1947 年，英國匈牙利裔物理學家丹尼斯·蓋伯發明了全息投影技術，他因此項工作獲得了 1971 年的諾貝爾物理學獎。這項技術從發明開始就一直應用于電子顯微技術中，在這個領域中被稱為電子全息投影技術，但一直到 1960 年激光的發明后，全息投影才取得了實質性的進展。現在，大家所熟知的微軟 Hololens 和 Magic Leap 所謂的神秘黑科技就是運用了這項技術。今天，我們來為大家深入剖析一下全息投影技術。

全息投影是一種顯示技術，它需要媒介，而且得實時進行，并且可以與人交互。我們把它的媒介稱之為“全息介質”，它不能憑空產生，這就是為什么目前這項技術很難普及的原因。全息投影將影像投射到全息介質上，從而在人們眼前呈現出了3D的效果。這項技術也被人們稱為虛擬成像技術，現在非常火熱的增強現實（AR）就運用到了這個技術。

全息投影技術本質就是實現三維圖像的記錄和再現。

第一步：記錄，利用干涉原理記錄物體光波信息。一般的三維圖只是在二維的平面上通過構圖及色彩明暗變化實現人眼的三維錯覺，而全息影像則包含了被記錄物體的尺寸、形狀、亮度和對比度等信息。觀眾可以通過多角度來觀看圖像在不同角度的形態變化，就像有個真實的物體在那里一樣。當然，現在的技術已經不再局限于記錄真實的影像，還可以制作完全虛擬的三維數字影像。記錄的難題早在 1947 年就被攻克了。

第二步：再現，利用衍射原理再現物體光波信息。主要歸功于全息膜技術的誕生，使三維圖像的再現成為了可能。依靠這薄薄的透明膜，無論是T形臺上的流光溢彩，還是舞臺上虛幻影像，都可以實現。隨著全息膜的技術進步，現在一些全息膜里面有許多細細的線路絲。借助這些線路絲，人們通過手指觸摸就能與全息影像進行互動。這個技術在 2001 年才取得突破。

為什么說“直到 1960 年激光的發明后，全息投影才取得了實質性的進展”呢？因為真正的全息圖像是由激光全息照相技術——使用分光鏡形成多路激光，利用激光相干性好的特點形成衍射，所完成的一種特殊照相術。捕捉全息投影需要激光光源，而最常使用的是紅色的氦氖激光。

激光全息照相技術具體的原理

有人說，全息投影技術（hologram）的原理和用環繞音效錄制交響樂十分類似──聲音一旦被錄下，就算請不到交響樂團來演奏，我們仍能一遍又一遍地重現音樂。

而全息投影技術記錄的不是聲音，而是光被物體散射所形成的干擾圖形。如此我們便可事后重制散射光，制造出該物體實際存在的錯覺。先以分光鏡將光束分開，接著每道新的光束會循不同路線照射在全息投影記錄盤上。第一道光束──物體光束（object beam）會照射在物體本身，第二道則照射在記錄盤上，作為制作干擾圖形的參考依據。

每道光束在抵達目標之前，都會通過一個鏡片。全息投影記錄器的鏡片有別于照相機鏡片，其目的不是要聚光，而是散光。物體光束照射在物體上時，光會反射與折射，部份光束會射往全息相片的方向。物體光束抵達全息相片后，會與參考光束（reference beam）發生碰撞，并形成干擾圖形。光敏感化學物質所制造的微粒能忠實記錄干擾圖形，其原理就如同攝影技術。

曝光的全息相片基本上比較像 CD，而不像攝影負片。儲存的資訊無法光靠肉眼閱讀，它看起來更像是一連串凹凸不平的波形線條。若想觀看全息影像圖，我們必須將光源照射在底片上。

全息相片主要分為兩種，每種觀看的方式都不一樣。觀看穿透式全息相片時，我們要將單色光照透底片，借此制造出單一顏色（通常為綠色）的浮動 3D 圖像。倘若是在鈔票上所看到的反射式全相片，其回彈的光線則可能是多彩的。

制造全息相片的過程跟傳統攝影一樣，要防止其他光線滲入，因此我們通常必須在暗房里方能錄制全息相片。由于大部分全息投影激光為紅色，傳統暗房的紅光會破壞全相片，因此必須以綠光或藍綠光取代。

全息相片對環境因子也比一般攝影敏感得多。由于要將大量資訊裝載在如此小的空間里，激光只要出現細微的偏差，就可能會破壞全像。地板振動或身體動作所造成的空氣振動，甚至人的呼吸都可能干擾全像制作過程。

全息相片雖然制作困難，但它所能儲存的容量卻非常不可思議。全息投影圖片完全是立體的，從每個角度都能觀看。影像可以縮放，而用某波長制造的全息投影也可以用另一波長來觀看，所制造出的全息投影與觀察光的波長等比例。因此理論上來說，我們只要用X光來制造全息像，然后在可見光下觀看，就能做出極度微小，小至分子規模般細致的全息像。盡管理論如此，但此一概念尚未被具體實現。

