人們對(duì)顯示的追求是不斷提高的。從黑白顯示到彩色顯示,從模擬顯示到數(shù)字顯示,從低分辨率到高分辨率,從平面顯示(2D)到立體顯示(3D),顯示技術(shù)呈現(xiàn)的效果逐漸接近于人眼最適合的觀看效果。

人們不禁要問:下一代顯示技術(shù)將會(huì)是什么?

“下一代顯示技術(shù)將有可能是全息?！敝袊?guó)工程院院士許祖彥對(duì)于下一代顯示技術(shù)應(yīng)用有著更長(zhǎng)遠(yuǎn)的想象。他認(rèn)為,人們對(duì)美好視覺效果的追求是推進(jìn)顯示技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵,而自然真實(shí)、三維立體的視覺效果是人們最終的追求。

一直未停下探索的腳步

全息顯示利用光波的干涉和衍射,將物體的三維畫面懸浮在實(shí)景半空中,人們可以看到真實(shí)或虛擬物體的幻像,營(yíng)造亦真亦幻的氛圍,具有強(qiáng)烈的縱深感和科技感。因?yàn)橛涗浐统尸F(xiàn)物體全部的三維信息,其呈現(xiàn)的影像更接近實(shí)物。

目前,國(guó)際著名大學(xué)和知名企業(yè)都在不斷加大全息顯示解決方案、關(guān)鍵材料、光學(xué)部件和視覺跟蹤等方面的研發(fā)投入,并已取得重要進(jìn)步。

基于Incopat專利數(shù)據(jù)庫,截至2018年12月20日,共檢索到全球范圍內(nèi)涉及全息顯示技術(shù)的專利申請(qǐng)共1886項(xiàng)。美國(guó)、中國(guó)、日本的專利申請(qǐng)比例分別以19%、17%、15%位列前三位。在全球?qū)＠暾?qǐng)量排名前十位的申請(qǐng)人中,德國(guó)的全息顯示產(chǎn)品制造企業(yè)SEEREAL以213項(xiàng)專利遙遙領(lǐng)先,而中國(guó)顯示面板企業(yè)京東方則以74項(xiàng)排在第三位。

對(duì)全息技術(shù)的探索,中國(guó)一直未停下腳步。除京東方外,深天馬、易尚展示、蘇大維格、北京微美云息、大恒科技等企業(yè),以及清華大學(xué)、北京理工大學(xué)、北京郵電大學(xué)等高校,對(duì)全息技術(shù)均有深入研究并取得一定成果。

全息顯示不等于3D顯示

對(duì)于大多數(shù)人來說,全息是一種神奇的技術(shù),是電影大片中一次又一次出現(xiàn)的高科技。當(dāng)越來越多的人呼喚全息技術(shù)走近我們的生活時(shí),各種十分吸睛的全息應(yīng)用場(chǎng)景以及產(chǎn)品便應(yīng)運(yùn)而生,例如演唱會(huì)上的真人和虛擬影像的互動(dòng)、全息鍵盤、全息展示等。但遺憾的是,這些基本上都不是真正意義上的全息技術(shù)。

那些需要依靠各類介質(zhì)(例如全息投影膜、水霧、透明玻璃、墻體等),借助珮玻爾幻象或邊緣消匿法(障眼法)來實(shí)現(xiàn)3D效果的,并不是真正意義上的全息顯示技術(shù)。

“全息顯示的實(shí)現(xiàn),本質(zhì)上和現(xiàn)在的電影放映技術(shù)是一樣的,都是對(duì)‘光’的控制?！蔽靼踩A弘在線科技CEO劉曠在接受采訪時(shí)介紹說,兩者都是先采集信息,再?gòu)?fù)原信息,只不過電影放映技術(shù)是采集并復(fù)原平面信息,而全息顯示是要采集并復(fù)原立體信息。電影放映技術(shù)是用幕布作為介質(zhì)來承載內(nèi)容,而目前全息顯示的立體信息還沒有一個(gè)成本低且穩(wěn)定的介質(zhì),可以承載這些立體信息。

北京理工大學(xué)王涌天教授在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示,我們希望達(dá)到的真正物理意義上的全息,即同時(shí)恢復(fù)物體的振幅和相位,所展現(xiàn)出的信息將涵蓋物體的全部視覺信息。所以全息顯示是真三維顯示,使用者從不同角度觀察時(shí)應(yīng)該能夠看到所呈現(xiàn)物體的不同側(cè)面。

技術(shù)仍處于基礎(chǔ)研究階段

“全息技術(shù)在應(yīng)用上存在巨大的想象空間,與目前所熱議的其他新型顯示相比,遠(yuǎn)不在一個(gè)層面上?！敝袊?guó)電子視像行業(yè)協(xié)會(huì)副秘書長(zhǎng)董敏在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示。全息顯示更符合人眼的觀看習(xí)慣,避免人眼在立體觀看時(shí)的輻輳與調(diào)焦的沖突,可以使人們長(zhǎng)時(shí)間感受“身臨其境”帶來的快感。

