Voxon:真·裸眼3D显示(附最全全息/3D显示科普)

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Voxon:真·裸眼3D显示(附最全全息/3D显示科普)

2023-07-22 19:31| 来源: 网络整理| 查看: 265

Voxon的技术原理,是将三维物体切分成数百层的截面,每个截面,在空中通过光投影到幕布上显示出来,通过幕布往复运动,投影光随之持续切换投影对应位置处的截面,当幕布运动和投影切换速度足够快时,在人眼视觉暂留的作用下,同一时间内,人眼就能看到几百层截面被同时被显示出来,构成一个完整显示出来的三维物体。

Voxon用一种相对简单的幕布运动的方式,初步解决了全息显示的介质问题,从而实现了真正的空间3D显示,是一个非常有意思的思路。虽然Voxon目前的显示还有很多问题,比如只能显示单色、分辨率还不够细腻、整套设备体积大等,但已经是向前迈了一大步。

裸眼/全息3D显示技术盘点

裸眼/全息3D显示技术盘点

要说明Voxon的价值,这里需要把市面各种“全息”、“裸眼3D”等空间显示方式都掰扯一下。

全息术由英国匈牙利裔物理学家丹尼斯·盖伯于1947年发明,中文维基百科对全息是这样定义的:“全息术(英语:Holography),又称全息投影、全息3D,是一种记录被摄物体反射(或透射)光波中全部信息(振幅、相位)的照相技术,而物体反射或者透射的光线可以通过记录胶片完全重建,仿佛物体就在那里一样。通过不同的方位和角度观察照片,可以看到被拍摄的物体的不同的角度,因此记录得到的像可以使人产生立体视觉。”

技术角度解释全息要更复杂一些,不过这不重要。不论是叫裸眼3D显示、空气成像、真全息还是啥,大众对全息想要的效果,就是下图中这种科幻电影中的效果,这点大家是没有分歧的。

人眼看到图像,源于像发射的光线进入到人眼中,但空气中没有任何介质,无法让光直接从空气中某处发射到人眼中,所以电影中的效果当前技术还做不到。不过,人们通过一些其它手段,变相达到了让物体的光从空中发射到人眼的效果。具体可以分成三类:

平米2D成像:在空气中设置介质,光投影到介质后,再反射到人眼睛。虽然空气中的介质是平面的,但如果背景黑暗,人看不见介质,加上图像中主体之外透明,给人一种像在立体空气中的错觉。由于像还是平面的,因此旋转视角时,这类显示方式就会出现问题。

3D立体成像:人眼左右眼有一定视差,看到的物体有些许差异,只要给左右眼分别看不同的符合人眼时差的同一物体的画面,就能给人空气中有虚拟物体的感觉。目前的VR头显也是基于这类原理,已经可以做到非常好的沉浸式效果,但是需要依赖眼镜等外部设备,难以做到裸眼观察。

空间3D成像:在空气中建立一些体积性介质,真正让光通过空气中的介质反射到人眼中,也就是真正的全息显示。真全息显示可以裸眼随意旋转角度观察,核心在于使用何种介质成像。很多人指的真全息,一般指的是这类方案。

平米2D成像:在空气中设置介质,光投影到介质后,再反射到人眼睛。虽然空气中的介质是平面的,但如果背景黑暗,人看不见介质,加上图像中主体之外透明,给人一种像在立体空气中的错觉。由于像还是平面的,因此旋转视角时,这类显示方式就会出现问题。

3D立体成像:人眼左右眼有一定视差,看到的物体有些许差异,只要给左右眼分别看不同的符合人眼时差的同一物体的画面,就能给人空气中有虚拟物体的感觉。目前的VR头显也是基于这类原理,已经可以做到非常好的沉浸式效果,但是需要依赖眼镜等外部设备,难以做到裸眼观察。

空间3D成像:在空气中建立一些体积性介质,真正让光通过空气中的介质反射到人眼中,也就是真正的全息显示。真全息显示可以裸眼随意旋转角度观察,核心在于使用何种介质成像。很多人指的真全息,一般指的是这类方案。

平面2D成像

平面2D成像

纱幕投影系统。各类大型演出中,如周杰伦演唱会、初音未来演唱会等,都会使用的一种方式。实际上就是把像投影到幕布上,人眼看不到幕布,所以感觉像是在空中有立体的像。

这类方案最早可以追溯上16世纪的一位科学家,19世纪的英国人John Pepper最早将其应用到舞台表演艺术上,后来这项技术被称为为“Pepper's Ghost”(佩珀尔幻象)。