會移動的全息投影

全息投影技術所面臨的最大挑戰是制造會移動的全息投影；就跟攝影底片一樣，傳統全息相片一旦經過曝光，影像就會固定下來。蘇格蘭公司 Holoxica 研發了可以儲存預錄全息影片的全息屏幕。這種屏幕的光源在后方，可以向上投射全息像。屏幕允許動態變換預錄影像，借此改變可見的投射畫面。接著只需透過簡易干擾圖形的組合，就能制造出較復雜的影像，這有點類似像素在液晶熒幕上形成影像的原理。

真正的移動全息投影也許尚未問世，但Musion、AV Concepts和Hologramica 等公司已利用先進的數位媒體技術，創造出擬真的一比一大小 3D 投射影像。這幾家公司創造了虛擬樂團“街頭霸王”（Gorillaz）、讓鋼琴家與其全息投影分身四手聯彈，甚至讓音樂家死而復生。

麗茲．貝瑞（Liz Berry）是 3D 全息投影公司 Hologramica 的主任，我們跟她討論到佩珀爾幻象（Pepper’s Ghost）這個古老的神奇舞臺表演：“佩珀爾幻象原本用于維多利亞劇院，目的是要制造出超自然的效果。他們會在觀眾眼前放置一個被光打亮的表演者，并在表演者和觀眾之間架一塊玻璃。觀眾不知道自己正透過玻璃看著舞臺，因為玻璃是透明的。而表演者的反射看起來就像是個靈異幻影。如今我們利用的則是高解析度影片，并以特殊研發的金屬薄片取代玻璃。影像會投射在地板上的隱藏熒幕，因此你只看得到金屬片上的反射，影像就這么變出來了！”

“這種全息幻影基本上就是透過 2D 的高解析影片來投射成像。雖然追根究底來說，我們所制造的并非全息投影，但大眾還是會認為它是 3D 全息投影。有時我會想，我們應該要舉辦個命名大賽，找出比較好的名字，但我猜現在我們只能繼續用全息投影來稱呼它了！”

全息投影技術的應用

英國 Beagle Media 公司將這項技術作了小型應用，該公司研發了最先進的全息投影放映機之一：Holo。他們利用 Mac Mini 電腦和 140 公分的三星屏幕，將 2D 影像投射成看似 3D 的影像。除此之外，動作感應器也讓使用者能以手勢來即時操作物體。

錯覺技術也可用來研發可觸碰式全息投影。幻想玩具是經典的錯覺技術：只要將物體置于一片朝上的凹面鏡片底部，然后再蓋上另一面頂部有開口的凹面鏡。內室里反射的光線會將影像聚焦在開口，讓物體看起來像是憑空立在上頭。

東京大學的研究人員正利用此項技術，試圖研發出可與使用者互動的全息投影。他們利用任天堂 Wii 遙控器上的紅外線感測器來追蹤手部動作，而空中的超音波訊號則負責制造微小的壓力波，借此模擬碰觸的感覺。微軟公司也正針對 Kinect 感應器研發類似的技術。

這類技術的潛力無窮。全息影像不但可用于娛樂、藝術和教育，應用于媒體科學、科技設計和增強現實的潛力也無可限量。以色列的醫生已能在手術過程中利用互動式全息投影，即時重制器官的模型，借此協助手術；加拿大安大略省皇后大學的人體媒體實驗室（Human Media Lab）也在設計 Skype 通訊的 3D 版本，目前正在研發初期。

真正的移動式全息投影目前看起來可能有點像 1980 年代的液晶屏幕，但看看如今的液晶屏幕已發展到什么地步了。對Hologramica 公司來說，這就仿佛挑戰不可能的任務：“我們可以讓車子漂浮、把芭蕾舞者變成水晶天鵝、在舞臺上做出一些其他方式所無法做到的效果。正所謂眼見為憑，人們只要看著這些影像，就會完全投入其中，視其如同真實。”

死而復生

2012 年，在柯契拉（Coachella）音樂節的舞臺上加入了饒舌歌手史奴比狗狗（Snoop Dogg）跟德瑞博士（Dr. Dre）的表演，讓現場觀眾又驚又喜。

如今只需要透過真實影片、電腦合成影像、替身和動作捕捉技術等科技，就能讓死去的表演者復活，再次回到舞臺上。這種幻象利用 Musion Eyeliner 全息投影技術制造；《How It Works 知識大圖解》訪問了 Hologramica 公司的主任麗茲．貝瑞，談談這些神奇幻象的制造與投影方法。

“要投射某個人像，你必須為該對象拍下連續且完整的全身照，作成高解析度的影片。這個任務可透過拍攝影片來達成，或你運氣很好，找到某個你的拍攝對象現有的影片。或者，你也可以運用電腦合成影像。然而，更多時候你得混合多種技術。舉例來說，當初創造出法蘭克．辛納屈（Frank Sinatra）的身影，就是混合了新舊影片，以電腦合成為擬真的全息投影。

“表演中的每個元素都必須看起來很逼真。燈光必須正確，這是最重要的元素。不過我認為舞臺本身一開始就得謹慎設計，如此方能最有效、最優雅地布置好眾多龐大的器材，這些器材所擺設的位置必須非常精準。有些需要考慮的事項完全屬于技術性，有些則需要創意，也需要好的影像，最后透過電腦技術將真實影像與虛擬影像毫無瑕疵地融合在一起。