全息通訊深度報告,6G時代革命性通訊方式,"人-機-物-境"完美協作 | 智東西內參

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近年,隨著全息技術的發展應用,全息通訊正在逐步走向可能。全息顯示技術利用干涉法記錄物體表面散射光波的相位和振幅等資訊,再利用衍射原理重建物體的三維影象。全息通訊是利用全息顯示技術,捕獲處於遠端位置的人和周圍物體的影象,透過網路傳輸全息資料,在終端處使用鐳射束投射,以全息圖的方式投影出實時的動態立體影像,並能夠與之互動的新型通訊方式。未來 6G 技術的發展,將會提供更強的通訊網路,這將逐步讓全息通訊業務的發展應用成為可能。

本期的智慧內參,我們中國移動研究院的報告《6G 全息通訊業務發展趨勢白皮書》,對全息通訊的技術衍進、應用場景及網路需求和產業發展方面進行了研究分析。

《6G 全息通訊業務發展趨勢白皮書

作者:楊本植 等

一、全息技術,進入數字新時代

“全息”(Holography)即“全部資訊”,這一概念首次在1947 年提出,由英國匈牙利裔物理學家 Dennis Gabor 發明,並因此獲得了1971 年的諾貝爾物理學獎。全息技術是一種利用干涉和衍射原理來記錄物體的反射,透射光波中的振幅相位資訊進而再現物體真實三維影象的技術。它與物理學,計算機科學,電子通訊及人機互動等學科領域有著密切的聯絡。

隨著計算機技術的成熟,人們拓展了動態計算全息術及其運算、彩色全息術、計算全息三維顯示、計算全息光學加密、計算全息編碼等領域,研究者們正在努力突破算力、裝置和演算法的制約,向著最為理想的全息三維顯示發展。

全息技術的提出,不僅是一種技術的發明,更是一種思路的提出,藉由全息技術的技術原理,透過物波與參考波疊加干涉來記錄物體資訊的思路被應用到很多其他領域,進而衍生出了一些類似的領域,比較有代表性的有:聲全息、模壓全息、紅外全息、微波全息、光學掃描全息術等。

全息技術衍生領域

根據成像原理及呈現效果的不同,將全息成像技術分為三種類型:2D 全息、3D 全息、理想全息。2D 全息指利用較為簡單的反射、折射原理或者視覺殘留製造可視角度有限的裸眼三維效果。包括空氣成像、旋轉風扇屏、霧屏/霧幕以及立體光柵顯示器。3D 全息是當前最接近於理想全息顯示效果的全息顯示技術,包含的技術主要有全息光場、點雲、電離空氣、光鑷、聲鑷和體全息技術。理想全息是基於計算全息圖的真正意義上的狹義全息,透過計算全息圖的製作與再現完成 3D 物件的全息顯示。

全息術的發展總共經歷了三個主要階段:

傳統光學全息,數字全息和計算全息

。20 世紀 60 年代末期第一臺鐳射器問世,此時全息技術啟發了眾多衍生領域,並在數字全息被提出時達到峰點。然而受制於CCD 及計算裝置的不成熟,數字全息的研究陷入了低谷。隨著 21 世紀初期數碼攝像機的普及及計算機技術的成熟,數字全息領域中產生了計算全息這一分支,由於其不依賴實物而是用計算機模擬物體光學分佈製作全息圖,迅速成為熱門研究話題。

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全息技術發展歷程圖

二、全息通訊,科幻般的通訊方式

而全息通訊業務是基於裸眼全息技術的高沉浸、多維度互動應用場景資料的採集、編碼、傳輸、渲染及顯示的整體應用方案,包含了從資料採集到多維度感官資料還原的整個端到端過程,是一種高沉浸式、高自然度互動的業務形態。

6G 技術將支援人類對物理世界進行更深刻的理解與感知,幫助人類構建虛擬世界與虛實融合世界,從而擴充套件人類的活動空間;同時支援大量智慧體互聯,從而延伸人類的體能和智慧水平。結合 6G 技術、全息通訊願景與未來通訊技術發展趨勢,以擴充套件活動空間與延伸體能智慧為基線,進行擴充套件與挖掘可獲得包括數字孿生、高質量全息、沉浸 XR、新型智慧城市、全域應急通訊搶險、智慧工廠、網聯機器人、自治系統等相關 6G 全息通訊場景與業務形態,貼合6G 的願景,體現“人-機-物-境”的完美協作。