目前商业上常用的这种薄膜投影技术大致可分为两类:一类是背投方式,投影机直接将影像投射到全息膜上。另一类是利用反射,将投影或LED图像反射到呈45度放置的全息膜上。

水幕投影。水幕投影和薄膜投影技术原理基本一样,唯一区别是显示像的由投影膜换成了水幕。水幕比较费水,国内较少见,大型喷泉有所应用。

全息扇。通过一条LED灯带高速旋转,利用视觉暂留,也给人一种空气中有像的感觉。不过本质上成像还是一个平面。关于全息扇,Yuri之前的一篇文章有更详细介绍。

无介质浮空投影。杭州飞像科技的方案,基于纳米棱镜组成的大棱镜反射,能够在空气中呈现出一个立体的平面,显示各类图像。关于无介质空气成像,这里有篇文章有详细说明:《杭企 | 飞像科技 : 让画面从虚拟空间飞出来》。值得一提的是,虽然是目前最接近全息成像效果的方案,但飞像至今从未将自己的方案跟全息扯上关系,而且,飞像也有在空气中成3D立体像的方案。

数字信号叠加。很多电视台节目、晚会中常用的技术,在数字流中合成加入虚拟3D影像,最后给观众看到的视频流中,就像是有虚拟物体显示在空气中,效果惊艳。然而,真正在拍摄现场的观众,实际是什么都看不到的。

3D立体显示

3D立体显示

全息柜。很早的一种号称全息的技术,实际是把三维物体多个角度的像通过四棱镜反射,在空中让人眼感觉有一个浮空的像。有180度,270度,360度等多种。这种显示方式效果并不算多好,也没多少技术含量,目前已经不受待见。

AR/MR眼镜。目前的VR眼镜、HoloLens等AR眼镜,成像的立体感都源于双目视差。只不过HoloLens在对物体进行显示时,还能根据观察的角度对虚拟物体物体进行变化,因此,带来的感觉非常接近电影中的全息显示效果。

全息投影桌。VR眼镜之前,NVIDIA的3D Vision 技术还是立体显示的主流,通过快门式眼镜分别控制任意瞬时左右眼只有一只眼能看到对应的物体的画面。欧几里得公司的全息投影桌,采用的就还是这种方案。相比于HoloLens,这种方案的主要好处就是方便的多人同时观察。

裸眼3D。前些年,裸眼3D电视还曾经火过一阵,可惜后来大家发现显示效果并不好,渐渐不再关注这类技术。

空间3D成像

空间3D成像

Leia3D。RED的全息手机全息技术来自Leia 3D合作。Yuri曾经与Leia 3D进行过交流,花了不少的时间才勉强明白Leia 3D的大概技术原理。Leia 3D利用特殊的分屏膜,将显示屏上的单个像素点分散成多个方向多个角度的光线,这样在观察时,每个角度看到的都是屏幕上单个像素点分出的朝向该方向的光线,像随着视角变化而变化,从而达到虚拟空气中像的效果。飞像科技空中3D成像的方案和Leia 3D的技术原理似乎非常像。

Leia 3D的这种方案不完全属于在空气介质中进行成像,但是也形成了物体的体积光,所以也分到了空间3D成像这里。

Voxon。如上文所示,Voxon通过高速运动的幕布,解决了成像介质问题。

Holovect。15年就在众筹平台Kickstarter上亮相的一款全息图投影仪。工作时,Holovect首先会喷射出反光性更强的特殊空气作为介质,,然后将光线投射到相同的空间来创造3D图像。

水蒸气投影。麻省理工一位叫ChadDyne的29岁研究生发明的一种空气投影和交互技术,以水蒸气液化的小水珠为介质,将图像投射在水蒸气液化形成的小水珠上。

激光爆破空气。日本国家高级工业科技研究所研究的一种用激光束在空气中投影显示的方案。这种方法主要是不断在空气中进行小型爆破,利用氮气和氧气在空气中散开时,混合成的气体变成灼热的浆状物质作为介质,在空气中进行成像。

高速旋转镜子。基本原理是,镜子旋转的角度和投影仪是同步的。在每个时刻,投影仪从上方投出在那个镜子角度下能看到的截面图。旋转速度够快的话,由于人脑的视觉暂留,就能看到稳定的3D影像。项目网址:http://gl.ict.usc.edu/Research/3DDisplay/

掰扯了这么多,希望大家能够对裸眼3D和全息有更清楚的认识,也期待有更多向Voxon一样,通过清奇的脑洞,为我们带来全新显示方案的企业出现。返回搜狐,查看更多



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