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日誌2012-03-19 20:11

MIKU感謝祭原理 ── 全息投影

作者:芬里

這學期剛開學時選了一門選修課,要自己選題目分三次報告,本來不知道要做啥比較好,很巧的是,我剛好複習完去年的演唱會,於是就選定了全息投影這個題目,又有鑑於對這個技術有深入了解的人應該不多,於是決定發一份到小屋來分享,廢話到此,來進入正題吧。
首先,先來說一下介紹的內容:
包含:
全息投影是什麼
全息投影一般3D影像之比較
全息投影的原理
為什麼要研究全息投影
全息投影目前的應用
全息投影面臨到的困境

全息投影是什麼
全息投影其實就是將三維的圖像並再現,也就是說,大部分的全息投影是全息攝影的重建,要進行全息投影之前,必須要先經過全息攝影這個動作,其實全像攝影的技術早在1947年已經被研究出來,只是一直到了21世紀才研究出適合的屏幕,顯示全息投影對投影屏幕的要求是蠻高的,這代表著這項技術對屏幕有高依賴性。
目前來說,全息投影採用的光源是投影機,因為其光源亮度穩定,而且又具有將影像放大的效果,非常適合展示使用。
全息投影一般3D影像之比較

全息投影最大的特點就是不用其他器材輔助,而3D影像通常需要3D眼鏡才能夠顯示出立體的感覺,造價方面以目前來說全息是比較高的,光全像片跟投影膜的費用就不便宜了,也因為如此,3D影像技術現階段來說是較全息普及的,畢竟全息投影還是一個對顯示媒介(投影屏幕)依賴性高的技術,基於2、3兩點,造就現在市面上有3D電視卻沒有全息電視的情況;而這兩種技術雖然都能展現出立體影像,但應用的原理卻不太相同,全息投影是全息攝影的逆展現,但是3D影像是利用同時播放重疊的兩個影像,配合3D眼鏡模擬出3D效果,目前的應用範圍也不太一樣,全息技術多用於展示跟表演活動,而3D則被用於電視電影居多。
全息投影的原理
要說全息投影的原理之前,必須先了解全息攝影的原理:
簡單來說,全息攝影有別於一般攝影,它是利用光的干涉記錄下反射光的強度和相位的資訊,其過程就像圖中展示的一樣,讓一道光照射到物體之前,以分光鏡將光線分成兩部分,其中一部分的光線照著原來的路線行進,照射到物體上之後會產生散射光到全像底片上,同時,另一部分的光也經由鏡子反射直接照射到底片上(我們稱此光為參考光),此時,兩道光線會發生干涉,而產生看起來隨機的干涉圖樣,事實上,光的相位和變化的密度已經被底片記錄下來了,怎麼說呢?因為根據繞射理論,如果將物體上每一個點當作一個點光源,則所有點光源產生的散射光都會和參考光發生干涉,所以說我們所看到的這個干涉圖案是所有點光源和參考光所發生之干涉圖案的疊加,而這也是它和一般攝影最不同的地方,一般攝影紀錄的是影像,但是全息攝影紀錄的與其說是影像不如說是光的訊息。

而進入到全息投影的部分:
前面就提過了全息投影其實是全息攝影的逆展現,圖中從左側進入的光線採用的即是攝影時採用的參考光,當參考光接觸到底片之後,會和底片上每一個點光源產生的干涉圖樣(可視為繞射光柵)發生繞射,當這種繞射發生時就能重建所有的點光源,而當所有被重建的點光源疊加起來的時候,就等於重建了整個物體發出來的光源,此時,因為觀察者觀察到的光線和原始物體所散射的一致,所以觀察者依然可以看到物體的完整樣貌之虛像,最後再經過特殊的投影屏幕,就成為了我們所看到的全像投影。
為什麼要研究全息投影
說到為什麼,我想可以分成三個部分
全息投影將在生活中扮演不可或缺的地位:
試想一下,如果全息投影普及了,那當我們在網購時是不是能對商品的狀況有更詳細的了解,電視是不是有可能做成全息影像,視訊通話也將會更有實感,雖然面對的還是「影像」,但是我相信全息影像會比平面的影像來的有真實感許多。
全息投影可以產生龐大的經濟效益:
全息投影應用在展演方面有非常大的幫助,國外的時裝秀就採用過這種方式,使得原本無法在會場中呈現的景象,如:以火焰為背景,透過全息投影的方式呈現,而且模特兒還能和投影有所互動,增加可看性;同時,全息投影將使得歌手能在不同的地方同時召開演唱會,國外也開過先例,如此一來,歌手們就不必趕場,進而演唱會的品質也會提升。
全息投影對於珍貴文物的保存有極大的幫助:
如果博物館能採用全息投影來呈現珍貴文物,那麼真正的文物就能夠以更妥善的條件被好好的保存下來,而且全息底片有一個特性,那就是就算底片只剩下一小部分,依然可以完好無缺的再現原本的圖案,這對於博物館保存藏品的圖片無疑是一大福音。
      
此圖即為博物館常用的全息投影展示方式,從底部投射光線,在投影膜形成的柱體中形成影像。
全息投影目前的應用
全息投影目前應用的範圍廣泛,先來看幾張靜態展示的圖片:
再來來看動態的展演部分:
外國的時裝秀
真人樂隊站在MIKU身邊,MIKU看起來是不是就像真的存在一樣呢
2012的感謝祭,看起來又比上圖(2010)的MIKU更真實了

雖然應該有許多人看過了,還是讓大家回顧一下吧

全息投影面臨到的困境
平面的全息投影有什麼困境呢,讓我們來看這段影片
雖然說這是個簡陋的裝置,但是我們可以清楚的看出被限制的地方,首先是屏幕,在不是標準的全息投影屏幕情況下,立體的程度並不理想,而且視角有很大的限制。
這是去年6月日本的NICT發布的視頻
影片中應用的是一種彩色電子全息攝影技術,解決了視角範圍不夠大的問題,目前能達到130度,而且舞台上是沒有任何屏幕的,光源是從舞台底部由許多小的投影機同時發射,經由缽狀的玻璃處理後形成在舞台上的影像。
但是目前此技術依然不夠成熟,因為它可投射出的影像尺寸太小,所以要見到運用此技術躍上大舞台的MIKU可能還要再等等了。

感謝大家花時間觀看,最後就依慣例放張圖片作結吧。

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