破除全息技术诟病，美物理学家发明全新体三维3D显示技术

    Daniel Smalley一直以来的梦想是打造科幻电影中的那种3D全息图。但在《钢铁侠》中看到托尼·史塔克把手伸进一种鬼影般的3D全身盔甲时，Smalley意识到他永远都无法通过全息技术和面向高科技3D显示器的当前标准来实现那一点。因为史塔克的手会遮挡住全息图的光源。“这令我感到苦恼”，Smally如是说道。这位美国杨百翰大学的物理学家从此开始思考如何能够绕开这一点。

    借助所谓的体三维显示（volumetric display）技术，系统可以通过一个例子来创建上图中的漂浮蝴蝶

    Smalley的团队采取了一种不同的方法，利用所谓的体三维显示（volumetric display）技术来创建用户能够从任意角度感知的移动3D图像。部分物理学家表示，这种技术更接近于《星球大战》电影中的莱娅公主3D投影。英国格拉斯哥大学的光学物理学家Miles Padgett说道：“这能够做到全息图所不能做到的事情，亦即为你提供一种全视角的视图，一种莱娅公主式的显示图像，因为这根本就不是全息图。”

    这种技术的原理就像是高度版本的Etch a Sketch应用：通过一组由近似不可见的激光束所呈现的作用力来捕获名为纤维素的植物纤维的单个颗粒，并且不均匀地将其加热。这样，研究人员就可以推拉纤维素。第二组激光则把可见光（红色，绿色和蓝色）投影至粒子上，照亮在空间中移动的粒子。人类无法通过比每秒10次更快的速度来辨别图像，所以如果粒子的移动速度足够快，它的轨迹就会如同一条实线，就像在黑暗中移动的烟火一样。如果图像的变化速度够快，它看起来就会像是在移动。显示图像可以叠加在真实的对象上，这样用户就能在真实空间中环绕其走动。

    目前创建的图像非常小，只能用毫米作为计量单位。而且在以一种创建移动图像幻觉所需的速度下，系统只能绘制出一条简单的线条。该团队成功描绘出一种移动螺旋式线条，以及静态的蝴蝶轮廓

    哈佛大学纳米技术研究员William Wilson指出，技术仍然需要投入大量的研发努力，但这种简单的设计拥有非常巨大的改进空间。

    与现有的3D显示技术相比，这种方法具有一系列的优点。全息技术主要是向包含衍射光栅的2D屏幕发送光线来创建3D图像。光栅能够操纵光线的路径，干涉光线以产生包含深度的图像感知。先进的全息图可以实现全色和真实尺寸，但由于光必须始终是出现在2D表面，所以视角十分有限。另外，因为以高速改变衍射光栅十分困难，所以全息图通常为静态影像。

    与之相比，体三维显示技术能够在3D空间中重建图像。大多数现有的系统是把图像投影至快速旋转的2D屏幕上。更复杂的显示器（包括为Smalley提供启发的东京庆应义塾大学研究项目）则在3D空间中使用超热等离子体球，但它们目前只能使用一种颜色。其他方法则通过增强现实硬件（如微软HoloLens）来创建一个3D图像出现在真实世界中3D错觉，但它们都需要专用的头显，而且对计算要求非常高。

    *新的系统已经可以通过比传统电脑屏幕更高的分辨率来创建图像（高达1600DPI）。但为了创建包含复杂运动图像和更大可视化的逼真影像，物理学家需要找到加速粒子运动的方法，并且同时控制其中几个粒子。

    Smalley说在如何解决这两个问题上他已经有了眉目，他说：“如果我们在接下来的四年中取得像过去这样巨大的进步，我相信我们将会成功实现合理体积的显示图像。”

    亚利桑那大学光学物理学家Nasser Peyghambarian表示，该技术的一个缺点是难以摆脱投影的鬼影般透视质量。这种现象的原因是眼睛会从图像“正面”的粒子和“背面”的粒子接收光线。

    最后一个问题是，由于用来控制粒子的力量太小，系统很容易失去平衡。这可能会妨碍军事应用，比如模拟3D战斗场景来训练士兵，因为任何强风都会影响轨道上的粒子。Smalley指出，为了绕开这个问题，系统可以散射只是暂时出现的粒子迷雾的光线。他说：“你永远不会在飓风中使用，但用于户外并不超出合理范围。”

责编：树懒