美物理學家發(fā)明全新體三維3D顯示技術(shù)

【中玻網(wǎng)】Daniel Smalley一直以來的夢想是打造科幻電影中的那種3D全息圖。但在《鋼鐵俠》中看到托尼·史塔克把手伸進一種鬼影般的3D全身盔甲時，Smalley意識到他永遠都無法通過全息技術(shù)和面向高科技3D顯示器的當前標準來實現(xiàn)那一點。因為史塔克的手會遮擋住全息圖的光源�！斑@令我感到苦惱”，Smally如是說道。這位美國楊百翰大學的物理學家從此開始思考如何能夠繞開這一點。

　　借助所謂的體三維顯示（volumetric display）技術(shù)，系統(tǒng)可以通過一個例子來創(chuàng)建上圖中的漂浮蝴蝶

　　Smalley的團隊采取了一種不同的方法，利用所謂的體三維顯示（volumetric display）技術(shù)來創(chuàng)建用戶能夠從任意角度感知的移動3D圖像。部分物理學家表示，這種技術(shù)更接近于《星球大戰(zhàn)》電影中的萊婭公主3D投影。英國格拉斯哥大學的光學物理學家Miles Padgett說道：“這能夠做到全息圖所不能做到的事情，亦即為你提供一種全視角的視圖，一種萊婭公主式的顯示圖像，因為這根本就不是全息圖�！�

　　這種技術(shù)的原理就像是高度版本的Etch a Sketch應用：通過一組由近似不可見的激光束所呈現(xiàn)的作用力來捕獲名為纖維素的植物纖維的單個顆粒，并且不均勻地將其加熱。這樣，研究人員就可以推拉纖維素。第二組激光則把可見光（紅色，綠色和藍色）投影至粒子上，照亮在空間中移動的粒子。人類無法通過比每秒10次更快的速度來辨別圖像，所以如果粒子的移動速度足夠快，它的軌跡就會如同一條實線，就像在黑暗中移動的煙火一樣。如果圖像的變化速度夠快，它看起來就會像是在移動。顯示圖像可以疊加在真實的對象上，這樣用戶就能在真實空間中環(huán)繞其走動。

　　目前創(chuàng)建的圖像非常小，只能用毫米作為計量單位。而且在以一種創(chuàng)建移動圖像幻覺所需的速度下，系統(tǒng)只能繪制出一條簡單的線條。該團隊成功描繪出一種移動螺旋式線條，以及靜態(tài)的蝴蝶輪廓

　　哈佛大學納米技術(shù)研究員William Wilson指出，技術(shù)仍然需要投入大量的研發(fā)努力，但這種簡單的設(shè)計擁有非常巨大的改進空間。

　　與現(xiàn)有的3D顯示技術(shù)相比，這種方法具有一系列的優(yōu)點。全息技術(shù)主要是向包含衍射光柵的2D屏幕發(fā)送光線來創(chuàng)建3D圖像。光柵能夠操縱光線的路徑，干涉光線以產(chǎn)生包含高層度的圖像感知。先進的全息圖可以實現(xiàn)全色和真實尺寸，但由于光必須始終是出現(xiàn)在2D表面，所以視角十分有限。另外，因為以高速改變衍射光柵十分困難，所以全息圖通常為靜態(tài)影像。

　　與之相比，體三維顯示技術(shù)能夠在3D空間中重建圖像。大多數(shù)現(xiàn)有的系統(tǒng)是把圖像投影至快速旋轉(zhuǎn)的2D屏幕上。更復雜的顯示器（包括為Smalley提供啟發(fā)的東京慶應義塾大學研究項目）則在3D空間中使用超熱等離子體球，但它們目前只能使用一種顏色。其他方法則通過增強現(xiàn)實硬件（如微軟HoloLens）來創(chuàng)建一個3D圖像出現(xiàn)在真實世界中3D錯覺，但它們都需要專項使用的頭顯，而且對計算要求非常高。

　　系統(tǒng)已經(jīng)可以通過比傳統(tǒng)電腦屏幕更高的分辨率來創(chuàng)建圖像（高達1600DPI）。但為了創(chuàng)建包含復雜運動圖像和更大可視化的逼真影像，物理學家需要找到加速粒子運動的方法，并且同時控制其中幾個粒子。

　　Smalley說在如何解決這兩個問題上他已經(jīng)有了眉目，他說：“如果我們在接下來的四年中取得像過去這樣巨大的進步，我相信我們將會成功實現(xiàn)合理體積的顯示圖像。”

　　亞利桑那大學光學物理學家Nasser Peyghambarian表示，該技術(shù)的一個缺點是難以擺脫投影的鬼影般透過質(zhì)量。這種現(xiàn)象的原因是眼睛會從圖像“正面”的粒子和“背面”的粒子接收光線。

　　由于用來控制粒子的力量太小，系統(tǒng)很容易失去平衡。這可能會妨礙軍事應用，比如模擬3D戰(zhàn)斗場景來訓練士兵，因為任何強風都會影響軌道上的粒子。Smalley指出，為了繞開這個問題，系統(tǒng)可以散射只是暫時出現(xiàn)的粒子迷霧的光線。他說：“你永遠不會在颶風中使用，但用于戶外并不超出合理范圍�！