4

华人教授带领团队提出“全息砖”，实现超强全息3D显示，并同时扩展视角和图像尺寸

 2 years ago
source link: https://www.mittrchina.com/news/detail/10487
Go to the source link to view the article. You can view the picture content, updated content and better typesetting reading experience. If the link is broken, please click the button below to view the snapshot at that time.
neoserver,ios ssh client
麻省理工科技评论-华人教授带领团队提出“全息砖”，实现超强全息3D显示，并同时扩展视角和图像尺寸
科技与人文
华人教授带领团队提出“全息砖”，实现超强全息3D显示，并同时扩展视角和图像尺寸
3D 显示能够让人产生打破虚拟界限的超“真实”视觉感受，是不少人希望在生活中体验到的。目前电影院里常见的所谓“3D 显示”是双视显示，其实只是两个二维显示的叠加。对此，研究 3D 显示多年的科学家表示
280


3D 显示能够让人产生打破虚拟界限的超“真实”视觉感受，是不少人希望在生活中体验到的。目前电影院里常见的所谓“3D 显示”是双视显示，其实只是两个二维显示的叠加。

对此，研究 3D 显示多年的科学家表示，只有全息的 3D 显示才能根本性地解决各种现实问题。

同时，从平面的 2D 显示过渡到 3D 显示是一个很大的跳跃。通常 2D 的电视显示会使得常规的电视信息量达到每秒 3Gb，而 3D 显示会使得信息量再扩大 1000 倍，即每秒钟 3Tb，现在的技术平台还无法支撑如此庞大的信息体量，即空间信息带宽。

近日，英国剑桥大学光子器件与传感中心（Centre for Photonic Devices and Sensors）教授初大平带领与迪斯尼研究院（Disney Research）合作的团队，提出并演示了一种模块化全息显示系统，该系统允许对多个被称为“全息砖”的疏积分全息（Coarse Integrated Holography，CIH）显示器进行无缝空间拼接，达到了在视角和图像尺寸方面均大幅提升的全息 3D 显示效果。

3 月 16 日，相关论文以《全息砖：模块化粗集成全息显示屏》（Holobricks: modular coarse integral holographic displays）为题发表在 Light: Science & Applications 上，初大平教授担任通讯作者。

图 | 相关论文（来源：Light: Science & Applications）
有审稿人评价道，“这项研究是智能和有效的，并证明了所提出系统的稳定性。”还有审稿人称赞，“该研究是一个创新且非常棒的大型全息显示器解决方案。”

据了解，全息实际上是衍射光学的结果，衍射光学能够展开的角度与其波长和衍射物质的尺寸有关，在现有基础上产生的视角在 1~2 度左右，也就是说把人稍微挪动一下就可以产生 3D 的效果，但是角度过大就无法看到物体。

而 CIH 可以解决这一问题，其原理为把空间中不同角度上每一个角度上的两度左右，在空间上拼接起来，以达到 30-40 度甚至更大的空间视角。

解决视角问题后，该团队将目光转向如何增加动态的空间信息带宽，以进一步扩大全息显示的画面。以 DMD 光引擎为例，它的空间刷新率可以到几千赫兹，但人眼只需要几十个赫兹，也就是说中间有很多冗余的信息量没有用到。在这个阶段，他们花两年左右的时间做出了全带宽的 CIH 显示。

接下来，该团队又遇到了新的挑战，即光引擎可以根据信息量显示一定大小的图像，但由于光引擎本身空间信息带宽有限，这个图像无法再继续做大，二维上把图像做大就是简单的直接拼接，那么在三维上如何拼接呢？

一种方式是直接把三维显示图像拼起来，但这几乎不可能做到。因为三维图像有纵深并且互相有遮挡效应，要想在各个角度和各个深度都做好是比较困难的；另一种方式是把全息图拼大，用物理方式复制出很多小的全息图后，再把它们放在一起，但这样拼成的大全息图存在分辨率不高的问题，而且产生的整体效果并不自然。

于是，研究人员采用了新的方法，通过拼接所显示的不同部分全息图来得到无缝拼接出的空间图像。他们做了一些既能提供大视角，又能利用全波段信息的“全息砖”单元，并通过光学设计，使得每一个产生的全息图在无缝拼接后，能将显示的 3D 图像在空间中融合起来。

图 | 带扫描模块 CIH 的扫描全息砖示意图（来源：Light: Science & Applications）
该团队表示，后续他们还将继续做一些关于光引擎的研究，希望能够将光引擎本身的信息带宽提高 1-2 个，甚至 2~3 个量级，从而解决更多的问题。

关于此次研究成果的潜在应用场景，初大平介绍，如果不计成本的话，可以尝试运用该成果拼接出一张全息的 3D 大型地图、城市和沙盘等，不过目前每个单元成本较大，而且中间牵扯到的步骤也比较多。

下一步，该团队会把重心放在解决成本和计算量问题上，努力实现小型化或者扁平化，并以此实现更多实用的应用场景，如可以实现虚拟空间交互的 3D 信息墙。

图 | 初大平（来源：初大平）
据了解，初大平在大学里既教学生，也从事科研工作。他不仅是剑桥大学光子器件和传感器中心的主任，也是一个剑桥大学和工业界合作平台的先进光电研究中心（Center for Advanced Photonics and Electronics, CAPE）的主任，该中心主要进行应用性研究和产业化的研究。

初大平表示，现在，他们是以应用或者产生的实际效果为导向来做研究，过程中需要考虑很多因素，其中包括研究者自身对于技术的洞察和判断。

此外，他谈到，科学和工程还是有比较大的差异，科学研究就像一个“OR process”，而工程研究更像“AND process”。做科学研究可以同时做很多事情，只要做好其中一件事情就有机会发表论文；做工程研究则不同，一个实际的工程问题不但需投入很多，包括从技术科研到应用，最后再到产业化，而且会牵涉到方方面面的东西，要同时去解决才能成功。

-End-

支持：熊岳城

参考：
1.Jin Li, et al. Holobricks: modular coarse integral holographic displays. Light: Science & Applications （2022）https://doi.org/10.1038/s41377-022-00742-7


report

Recommend

About Joyk


Aggregate valuable and interesting links.
Joyk means Joy of geeK