根據依賴技術及給予使用者體驗的不同,未來 6G 時代,全息通訊的應用場景將有七大類,分別是:

頻寬遠端管理,低時延精密輔助,超智慧資訊網路,多維度互動體驗,高質量人像互動,臨場態全息展示和沉浸式全息影像。

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6G 全息通訊應用場景總圖

1、多維互動體驗

一直以來,人們都在追求實現真實度與參與感更強的顯示技術與體驗效果。未來 6g 時代下,通訊網路傳輸效能的極大提高讓全息技術及多模態互動技術落地,在這些技術的賦能下,使用者可以體驗到更豐富的互動通道,互動效果更為真實。在多維度互動體驗場景下,可以採集來自物體和環境全真資料,應用全息技術去構建可供使用者深度參與互動的體驗場景,豐富沉浸式的多通道互動手段,提供豐富新穎的互動體驗。

多維度互動體驗場景多用於體驗增強型業務,要求能夠將採集到的環境與物品資料高效能傳輸以構建沉浸化場景,因此要求通訊網路頻寬及支援流量密度能力提出更高要求。

多維度互動體驗場景下,顯示端可以生成沉浸性更強、互動程度更高的成像效果,為使用者帶來更豐富的感官體驗。因此,多維度互動體驗場景可以廣泛應用於泛娛樂,文化教育等領域,透過構建豐富多維的可互動顯示效果,為使用者提供全息娛樂,全息文化教育等服務。在 6G 多維度互動體驗場景中,家庭XR 娛樂藉助虛擬現實、通道互動等技術,建立高顯示質、高互動程度的顯示場景,讓使用者高沉浸性地進行家庭遊戲,虛擬運動等娛樂專案。此外,6G 通訊網路還讓全息觀影成為可能,使用者可以觀看立體感和全真程度極高的全息畫面,並透過多個通道與裝置進行互動,收穫更好的觀影體驗。

多為互動體驗的一個重要領域是全息遊戲。雖然全息遊戲使用場景最為廣泛、發展時間最久,但尚未運用全息技術並實現互動。目前,市場上並沒有真正意義上的全息遊戲。遊戲與全息技術結合必將使遊戲環境的逼真度及玩家遊戲體驗達到頂峰。

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全息遊戲應用佈局圖

2、沉浸式全息影像

現階段沉浸式體驗方式為虛擬現實或增強現實以及兩種的組合版,且由於顯示精度及場景資料下載速率等問題,增強現實體驗還未能夠達到商用的標準。在6G 時代將打破桎梏,使用者可以透過裸眼全息的方式營造全場景效果,提供使用者完全沉浸的體驗。

沉浸式全息影像場景要在相對固定的系統環境下,以來超低時延與超高頻寬的通訊才能為使用者帶來極致體驗。因此對傳輸的要求較高,同時為了加強體驗的沉浸感對互動的要求也更為苛刻。同時在要在裸眼的情況下實現,對展示的載體及媒介將是前所未有的挑戰,只有做到極致才能做到沉浸式體驗。

透過發揮 6G 技術和裸眼 3D 顯示技術,沉浸式全息影像將大大提高使用者的體驗感,廣泛應用於生活娛樂場景。其中典型場景包括全息服務與銷售、全息新聞與舞美、全息影院、全息體育、樓盤樣板間展示及沉浸式主題餐廳:

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沉浸式全息影像場景總圖

3、超智慧資訊網路

隨著人工智慧技術的研究與應用推進,智慧化早已成為各個領域追求的目標。在超智慧網路場景下,6G 通訊網路的大頻寬低時延與廣連線特性,讓採集到的大規模資料能夠上傳後結合大資料、人工智慧等技術進行綜合處理分析,讓6G為全域智慧化賦能,實現 AI 、數字孿生與 6G 網路的緊密結合。

