全息AR：不是你祖父輩時(shí)代的全息

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全息AR：不是你祖父輩時(shí)代的全息

在現(xiàn)實(shí)世界中悉默，當(dāng)我們看到一個(gè)物體時(shí)，實(shí)際上是我們的眼睛接收到了該物體反射的光溺健，即光的波前麦牺。波前包含我們的眼睛可以解釋的關(guān)于光波的亮度、顏色和距離(相位)特性的復(fù)雜信息鞭缭，這使我們能夠在三維中感知物體剖膳。

相比之下，當(dāng)我們看顯示屏?xí)r岭辣，我們看到的是顯示器的各個(gè)像素從二維平面發(fā)出的光(即使這些像素小到我們的眼睛無(wú)法感知)吱晒。全息圖旨在復(fù)制物體在真實(shí)世界中反射光的效果。從本質(zhì)上講沦童，今天的全息圖由計(jì)算機(jī)生成的波前副本組成仑濒，該副本從顯示屏投影或投影到透明面板上，使用干涉圖案模仿來(lái)自物體的真實(shí)世界波前偷遗，從而使2D投影呈現(xiàn)3D效果墩瞳。

在全息圖的早期，帶有特殊涂層的照相底片用于記錄波前的幅度和相位信息氏豌。今天喉酌，使用計(jì)算機(jī)和顯示器生成全息投影。典型的計(jì)算機(jī)生成的全息圖由算法計(jì)算并使用空間光調(diào)制器進(jìn)行投影1泵喘。雖然一些增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)系統(tǒng)使用顯示屏幕泪电，如 OLED發(fā)射圖像或用清晰面板反射投影圖像，但先進(jìn)的全息技術(shù)是一種新興的纪铺、具有大眾市場(chǎng)潛力的AR可視化方法相速。

基于計(jì)算機(jī)生成全息(CGH)顯示的AR設(shè)備示意圖。CGH上傳到空間光調(diào)制器上鲜锚，參考光照射下的衍射光通過(guò)分束器的一個(gè)方向到達(dá)人眼突诬，真實(shí)環(huán)境通過(guò)分束器的另一個(gè)方向進(jìn)入人眼，形成組合帶有AR圖像的背景環(huán)境圖像芜繁。

傳統(tǒng)的AR/VR設(shè)備基于雙目視覺(jué)顯示或光場(chǎng)顯示攒霹，兩者都可能存在聚散調(diào)節(jié)沖突(vergence-accommodation conflicts)，導(dǎo)致用戶頭暈或疲勞浆洗。全息顯示器提供3D視覺(jué)感知催束，而不會(huì)在觀看者中產(chǎn)生會(huì)聚聚焦沖突(convergence-focusing conflict)，從而減輕這些負(fù)面的用戶體驗(yàn)伏社。在工業(yè)/企業(yè)應(yīng)用之外采用AR的速度很慢抠刺，部分原因是上述物理影響塔淤。消費(fèi)者對(duì)智能眼鏡和AR設(shè)備的廣泛采用之所以興趣低迷，其另一個(gè)原因是長(zhǎng)時(shí)間佩戴頭戴式設(shè)備 (HMD)的不適感速妖，以及對(duì)笨重或不吸引人的智能眼鏡設(shè)計(jì)風(fēng)格的擔(dān)憂高蜂。大多數(shù)消費(fèi)者仍然依靠智能手機(jī)獲取動(dòng)態(tài)信息。

在改善用戶體驗(yàn)的同時(shí)推進(jìn)全息科學(xué)

制作靜態(tài)全息3D圖像是一個(gè)起點(diǎn)罕容，但需要更具吸引力的AR體驗(yàn)來(lái)推動(dòng)更多的市場(chǎng)興趣备恤。研究人員和公司不斷推動(dòng)技術(shù)向前發(fā)展，追求更具交互性锦秒、身臨其境性和無(wú)耳機(jī)(headset-free)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和全息方法露泊，以增強(qiáng)體驗(yàn)。

例如旅择，在SPIE AR VR MR Conference 2020上惭笑，來(lái)自伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的研究人員利用DMD提出了一種基于數(shù)字振幅計(jì)算機(jī)生成全息圖投影的AR近眼顯示系統(tǒng)2。該設(shè)備的工作原理基于菲涅耳全息和空間光調(diào)制器編碼生真，使系統(tǒng)能夠顯示具有準(zhǔn)確深度線索的高分辨率3D圖像沉噩。他們建議這種技術(shù)可用于緊湊、低成本的設(shè)備柱蟀，這可能對(duì)消費(fèi)應(yīng)用很有吸引力川蒙。

以下是對(duì)全息創(chuàng)新的一些進(jìn)一步領(lǐng)域的一瞥——交互性、沉浸式和無(wú)頭戴式系統(tǒng)——它們可以幫助克服消費(fèi)者AR采用障礙长已，并改變我們未來(lái)與技術(shù)互動(dòng)的方式畜眨。

交互式全息圖

您可能已經(jīng)在鋼鐵俠和復(fù)仇者聯(lián)盟電影中看到托尼·斯塔克與他巨大的AR顯示器互動(dòng)，揮動(dòng)他的手將空中圖像滑入和滑出視野√瞪冢現(xiàn)在研究人員越來(lái)越接近于實(shí)現(xiàn)這種能力胶果，但他們從手指手勢(shì)開(kāi)始匾嘱。

