空气显示屏

来自已删百科
跳到导航 跳到搜索
本条目在中文维基百科被提出页面存废讨论
理由:原創研究,沒有來源的評論   提交时间:2017/11/28

空气显示屏(Aerial display)也稱為悬浮显示屏(Floating display),是直接在空中投影影像的顯示方式。空气显示屏主要包括两种:分別是有介质空中成像显示屏及无介质空中成像显示屏。

有介质空中成像显示屏有以下一種:

  • 俄罗斯人Max Kamanin设计的水雾投影Template:Le[1]成像为代表。基本原理是将图像投影到薄雾上,所以它的硬件设备主要是投影机和薄雾发生器。

无介质空中成像显示屏有以下两種:

  • 全息原盘成像技术
  • “逆反射”悬浮成像技术

技术背景

空气显示屏最大优势是人可以和空间中的像进行直接交互而不用使用类似VR的辅助显示设备。从科幻电影《星球大战》到《钢铁侠》中可以看出,人们希望可以与空间中的自由的像进行实时交互,实现梦幻般的效果。

由于电视媒体与网络媒体的宣传作用,使得“全息”技术深入人心。人们普遍认为“全息”技术是在空间中呈现出一个悬浮的立体影像,类似于电影《阿凡达》中所表现的立体电子沙盘。然而,非常遗憾,目前这种电影中表现的技术是无法实现的,甚至连基本的物理理论都没有。人们在荧幕上看到的奇幻效果大部分是后期视频合成的。还有一些舞台效果是利用反射原理实现的。


把“全息”理解为空间悬浮的立体影像,其实是人们对全息的误解。学术上的“全息”技术是由英国物理学家Denise Gabor 在1947年提出的。“全息”顾名思义,是光的全部信息的意思。光是电磁波,表示电磁波的信息包括两部分,分别是“振幅”与“相位”。在记录过程中,利用“干涉”原理,全息图可以同时记录物体发出光波的“振幅”与“相位”信息。利用“衍射”原理,全息图可以同时再现物体的“振幅”与“相位”信息。再现“振幅”与“相位”信息在宏观世界的表现是可以看到立体像,而非平面像。因为再现了立体的影像,所以观众可以从不同角度看到物体的不同侧面。

“全息”膜成像可以说是目前位置最常见的类空气成像技术,它是利用平面镜反射原理实现的。它不是空气显示屏,因为像是在玻璃体内,人无触碰到像,却很容易让人们误解为是空气显示屏实现的一种方式。 它的实现方法非常的简单,如图所示

全息金子塔原理


在春晚上展示的邓丽君与明星对唱用的就是采角的这种方法


还有很多金字塔型展柜的展示也采用了这种技术,通常被称为“全息”金字塔

这种技术存在两个问题:

1.由于利用反射原理,所以影像显示在屏幕内,人无法触碰到影像,这会大大的降低神秘感。

2.实现方法过于简单,且随处可见,人们早已审美疲劳[来源请求]

主要的空气显示屏技术

激光电离空气成像

该技术是将皮秒激光器发出的激光进行聚焦,利用极高的功率瞬间电离焦点位置的空气,让空气发出亮白色的光点。再利用扫描装置让空中光点在空间中快速移动,从而形成空间成像的效果[2]

这种技术存在四个主要的问题:

1.设备体积巨大

2. 显示颜色单一,只能呈现亮白色

3.价格昂贵,目前单台设备的成本达到100万美元

4.由于使用了超高功率的激光器,存在一定的安全隐患[来源请求]

虽然激光电离空气成像存在一定的问题,但是该空气成像方法是目前唯一的以空气为介质成像的技术,与科幻电影中表现的“全息影像”最为接近。

“全息”圆盘成像

“全息”圆盘[3]是一款非常著名的玩具,由两个面对面的凹面镜组成。其中上面的凹面镜中间有一个开口,下面的凹面镜完全封闭。当把一个真实物体放在下端凹面镜的底部时,在上端凹面镜的开口位置会出现该物体的实像,这种显示效果非常逼真,原理如图所示。这里的凹面镜经过光学设计,可以让漂浮影像的效果更优。

全息原盘可以实现真实的漂浮影像,但是观看范围不大。观看者需要自己调整好观察角度,才可以得到最佳的视觉体验[4]


相关视频

“逆反射”悬浮成像

逆反射屏是可以将入射光线按照入射方向进行反射的一种屏,其对比普通的镜面反射屏的反射效果如图所示。逆反射结构通常用作交通的警示条[5]

逆反结构原理图

利用逆反射屏,人们设计了悬浮显示的系统,系统结构如图所示[6][7][8]

逆反系统原理图

这种悬浮显示系统的原理非常好,但是现实中并不存在理想的逆反射结构,一般的逆反射结构都会产生强烈的杂散光,这会大幅度降低悬浮影像的清晰度[9]

水雾/粉尘投影

为了在空气中成像,人们最容易想到的方法就是把介质喷射到空中,再将投影光投射到介质上,从而实现空间悬浮成像的效果。俄罗斯开发的Air display系统就将投影光投射到水雾上以实现空中悬浮影像的效果[10]。Holovect是将光束投影到类似于粉尘的介质上[11],再通过高速的扫描来实现空中悬浮影像的效果。这种水雾(粉尘)投影成像技术所形成的空中影像并不稳定,图像质量不高,分辨率低而且设备体积庞大,不适合日常应用。[来源请求]

参考文献

外部連結