全息投影小科普：告訴你一個真實的全息術

你們肯定有見識過“全息投影”，比如初音歌姬的舞臺演唱會，2015年李宇春的節目《蜀繡》一下子分出三個“春哥”來，甚至是用技術將已故的歌手在舞臺上再現。這些技術像是魔術一般，讓許多不可能發生的事情展現在觀眾眼前，所以很多人就把這些“栩栩如生”的影像當成了“全息技術”的實際運用。

然而，你可能看到的是“假全息”

有一種技術叫做“Pepper‘s Ghost”（佩珀爾幻象），它是一種光學幻象。引用Wikipedia中文版的釋義：

佩珀爾幻象是一種在舞臺上與某些魔術表演中產生幻覺的技術。

這種技術藉由使用一面平坦的玻璃與特定的光源技術，使物體可以出現或消失，或是變形成其他物體。

這一發現是由英國科學家John Pepper發現的，其實現方法也不算困難。首先舞臺需要兩層設定，演員在第一層表演，燈光透過一層玻璃或者膠片照射在演員身上，再透過這層玻璃片反射到放置在第二層的玻璃上，投影在實際上處於第二層的舞臺上，就形成了Pepper’s Ghost這一現象，如這張圖：

▲Pepper‘s Ghost說明圖

也就是說，你看到的“全息”就是一門光源技術小技巧。

由於當時用於照明的燈光亮度比較低，所以投射出來的影像亮度低，且非常地虛。所以很多時候，這一技術用於在舞臺上模擬鬼魂的效果。而到了現代，由於技術的發展，燈光照明的亮度上去了，並且輔以先進的CG技術，就連虛擬形象“立體化”也不在話下。

現代技術中，過去用於反射影象的玻璃也升級為“全息膜”。全息膜相較於玻璃，其透明度更高。隨著裝置升級，產生Pepper’s Ghost的方法也演化出兩種：

直接將影象投射到全息膜上

將影象投射在鏡面上，利用反射投射到呈45°角的全息膜上

無論是升級了使用材料，還是改變了投影手法，現代的Pepper‘s Ghost原理並沒有變化。如果你也有興趣，在瞭解其背後的原理之後，完全可以自己做一個“全息投影”出來。

那麼什麼能被稱為全息？

要弄清楚這個問題，我們首先要所謂的“全息術（holography）”這個概念。全息（holography）是一個技術名詞，指透過相干光（比如說鐳射）干涉原理記錄和檢視影象，當合適地將其呈現時，便可以精確地再現被記錄物體的三維外觀。

而在大眾眼裡，只要能看見在空中漂浮的光影就會當成“全息影象”，然而要實現以上的視覺效果有很多方式，甚至可以完全與相干光沒有任何關係。

真正的全息影像是什麼樣，各位可以看一段1972年的影片：Introduction to Holography。影片裡用膠捲記錄了物體的整個三維影象資訊，並透過鐳射重現出來。

因此要想清楚地區分全息術和其他的光學現象，我們需要弄清楚是什麼讓我們產生了三維視覺。當我們看近處的物體時，有6個主要的深度線索起到決定性的作用：

透視：遠處的物體看起來更小；

遮擋：近處的物體會擋住處的物體；

雙眼（立體）視差：左右眼看到同一物體的不同檢視；

單眼（運動）視差：當頭部運動時，遠處和近處的物體會以不同幅度運動；

聚合：當眼睛聚焦在近處物體時兩眼視線匯合；

調節：根據物體的距離，眼球相應地調整焦點。

全息術所展現出的影像要滿足以上六個特點，騙過大腦才能被稱為“全息術”。

不過這與一開始我們所知道的定義有些衝突，其中沒有提及過任何關於相干光等詞彙。那麼我們不妨結合現實情況，稍做折中：

能夠讓受眾看到三維影象，且滿足1-6點關鍵要素。

Pepper’s Ghost之所以沒有被納入到全息術的範圍裡，最大的原因在於，它所展現出的資訊並沒有涵蓋物體的全部視覺資訊。如果你不在設計好的角度內觀看，完全顯現不出“漂浮影像”的效果。真正的全息影像應該是“萬丈高樓平地起”，無論觀眾在哪個角度觀看都如同見到了實物一般，甚至能穿過影像或者與影像互動。

很負責任的告訴你，如果滿足以上六點關鍵要素，無論是能“憑空造物（影像）”的裝置，還是像HoloLens這種直接將影像投射到你眼睛中裝置，甚至是直接生成虛擬影像Oculus Rift和HTC Vive都能稱得上是“全息裝置”。