出品：科普中国

制作：星之队

监制：中国科学院计算机网络信息中心

《蜘蛛侠：英雄远征》正在热映，相信喜欢蜘蛛侠的同学已经看过这部电影了。反派神秘客用上千架无人机制造出巨浪滔天、身临火海、光怪陆离的幻想骗过了所有人。电影完美的诠释了“眼见不一定为真”。所有灾难和元素怪都是神秘客用全息影像制作出来的幻想，这些幻想不要借助外界设备，直接裸眼就可以有身临其境的感受。这也是全息投影最大的一个优点，可以实现裸眼3D。

  《蜘蛛侠：英雄远征》里面的元素怪（图片来自https://disney.fandom.com/wiki/Hydro-Man）

骗过蜘蛛侠的全息摄影技术到底为何物？

全息投影技术是一种利用光的干涉原理记录被摄物体反射光波中全部信息，并通过光的衍射原理从记录胶片完全重建物体3维立体影像的技术。它是1947年由英国匈牙利裔物理学家丹尼斯盖伯发明的。他本人也因为这项工作而获得了1971年的诺贝尔物理学家。

从全息投影的定义可以看出，要理解全息投影技术的原理，首先要知道光的干涉和衍射原理。光的干涉指的是两束光或者多束光在它们的重叠区域光强的重新分布。重新分布的光强和干涉的光的相位有密切联系。光的干涉原理和水波的干涉原理类似，如下图所示:

  水波干涉示意图，图片来自（www.simply.science）

光的衍射指的是光波遇到障碍物时偏离原来直线传播的物理现象。

  光的衍射（图片来自：https://en.wikipedia.org/wiki/Diffraction）

物体在照明光的照射下会向不同的方向反射出散射光，平时我们就是通过这些散射光在大脑中重建物体的三维图像的。全息投影技术的成像原理，简单的说就是利用光的干涉原理在全息成像底版上记录了这些散射光的信息，具体如下图所示，在制作全息成像底版时，光源在开始被分为两束光，其中一束光打在物体上形成散射光，另外一束光作为参考光和散射光形成干涉，干涉所产生的干涉条纹包含了物体散射光的所有信息，然后干涉的条纹被全息干板记录下来。

  全息成像的原理（图片来自https://en.wikipedia.org/wiki/Holography)

记录物体干涉信息的全息底版是一块复杂的光栅。所谓的光栅其实是一种由多个平行狭缝构成的光学衍射器件。日常生活中常见的CD或者DVD碟片就是一种光栅，当阳光照射上去的时候我们会看到五颜六色的光，就是由于阳光在上面发生了衍射。只是由于这种光栅比较规律，我们看不到任何特殊的图像。

全息投影技术的再现原理，是利用光的衍射来重现物体的虚像。如图所示，在全息成像再现时，用一束重建光从一定的角度照射到全息干板上，这束重建光就会在全息底版上发生复杂的衍射，然后我们就能从全息底版后面观察到一个十分逼真物体的虚像。从不同的角度观看这个虚像，也会看到物体的不同方面，仿佛真实的物体就在那里一样。

  全息成像再现原理图（图片来自https://en.wikipedia.org/wiki/Holography）

要实现物体的影像的真实再现，关键是要记录从物体发射的散射光和参考光的干涉信息。计算机甚至可以计算并模拟出在现实生活中不存在的物体在全息成像时的干涉信息，并能记录在相关的记录材料上，然后通过光波的照射，我们就能看到这个物体。例如可以通过全息投影技术来重现侏罗纪的恐龙，另外，《蜘蛛侠》里面的全息元素怪也可以通过计算机模拟出来。

全息投影技术的应用

全息投影技术可以十分逼真的再现物体的三维影像，并实现裸眼3D，而且可以重复利用。由于这些特点，使得它的现有和潜在应用非常的广泛。

全息投影技术在生活中已经有应用。09年打造包装的初音未来演唱会利用电脑技术制作了初音的全息影像，最后投影到舞台，形象逼真，活灵活现。类似的应用还可以有很多，例如用全息投影技术在展览会上展示模型，在不同的地方同时举办新产品的发布会等等。再例如在博物馆里，某些文物由于安保或者其他原因无法展出，可以利用该文物的全息投影来代替。再进一步，全息投影技术可以应用于电影上，实现真正的裸眼3D电影，让观影者仿佛置身于电影场景之中。

全息投影技术在教育和科研上也有很大的潜在应用，例如可以用全息投影技术实现教学，增加课堂的趣味性和互动性。在科研上，可以用全息投影技术去展示新的物理或者化学模型，在医学上全息投影技术可以将人体信息全部呈现出来，便于医生仔细观察诊断。

  全息投影技术在博物馆的应用（图片来自：http://www.sohu.com/a/244600155_100224719）

当然，现在全息投影的技术成本还很高，而且应用起来也比较复杂，因此现有的应用还十分有限，但是随着全息投影技术的成熟和成本的降低，特别是随着现在5G网络的普及以及AI的兴起，全息投影这项技术未来将在各个行业大显身手。

责任编辑：牛小宁