超智慧資訊網路場景普遍需要採集環境與場景資料,且具備高網路適應性與情景感知能力,甚至深度應用人工智慧技術,因此此類場景對通訊網路提出了高傳輸頻寬,強網路態勢感知與調節能力,高 AI 融智程度的要求。

隨著 6G 與人工智慧技術的融合落地,採集端產生的巨量資料和高效能資料傳輸將為人工智慧處理與分析求解提供堅實資料層基礎,人工智慧將能夠得以感知更多維更全面資料並提升資料傳輸處理速度與遠端資料互動能力,因此超智慧資訊網路場景可以運用於自動駕駛、智慧機器人等與人工智慧緊密結合領域,讓人工智慧“思維敏捷”的同時也能“手眼通天”。超智慧資訊網路場景下可以提供自然環境和城市環境的數字化管理。透過採集城市內的交通,治安等多源多維資料,智慧體將可以實現基於城市全面資料的智慧化實時監測與分析,調配城市資源,進行異常狀況告警。也可以透過採集車輛周邊資訊與其他車輛資訊等獲取海量資料,經過智慧體分析決策後,提供自動駕駛服務。

4、高質量人像互動

高質量人像互動將帶來新的溝通方式和體驗,讓交流更加真實零距離,跨越空間和時間。透過自然逼真的視覺還原,滿足人、物及其周邊環境的三維動態互動,將實現使用者對於人與人、人與物、人與環境之間的溝通需求。

高質量人像互動場景對資訊通訊系統提出更高的要求,需要做到人、物和環境的高質量資料採集傳輸及三維下的多模態互動,因此資料採集傳輸方面需要高精度的採集裝置及足夠快的全息影象傳輸能力和強大的空間三維顯示能力。同時,為了讓使用者享受到極致的沉浸式體驗,對三維模式下的互動的方式將是一大挑戰。未來全息通訊的廣泛應用會使人與人之間的互相交流和會議將呈現多種豐富的形態,全息通訊可用於遠端培訓和教育應用程式,為學生提供參與和互動能力,並具備更多的互動性,使人在該模式下更能好的去記憶及學習,實現真正意義上的跨越空間去實時溝通。還可以實現跨時空的互動,通過錄入逝去親人的身體資料,並且配合 AI 技術,實現跨時空的陪伴。

5、新態勢模型展示

當前全息投影的場景相對固定且裝置比較笨重,而且對環境燈光有一定的要求,所以場景相對有限。在 6G 技術背景下,可以實現小場景的光場全息,透過光場 3D 模型的展示能豐富我們日常的日常生活和提高我們工作的效率,從而降低操作成本的同時豐富互動體驗。

新態勢模型展示場景規模均較小,因此資料傳輸體量小,要求的資料質量無需很精密,但此場景著重使用者與場景模型的互動操作,因為三維的資料資訊承載比二維更加豐富且有層次,使用者在獲取資訊時能更加直觀且精準。

新態勢模型展示場景可以讓現實與全息完美結合,場景不需要宏大,但是互動性或展示更加要真實,雖然三維的資訊獲取更加方便但是對內容的要求反而比現階段更加嚴格,使用者可藉助物理感測器,透過手勢互動或體感互動對模型進行互動操作。其中典型應用場景分別是全息文化、全息教育、科普教學及數字化互動體驗餐廳。

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新態勢模型展示場景總圖

6、高頻寬遠端管理

隨著生產、生活資訊化程序的不斷推進,越來越多的現實物體將會對映入數字世界,實現多方位監控與感知。在高頻寬遠端管理場景下,諸如感測器等採集與監控裝置將會產生海量的資料,供給遠端業務方使用。屆時6G 將提供超大頻寬的遠距離資料傳輸業務,幫助使用者獲取遠端實時資料,得到全息態勢資訊,進行大規模的資料遠端傳輸、處理及呈現。

高頻寬遠端管理場景的突出特點是資料傳輸體量大,需要遠距離資料傳輸。因此高頻寬遠端管理場景的大規模資料傳輸特性,要求通訊網路具備大傳輸頻寬,高吞吐量的能力,並且能夠在超遠距離傳輸下仍保持較好的穩定性。

