浅谈全息投影技术研究现状及原理
（161005 齐齐哈尔工程学院信息工程系 黑龙江 齐齐哈尔）
【摘 要】目前，增强现实技术移动终端的应用，实现现实世界与虚拟世界的人机交互，大大增加了体验者的沉浸感，将3D虚拟对象和现实世界自然连接起来，大幅提高用户的感知，是当前备受关注的热点之一。移动增强现实技术将增强现实技术嵌套入手持设备或是智能终端，实现了3D虚拟对象的智能展示、智能跟踪、虚实结合、对3D虚拟对象进行移动、缩放、旋转、动作触发的交互等技术的融合，使移动增强现实技术的在便携性和趣味性方面大大提升。因此，大量基于增强现实技术的移动应用开始层出不穷，并逐渐被广泛应用于教育、娱乐、旅游、地图等多重领域，越来越被大众普遍认同、接受并使用。
【关键词】增强现实；全息投影；3D成像随着科技的发展，影视新媒体行业也随之蓬勃发展，全息投影技术以一种新型艺术展示模式的姿态，开始被逐渐应用于广告、演艺等行业。通过在真实的空间中利用观众视觉特性，展示全息的三维立体场景，营造一个逼真艺术情景，使观看者产生身临其境的震撼感受。
一、3D全息投影技术研究现状
由于全息技术的强空间感和透视感，越来越多的商业领域也已经利用这一优势衍生了更多的产品。2006年3月，法国时尚品牌Alexander McQueen就在当时的发布会现场利用全息投影技术将新品展示在漂浮于三角玻璃罩中的悬浮虚拟模特身上，2010年，全球第一场虚拟明星“初音未来”演唱会在日本举办。在我国，众多文化机构和展览机构如西安汉阳陵、常州博物馆、常州规划馆等也都采用全息展示技术展示馆内展品。
二、3D全息投影技术的基本原理
人对于观察到的事物产生立体感的原理，首先基于人的双眼横向相距6cm左右，左右眼观察角度有差别，全息技术就是利用人眼这一特征，在真实的视野中营造立体虚拟物体，使人产生超强真实感。
（1）第一步为拍摄物体，目的是为了记录原物体的光波信息。一部分激光辐射到被摄物体上，形成漫射物束光；另一部分激光和物体辐射出的物光束产生干涉效应。第二步为重现物体光波信息，即成像的程序。首先，全息图由于收到相干激光的照射，会生成两个共轭的图像，因此营造一种立体感。第一部拍摄到的全息图包含了物体360°的全部点的光波信息，经过曝光再还原后能将原始信息在同一张底片上毫无保留地展示出来，在视觉上给人一个3D的印象。
（2）全息投影技术的展示方式
当前流行的全息投影技术主要有两种展示方式。第一种，利用全息投影膜单面投影。这种方法加强了虚拟与现实的互动感，人眼难辨真假。但单面全息投影膜大多展示为单向视角，观众只能从单面观看，缺乏全视角维度的需求，这种展示方法大多被运用在新闻播报、发布会展示等舞台表演中。第二种，借助金字塔玻璃罩360度展示虚拟物体。这种方法是取得原物体360度所有点的相位信息，并通过四面全息膜玻璃罩的干涉和衍射，最终将3D虚拟角色显像与金字塔罩中，同样也悬浮于半空。这种全视角展示的形式一般被用于博物馆、展览馆等场所，方便观众360度全面了解展品的详细信息。
（3）全息投影技术中虚拟角色制作的要求
角色制作的设定因素有很多，全息项目中的角色制作需要根据项目背景、用途、目的、展示场所等因素的不同，设计最合适的角色方案。主要涉及到颜色、角色比例、角色动作三个方面。第一个方面是颜色设定。在干涉和衍射的影响下，物体原本黑色的部分投影后会呈现为透明，因此，特别要注意的是，在全息角色的颜色选定中尽量避免选择黑色描绘关键部位，但同时全息图的背景色可以设置为全黑，展现时更容易突出角色主体。第二个方面是角色比例的设定。角色比例的设定不当会影响到下一步动作设定的流畅程度，比如某些卡通人物头部比例过大，很可能会影响动画动作的展示效果，给观看者带来不适的观看体验，因此角色比例的设定要适当，身体各部位注意不要过大或过小。第三个方面是角色动作的设定。动作设定的前提是要考虑到展示柜/金字塔玻璃罩的体积大小。角色动作幅度越大，同样需要的投影膜尺寸和投影场地也就越大，考虑到制作成本和展示场地，必须提前考虑到角色动作的幅度。同样，基于展示的场合，需要设定合理的动作顺序和变幻速度等展示信息，由于在展示时大多为循环不间断，所以在设定角色动作时还要考虑到动作的流畅程度。
虚拟角色制作的外界要求有很多，首先，制作之前必须要考虑到角色尺寸，合适的角色尺寸展现在展示柜时，应当使观众眼神中心聚焦于3D虚拟角色，而看不到投影膜的存在。因此，角色的尺寸与投影膜的大小进行精密的计算，同时，在摄像机的摆放角度也应当在合适的位置。特别在动画制作期间，要注意角色的动作幅度不要超出投影膜本身，也要充分利用金字塔形投影膜的全部可利用空间，最大化视觉范围，将角色动作展示在切角范围之中，营造自然的立体感，减少投影尺寸的浪费，这一点可以通过调整摄影机的角度实现。
三、总结
目前的移动增强现实开发技术，大多使用的是模板匹配的方法进行目标物体的识别，很容易受到光线、阴影、清晰度等因素的限制，导致识别准确率的下降，进而影响智能跟踪，经常造成目标物体识别失败，在实际应用的过程中识别结果不是很理想。由于在增强现实技术和全息投影技术研究现状的分离，目前在移动端对于这两种技术的结合应用还未出现，而基于游戏、影视等行业的发展，开发一个将两者结合的应用可以使两种技术相互贯通融合。
参考文献：
[1] 全息投影技术在虚拟试衣上的应用[J]. 杨思,张艳红,徐增波. 纺织导报. 2019(09)
[2] 3D全息投影技术发展应用[J]. 黄建. 演艺科技. 2015(01)