“全息顯示未來的應(yīng)用場(chǎng)景將充滿想象空間,我們不應(yīng)該對(duì)其設(shè)限?！本W(wǎng)易游戲全息競(jìng)技項(xiàng)目負(fù)責(zé)人楊忠雄向記者描述這樣一個(gè)畫面:未來,每個(gè)人都將擁有一扇“任意門”,足不出戶便可以在任何地方生活、工作,看廣闊的大海、雄偉的山峰,甚至太空旅行。游戲的方式也將變得奇幻無窮,孩子能享受全球的教育資源,醫(yī)生可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)術(shù)導(dǎo)航、醫(yī)學(xué)培訓(xùn),甚至與任何想見之人面對(duì)面交流。不過,全息空間從房間級(jí)別,發(fā)展到街道級(jí)別,再到城市級(jí)別,最核心的不僅是全息技術(shù)的基礎(chǔ)建設(shè),內(nèi)容建設(shè)也尤為重要。

“真正的全息技術(shù)目前還在基礎(chǔ)研究階段,要實(shí)現(xiàn)亦真亦幻的場(chǎng)景,并與現(xiàn)實(shí)完美疊加,這是屬于劃時(shí)代的技術(shù),尚且需要在材料學(xué)和物理化學(xué)方面取得顛覆性的進(jìn)步?！倍粽J(rèn)為。

多種技術(shù)賦能全息加速商用進(jìn)程

可以流暢、實(shí)時(shí)地進(jìn)行高動(dòng)態(tài)顯示并可以實(shí)現(xiàn)空中交互,是人們對(duì)于全息顯示未來的期待。然而,當(dāng)前全息顯示的技術(shù)發(fā)展還受到很多限制,除介質(zhì)不穩(wěn)定外,還存在數(shù)據(jù)量和計(jì)算量大、成本高等痛點(diǎn),全息顯示距離商用還很遙遠(yuǎn)。

隨著數(shù)字式感光器件的發(fā)展,科學(xué)家們意識(shí)到,如同數(shù)碼相機(jī)取代膠片相機(jī)一樣,可以將干板換成CCD或者CMOS。即便沒有參考光束,也可以用計(jì)算機(jī)計(jì)算出復(fù)現(xiàn)的圖像。后來,甚至拋開了干涉圖的記錄過程,直接將光場(chǎng)分布使用計(jì)算機(jī)通過數(shù)學(xué)運(yùn)算呈現(xiàn)出來。這樣做有一個(gè)巨大的好處,就是可以實(shí)現(xiàn)任意物體的全息顯示,即便這個(gè)物體在現(xiàn)實(shí)中并不存在。不過,在此過程中產(chǎn)生的巨量數(shù)據(jù)對(duì)存儲(chǔ)、傳輸、處理及計(jì)算等都提出了考驗(yàn)。據(jù)王涌天教授預(yù)計(jì),真三維顯示的數(shù)據(jù)量可能是視差型立體顯示的103～106。

“將全息顯示和頭戴顯示結(jié)合,我認(rèn)為可能是真三維顯示的第一種實(shí)現(xiàn)方案?！蓖跤刻旖淌诮榻B說,因?yàn)檎嫒S顯示要照顧所有觀看角度,其渲染、消隱、光照都要正確,計(jì)算量太大。而如果是頭戴顯示,只需要在使用者的入瞳位置做好三維渲染,這樣將大幅降低計(jì)算量和數(shù)據(jù)量。

與此同時(shí),5G時(shí)代的到來也將對(duì)數(shù)據(jù)的處理起到重要助力作用。賽迪顧問高級(jí)分析師劉暾在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示,5G網(wǎng)絡(luò)的千兆級(jí)超高帶寬、毫秒級(jí)的低時(shí)延將幫助全息技術(shù)突破上述瓶頸。

“雖然距離真正的全息顯示技術(shù)還有一段距離,但它的實(shí)現(xiàn)并非不可能。一旦實(shí)現(xiàn),將突破聲、光、電的局限,具有更大的商業(yè)價(jià)值?！睎|超科技副總經(jīng)理朱永志在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示,實(shí)現(xiàn)這個(gè)終極目標(biāo)要從基礎(chǔ)研發(fā)開始。東超科技目前已實(shí)現(xiàn)了從0到1的突破,但要實(shí)現(xiàn)如科幻片中一樣的三維影像還需要一定時(shí)間。

未來,隨著全息技術(shù)走向成熟,微納加工技術(shù)和材料的升級(jí),以及其他技術(shù)(如5G、VR/AR、AI)的賦能,被鎖住的全息市場(chǎng)之門將加速開啟,全息顯示將更加豐富地運(yùn)用到生活各處。