將 6G 通訊網路應用於道路監控等態勢採集作業後,6G 網路的大頻寬,低時延等特性將會大幅提升態勢監控的效率,讓工作人員透過全息呈現等技術足不出戶便能檢視遠端某物或場景的全方位資訊,改善了工作體驗。因此高頻寬遠端管理類場景在工農業業作業監控,特殊環境探查等行業有著較廣泛分佈。例如在採礦業,礦洞內採集端透過感測器多方位採集礦洞內多維環境資訊後,就能將海量全真資料傳輸至遠端中控室內呈現,輔助現場工作人員掌握礦下環境資訊測、判別礦下環境異常狀況,並對事故點進行全方位的細節檢查。此外,在農作物種植業中,透過感測器採集到農作物的生長狀態、周邊環境等多源資訊並進行遠端傳輸,在中控室中處理呈現,讓農業專家能全方位掌控農作物的態勢資訊,並針對作物問題給予遠端指導。

7、低時延精密輔助

傳統通訊網路存在的固有資料通訊延遲問題,將會在6G 網路中得到大幅度減少。6G 網路的極低延遲,將會讓端到端之間的資料傳輸質量更高,聯結更加緊密,因此在需要高實時性傳輸資料的低時延精密輔助場景下,6G 網路能實現遠端資料高質量同步,促進溝通效率、資源分配效率的提升,讓萬物互聯真正實現。

低時延精密輔助場景的突出特點是場景需求亟待性大,傳輸資料質量高,部分子場景應用了高解析度顯示技術,要求端到端的資料傳輸的即時性更高且傳輸可靠性更強。因此,低時延精密輔助場景對 6G 網路提出了高資料傳輸上下行速率,低空口時延,強網路穩定性的要求。

透過發揮 6G 網路的低時延優勢,通訊網路的安全性與穩定性將會大大提高,因此低時延精密輔助場景將能夠在醫療,製造業等領域廣泛應用。低時延精密輔助場景其中,6G 網路讓遠端醫療的實現成為可能。醫院的專科醫生在高效能通訊網路的賦能下,能在觸覺,視覺等多維資料與病人端互動中,對病人遠端實施遠端問診。此外,工作人員透過 6G 通訊網路,在安全場所傳輸手部移動資料,操縱實驗室內機器人進行高危化學實驗操作,提高了特殊場所下作業的安全性。

8、全息通訊網路需求

全息高精度展示及動態互動效果,對全息通訊也提出了相應要求,分別是超高頻寬、超低時延、網路算力、同步性及網路安全五個方面。

全息通訊網路需求

超高頻寬

。與傳統高畫質和 3D 虛擬影片相比,全息通訊傳輸的流媒體對網路頻寬的需求將達 Mbit/s 級。攝像頭感測器(如微軟 KinectforWindowsv2)輸出的1080P影象,每個畫素有 4byte 的彩色資料,深度影象的解析度為512dpi×424dpi,每個畫素有 2byte 的深度資料,相當於每幀 70。4MB 的原始資料。並且,隨著感測器和視點數量的增加,在更高的解析度和幀速率下,需要的網路頻寬會更高。對於 70 英寸顯示屏,全息通訊需要約 1Tbit/s 的網路頻寬。

使用更高效的影象壓縮技術和編解碼方案(例如H。266),在一定程度上可以緩和全息通訊的頻寬需求,然而未來網路仍需要超高的頻寬。對毫米波、太赫茲、可見光等更高工作頻段的研究表明,未來網路可提供的使用者體驗速率能達到100Gbit/s,峰值速度超過 1Tbit/s。與此同時,開發這些新頻譜對天線和射頻技術亦提出了更大的挑戰。

超低時延

。與 AR/VR 等強互動沉浸式應用的要求相同,為了讓使用者獲得身臨其境的感覺,全息通訊要求網路必須提供小於 1ms 的端到端時延。

RDMA(remote direct memory access,遠端直接資料存取)技術的出現,解決了網路傳輸中客戶端與伺服器端資料處理所產生的時延。它將資料直接從一臺計算機的記憶體傳輸到另一臺計算機,無須雙方作業系統的介入。與傳統的TCP/IP 通訊模式相比,RDMA 允許高吞吐、低時延的網路通訊,該技術可以進一步降低網路傳輸時延,在未來網路的應用場景中具有巨大的發展潛力。