日本千葉大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種“交互式手指感應(yīng)系統(tǒng)斤斧，使觀察者能夠直觀地實(shí)時(shí)處理電子全息圖像。在這個(gè)系統(tǒng)中霎烙，運(yùn)動(dòng)傳感器檢測(cè)手指手勢(shì)(滑動(dòng)和捏合)并將它們分別轉(zhuǎn)換為全息圖像的旋轉(zhuǎn)和放大/縮小撬讽。”3

 (a) 使用滑動(dòng)手勢(shì)旋轉(zhuǎn)3D圖像和 (b) 使用捏合手勢(shì)縮小和放大圖像的圖像悬垃。霸王龍的圖像由 4,096 個(gè)點(diǎn)光源組成游昼。

無(wú)耳機(jī)(Headset-Free)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)

最近的發(fā)展正在進(jìn)一步推動(dòng)全息創(chuàng)新，特別是在AR領(lǐng)域尝蠕。下一代全息顯示器——也稱為全息接口烘豌、光場(chǎng)顯示器、超立體顯示器或體積顯示器4——將首次讓用戶擺脫頭戴式耳機(jī)或智能眼鏡等硬件的束縛看彼，因?yàn)閳D像被投射到真實(shí)的空間廊佩。這不僅使單個(gè)用戶能夠不受阻礙地查看全息圖囚聚，而且使多個(gè)用戶能夠從多個(gè) 3D 角度同時(shí)體驗(yàn)相同的全息圖

這些新系統(tǒng)意味著“一群人現(xiàn)在可以與虛擬角色和世界互動(dòng)，兌現(xiàn)科幻小說(shuō)中長(zhǎng)期承諾的全息未來(lái)标锄⊥缰”5這種無(wú)耳機(jī)突破的潛在應(yīng)用是巨大的，可以預(yù)測(cè)“幾乎所有行業(yè)——醫(yī)學(xué)成像料皇、通信谓松、3D 設(shè)計(jì)、廣告践剂、記憶行業(yè)(memories industry)鬼譬、娛樂(lè)、藥物設(shè)計(jì)舷手、教育——都將在未來(lái)幾年因這種轉(zhuǎn)變而發(fā)生轉(zhuǎn)變拧簸。”6 此外男窟，汽車(chē)行業(yè)將AR技術(shù)應(yīng)用于車(chē)輛的平視顯示(HUD)系統(tǒng)盆赤。

全息增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)

全息術(shù)的另一個(gè)創(chuàng)新領(lǐng)域被稱為“全息增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)”，不要與簡(jiǎn)單地使用全息術(shù)將物體或圖像投影到用戶當(dāng)前環(huán)境(帶或不帶耳機(jī))中相混淆歉眷。全息AR指的是一種更加身臨其境的體驗(yàn)牺六，用戶將自己置身于交互環(huán)境中『辜瘢“全息增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)從現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)時(shí)提取人和/或物體淑际，并將他們沉浸在虛擬環(huán)境中，在那里他們可以自然地與數(shù)字元素進(jìn)行交互扇住。換句話說(shuō)春缕，全息AR允許用戶在虛擬世界中看到自己，并與在同一空間內(nèi)發(fā)現(xiàn)的物體進(jìn)行交互艘蹋〕簦”7全息AR的一個(gè)關(guān)鍵方面是它集成了身體動(dòng)作——手勢(shì)、面部表情甚至語(yǔ)音命令——來(lái)控制體驗(yàn)女阀，而不需要任何手持控制器設(shè)備宅荤。這種類型的有機(jī)用戶跟蹤稱為自然用戶界面(NUI)，其中包括上面引用的使用手指手勢(shì)的工作浸策。

全息 AR 具有用于教育目的的巨大潛力冯键，例如，讓學(xué)生沉浸在他們正在學(xué)習(xí)的環(huán)境中庸汗，并使他們能夠虛擬探索該環(huán)境并與之互動(dòng)惫确。

學(xué)生可以訪問(wèn)火星并近距離體驗(yàn)與好奇號(hào)火星車(chē)的互動(dòng)。 

原文來(lái)源:  https://www.radiantvisionsystems.com/blog/holographic-ar-not-your-grandfathers-holography

參考文獻(xiàn)：

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2. Chang, C., et al.,  "Holographic near-eye 3D display based on amplitude-only wavefront modulation", Proc. SPIE 11310, Optical Architectures for Displays and Sensing in Augmented, Virtual, and Mixed Reality (AR, VR, MR), 113100V, February 19, 2020. https://doi.org/10.1117/12.2544452

3. Yamada,S.,et al.,“Interactive Holographic Display Based on Finger Gestures”,Scientific Reports 8, 2010 (2018), January 31, 2018. https://doi.org/10.1038/s41598-018-20454-6

4. Frayne, S., “holograms,  VR, AR, & the future of reality”, Looking Glass Blog,     September 17, 2019.

5. Ibid.

6. Ibid.

7. “What is  Holographic AR”, Integem (retrieved May 7, 2020).

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