媲美星際大戰情節 物理學家實現超越全像術的3D影像

（編譯/Vincent）

美國楊百瀚大學(Brigham Young University)物理學家Dnaiel Smalley一直夢想打造比科幻小說還酷的3D全像影像。但是看到2008年鋼鐵人電影裡的Tony Stark把手插入3D盔甲時，他就知道這是目前3D顯示標準的全像術(Holography)做不到的，因為Stark的手會擋到影像的光源。對此，Smalley感到苦惱，並著手尋求解決之道。

Smalley團隊找到一個不同的方法—稱為立體顯示(Volumetric Display)的技術，它能創造從任何角度都能觀賞的3D移動影像。有些物理學家認為這項技術離重建星際大戰(Star Wars)電影裡莉亞公主求救的3D影像最為接近。「它能做到全像術達不到的地步—給你全方位的視角，就像莉亞公主那樣的立體顯示，」Glasgow大學光學物理學家Miles Padgett表示。

這項在日前《自然》(Nature)期刊上報導的技術，其工作原理像高速的蝕刻素描(Etch-a-Sketch)遊戲：藉由一組不可見的雷射光束來限制稱為纖維素的單一質點之運動，並對其不均勻加熱，使能控制質點的移動。另一組雷射在質點移動時，以可見的紅、藍、綠三種光對質點進行照明。人眼無法辨識每秒超過10張的影像，所以只要物體移動夠快，人眼看到的質點軌跡就會是一條實線。另外如果影像變動夠快，就會給人移動的感覺。這種顯示方法可以跟實際物體重疊，觀看者可以實際在其周圍觀看走動。

目前能呈現的立體影像很小，大約是毫米(mm)等級，而且只能用簡單的線條顯示動作。團隊花了一番功夫展示一條螺旋線及一隻蝴蝶的輪廓。這套技術還需更多的發展，但它的設計簡單，潛力卻很大。

這套技術相對於現有的3D顯示技術—全像術有許多優點。最好的全像術色澤豐富，而且跟實體物件一樣大。但因為光源來自於2D平面，所以視角會受到限制。再加上動態改變全像所需的繞射光柵並不容易，所以全像影像一般是靜態的。

大部分現有的立體顯示是把影像投射到快速旋轉的2D螢幕。更複雜的顯示方法，像是慶應大學所使用的3D超熱電漿球，也對Smalley有所啟發。不過這些方法只能單色顯示。其它像擴增實境（比如微軟的HoloLens）硬體，能產生實際3D影像的幻覺。但是得有特殊的頭套設備，而且背後的資料量龐大。

目前此系統的解析度已超過傳統電腦，達到1600點/英吋。如果還要顯示真實、較大一些、移動複雜的影像，質點的移動控制得加速、或者得同時控制好幾個質點。

Smalley表示他已有解決這兩個問題的想法。「如果未來四年跟過去四年進步的速度一樣快，我們就能打造出夠大、可用的顯示器，」Smalley指出。

此技術的缺點之一是沒法避免幽靈般、可直接看穿的影像品質。這是因為眼睛從影像前面跟後面接收的光一樣多。

最後一個問題是因為控制質點的力量很微弱，所以系統穩定性容易被破壞。這會阻礙軍事方面的應用，比如模擬3D戰場來訓練士兵，因為只要一陣強風就會把描繪影像的質點吹離軌道。要解決此問題，可以暫時利用霧霾般的質點來散射光線。「在颶風底下實現是不太可能，但在室外也能顯示影像倒是讓人有些想像空間，」Smalley表示。