的VR或AR。这也是为何部分学者把VR、AR视为一体的原因。这是因为VR与AR所使用的构建3D场景的技术及其展现设备不同,带给用户的体验差别较大,最终导致二者走向不同的应用方向。

由于动画渲染技术可以把人类的一切想象展现出来,所以在应用方向上,VR更趋于虚幻和感性,更容易应用于娱乐方向(为了更好地达到这一目的,VR强调存在感或称临场感);而基于光学+3D重构的技术主要是对真实世界的重现,所以AR更趋于现实和理性,更容易应用于比较严肃的方向,比如工作和培训(为了更好地达到这一目的,AR强调真实与虚拟的融合)。

VR与AR的交互区别:

VR设备:因为VR是纯虚拟场景,所以VR装备更多的是用于用户与虚拟场景的互动交互,更多的使用是:位置跟踪器、数据手套(5DT之类的)、动捕系统、数据头盔等等。

AR设备:由于AR是现实场景和虚拟场景的结合,所以基本都需要摄像头,在摄像头拍摄的画面基础上,结合虚拟画面进行展示和互动,比如GOOGLEGLASS这些(其实严格的来说,IPAD,手机这些带摄像头的只能产品,都可以用于AR,只要安装AR的软件就可以。)

    全息投影

全息投影技术也称虚拟成像技术,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,不仅可以产生立体的空中幻像,还可以使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。全息立体投影设备不是利用数码技术实现的,而是投影设备将不同角度影像投影至一种国外进口的全息膜上,让你看不到不属于你自身角度的其他图像,因而实现了真正的全息立体影像。关于全息投影最形象的理解就是《钢铁侠》中的“贾维斯”。利用全息投影我们可以实现不用戴眼镜或头盔就能看到真实的三维物体和空间,全息的本意是在真实世界中呈现一个3D虚拟空间。

    裸眼3D

裸眼3D最简单的理解就是裸眼看3D电影达到的效果,就如同我们现在使用3D眼镜看3D电影产生的效果。裸眼3d和全息投影最大的区别是成像原理不同,因此展示出的效果也不同。裸眼3D是利用光栅原理进行投影成像的,而全息投影是利用干涉和衍射原理。裸眼3D在如今的技术条件下对观看角度和距离都有一定的要求,而全息投影却没有这方面的限制。

裸眼3D、全息投影和VR、AR、MR三者的区别

裸眼3D、全息投影与VR、AR、MR三者的区别主要体现在观看方式上,前两者不需要借助辅助设备就能直接观看,而VR、AR、MR所展示出的效果则需要借助辅助设备才能实现顺利观看。