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天津奥运海市蜃楼:一场3D全息投影盛宴

天津奥运海市蜃楼:一场3D全息投影盛宴


发布时间:2023-03-20 20:27:23

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8月27日晚,虽然下起了倾盆大雨,但并未影响天津全运会精彩的开幕式。 尤其是气势磅礴的3D全息投影,更是让人叹为观止——这与2008年北京奥运会LED卷轴地面效果相比,堪称“超级进步”。

为什么选择全息投影而不是LED背景? 大平老师认为很多人都会想到3D和2D的区别。 不过,大平先生要指出的是,LED大屏幕也可以显示3D全息图像——3D全息并不是投影仪独有的显示领域。 但相比LED大屏的3D效果,投影仪在更高的分辨率下往往具有成本优势和设备部署的灵活性(投影仪部署3D全息系统的唯一难点就是全息膜)。

当然,与物理场景相比,任何现代显示技术都可以带来成本的降低、灵活性的增加和创意空间的最大化。 即物理布景无法达到的效果,以及快速的场景切换能力和主设备的二次再利用,是现代数字布景技术快速发展的原因。

不仅像天津全运会、美国NBA开幕等运动场,包括商店橱窗陈列、博物馆特效展览、现在电视台很常见的“虚拟演播室”,都有成为 3D 全息投影。 重要的应用。 甚至,大平君认为,未来的电影院甚至家庭电视也能实现3D全息——比如现在高配的8K显示如果只是2D,那就真的“很LOW”了。

说到这里,很多人可能会有这样一个疑问:为什么我现在看到的电视、电影院都不是3D全息的? ——想看3D,就得戴不舒服的“眼镜”。 这个问题的答案在于全息术的秘密。

人们在自然界中看到的光波和眼睛接触到的光波有什么性质? 当然,它包含所有光学信息——例如偏振、频率、振幅、相位。 然而,我们的眼睛对偏振不敏感,而是通过光化学反应来筛选频率。 幅度和相位用于创建亮度和深度。

然而,目前常见的显示系统实际上只是还原了自然图像的频率(即红绿蓝)和振幅(即明暗)信息。 这样的图片是最常见的平面图像。 包括印刷产品、绘画产品、一般的电视机、手机都是这样的图像。 也就是说,“物体光”的相位信息丢失了,这也是传统影像产品难以实现3D效果的原因。

对此,大平先生想具体说明一下,使用眼镜的3D显示设备,无论是快门眼镜还是偏光眼镜,本质上都是在左右眼中产生不同相位的“虚光”,进而实现3D影响。 对此,四十、五十年前,许多科学家研究了如何在一个平面上记录光波的所有特性,并在另一个设备上完整呈现——这就是最早的全息图概念。

在实际工程实现中,并不需要完全记录光波的所有涨落或量子态信息,而仅记录振幅和相位即可达到3D效果。 如果重新记录频率,可以形成彩色的 3D 效果。 达到这个要求的技术就是“介入”。 典型的干涉光效应的产生是由于同频不同相位的光波照射同一平面的叠加效应。 这就决定了利用干涉现象,可以在不丢失振幅和频率信息的情况下,以一定的信息密度记录光波在平面上的相位信息。 这种技术称为全息术。

同时,光学中还有一个基本现象,那就是衍射。 衍射反映了传播路径上的障碍物引起的通过光的相位变化。 该点可用于呈现全息图像的相位信息。 在3D全息显示中,这个障碍就是全息膜——全息膜可以是光学膜,也可以是气体、水幕等。全息膜的精细度决定了3D显示的清晰度。

通过大平君的上述分析,读者可以看出,3D全息影像的实现可以分为两个阶段:第一是影像的记录,第二是显示阶段。 然而,在实际应用中,图像记录过程会非常复杂——因为干扰需要相同的频率。 这使得全息术成为一个昂贵的过程。 同时,还有一个更大的问题:在相机能够拍摄之前,必须有一个真实的物体,至少是一个模型。 这也大大增加了3D全息影像的制作成本。

不过,现在有一种3D全息影像制作技术可以替代纯摄影,也就是计算机辅助制作,或者说是纯数字制作。 彩色全息影像中记录的信息是红、绿、蓝三基色的振幅和相位。 振幅和相位都是光的波动特性。 波的性质完全可以用数学方程式来模拟和计算——这只是初中的光学知识。 事实上,对于起始状态完全相同的光源,物体光的任何相位问题都是一个“距离”问题。 这个距离的解决方案也只是三角函数的问题。

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因此,大平先生表示,计算机3D全息制作并不是一门复杂的技术。 这项工作的难点仅在于“极其庞大的数据规模”。 即建立一个数学模型很简单,但渲染出一个效果却需要大量的计算工作。 后者决定了计算机制作3D全息影像只有在计算机技术高度普及和廉价的情况下才能逐步普及。

从某种意义上说,决定3D全息投影技术应用广度的瓶颈和短板不是显示端,而是内容端:今天的4K、8K视频不也遭遇了“内容危机”吗? 计算机生产极大地拓展了3D全息显示的内容生产空间,而随着高性能计算设备价格的下降,3D全息影像产业链的成本也在快速下降。 近年来,3D全息投影的普及本质上是计算资源成本下降的结果。

在天津奥体中心海市蜃楼般的3D全息场景背后,大平先生最想感谢的不是投影技术,而是计算机技术。 这可能会让本文的读者感到惊讶。 然而,真正会让大家感到意外的问题在于“计算机技术如何推动3D全息技术的进一步发展”。

最简单的原则之一是:您的电视不会一辈子只播放一部电影。 3D 全息显示器的投影系统也是如此。 ——一套硬件可以工作六七年,甚至更长。 在这么长的时间里,3D全息内容就足够了。 然而,真实情况是,目前的3D全息应用都不是基于“海量内容”的。

比如广播电视台的虚拟演播室,他们的3D全息图无非就是简单的场景或者简单的任务。 许多用于体育赛事开幕式的 3D 全息图在很长一段时间内只使用一次。 馆内展示的内容不会经常更改。 婚礼3D全息场景在婚庆市场出现频率最高,但每场婚礼都是设计一次——其中很多材料都会被重复利用。

由此看来,真正阻碍3D全息普及的还是内容:无论是用几十台摄像机实际拍摄的平面图,还是用电脑技术制作的平面图,3D全息影像还是有点“贵”。

内容是整个产业链最大的瓶颈,内容制作的成本和速度决定了全息3D投影应用的规模。 不过,大平先生觉得,对于这个瓶颈,业界可以报“谨慎乐观”。 因为计算机技术的进步,AI技术的进步,特殊芯片产品的发展,这正在改变。 至少3d全息投影ktv,在过去三年里,这个行业的成本下降了50%以上,效率提高了一倍多。

因此,大平先生认为,未来几年,投影行业乃至整个显示行业都将进入一场3D全息主题效果革命。 以至于在更远的未来,电视等产品也将进入3D全息时代——技术上,8K分辨率相当于16台2K投影仪3d全息投影ktv,足以在有限的角度内完成不错的3D全息显示效果。