比全息投影更逼真的3D顯示，支持動態圖像全形度觀看

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關注被科技重塑的生活

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1977年，《星球大戰》中莉亞公主的3D投影無比真實。而楊百翰大學 (BYU) 的研究團隊通過對高速運動粒子的牽引，實現了比全息投影更加真實的3D圖像顯示，這一技術可用於顯示動態圖像。

楊百翰大學的Daniel Smalley實驗室，利用「Volumetric Display」技術建立動態3D圖像，人們可以從各個角度進行觀看。這項技術的原理與Etch a Sketch素描玩具有些相似：利用波長接近可見光的多束激光產生的力，來捕捉纖維素粒子並將其不均勻加熱。這樣一來，研究人員可以將纖維素粒子隨意拖拽。另外一組激光束將可見光投射到粒子上，當纖維素在空間里移動，可見光便可將其照亮。

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由於人類無法分辨每秒10幀以上的動態圖像，當粒子運動速度足夠大的時候，其在空中留下的軌跡在人們眼中會是一條實線，就像仙女棒在黑夜裡揮舞的樣子。如果圖片變換速度足夠快，看上去就像是動態了。圖像顯示可以與實物疊加，這樣觀者可以在真實空間里圍著它邊走邊看。

不過，目前利用這項技術顯示的圖片，尺寸還限制在毫米級；且在動態圖像所需的粒子運動速度下，只能實現線描畫之類的簡單圖像顯示。但團隊依然利用現有條件描繪出了一隻蝴蝶的輪廓，並藉助動態圖像顯示生成了蝴蝶的飛舞和描繪過程。

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對比現有的3D顯示技術，這條技術路線擁有許多優勢。全息投影技術是通過包含衍射光柵的2D屏幕發射光線來建立3D圖像——光柵可對光線進行操控，利用光線間的干涉來形成人們對圖像深度的感知。目前，全息投影已能夠顯示全彩圖像且支持真人尺寸，不過由於光線必須從一2D表面射出，圖像可供觀看的角度十分有限。另外，在運動條件下調整衍射光柵的難度很大，所以全息投影很難用於顯示動態圖像。

而Volumetric Display，是在物理層面對圖像進行三維重建。目前，大多數搭載這一技術的系統是將圖像投射在快速旋轉的2D屏幕上；一些更複雜的顯示系統，則是利用球體或過熱等離子體作為3D顯示的載體。不過這些技術都只能用於單色顯示。另一種技術途徑則是利用增強現實硬體，如微軟的Hololens，來製造現實世界3D圖像的錯覺。不過，就如Smalley所說，這種方式需要專業的頭戴式設備，且所需數據量龐大。

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現在，系統已經可以顯示比普通電腦屏幕解析度更高的圖片。不過如果想要顯示更加逼真的圖像，擁有複雜動態與更大的觀看角度，科學家們依然需要提高粒子運動速度，並且找到同時控制更多粒子的方式。

不過，這項技術的一個缺陷，是很難把幽靈般可穿透的視覺效果去除。亞利桑那大學的光物理學家Nasser Peyghambarian說，這是因為眼球從圖片前部粒子與圖片後部粒子處接收到的光線是等量的。

另外一個問題則是，用來控制粒子運動的外力非常小，容易造成顯示系統不穩定。這一缺陷將阻礙技術在戶外場景下的應用，比如利用模擬的3D戰場對士兵進行訓練，因為當強風襲來，用於顯示圖像的纖維素粒子將脫離既定運動路線。Smalley說，如果要解決這一問題，可以讓系統將光線散射到短暫出現的粒子上。他表示，雖然這套系統不需要對抗颶風，但戶外顯示確實沒有超出他和同事的設想。

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