網路算力

。實現全息通訊的過程可描述為,首先透過採集端裝置獲取物件資訊,計算生成全息圖,經過編碼壓縮後進行網路傳輸,在終端解碼後重建物件的全息圖並顯示出來。由於全息圖包含的資訊和資料量巨大,計算時間過長,除了會帶來極大的頻寬負擔外,還會造成很大的 MTP(motion to photons,運動到成像)時延。為了滿足使用者沉浸式體驗,對 AR/VR 等強互動應用而言,MTP 時延要求在20ms以內,對全息通訊則要求 10ms 甚至更低。

隨著雲計算和 MEC(mobile edge computing,移動邊緣計算)技術的快速發展,未來網路可透過雲端和邊緣端的快速部署解決全息通訊的算力需求。

多維度資訊同步性

。全息圖的生成和傳輸包含了多個維度的資訊,這些資訊來源於影片、音訊、觸覺、嗅覺、味覺等。只有當各個維度的資訊保持嚴格同步,才能給使用者身臨其境的感覺。因此,在傳輸過程中,來自不同感測器、不同角度的物體生成全息圖的各個併發媒體流之間需要保持相當嚴格的同步。如何智慧化管理這些併發流對未來網路是個相當大的難題和考驗。

網路安全

。透過全息通訊傳輸的全息圖中含有大量的資訊資料,包括人臉特徵、聲音等敏感資訊,需要網路提供絕對安全的保障,而現有安全技術的使用會增加端到端時延。對時延和安全性的折中考慮是未來網路需要面對的難題之一。

三、市場已達百億級別,產業鏈全解析

目前,全息技術在軍事、教育、展示、醫學領域均取得了巨大的應用,我國從事全息投影領域的企業數量也從十幾家發展到千餘家,市場容量已上升至百億級別。隨著科技的進步和各項技術瓶頸的突破,全息將迎來新一輪的發展。在不久的將來,全息投影將會在工業、商業、醫學、教育、國防等各個領域得到廣泛運用,產生巨大的經濟和社會效益,對人類文明的歷史產生顛覆性的影響。

全息行業產業鏈分為上游、中游、下游三個部分,分別代表了全息行業的基礎層、企業層和產品應用層。

(1)上游基礎層

主要包括全息材料研發與製造商、全息裝置零件商、全息技術伺服器商和全息晶片商, 上游各個行業根據產業鏈後端的不同需求提供如感測器、晶片和伺服器等各方面的支援。

(2)中游企業層

作為全息產業鏈中服務覆蓋流程最長、服務內容最多樣的部分,其主要包括全息內容公司、裝置製造公司和綜合服務公司三大類別。其中全息內容公司提供全息遊戲、全息劇場、全息廣告等內容服務;裝置製造公司負責生產製造全息投影產品、全息顯示器等服務載體;綜合服務公司提供從技術支援、內容配合到實際部署的全流程服務。

(3)下游應用層

涵蓋了市場上絕大多數的全息技術實際應用場景,是整個產業鏈中使用者感知最強的部分。其產品形態多種多樣,主要包括眼鏡類、3D 螢幕類、空氣成像類、全息儲存類和全息計算類產品等等。

全息行業產業鏈的層級結構如下圖所示:

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全息行業產業鏈

1、上游職能與結構

全息產業鏈的上游以伺服器、半導體、材料和零件企業為主,為中下游企業提供基礎硬體服務。主要包括雲計算、雲伺服器、伺服器硬體裝置、晶片、電路元器件、光學器件、有機材料、訊號處理裝置以及專業儀器。

整個產業中的算力支援由雲計算、雲伺服器和伺服器硬體裝置提供,包括影象的採集、處理、傳輸編碼等;晶片或微型積體電路是所有裝置的核心處理與控制邏輯單元;電路元器件與光學器件是完成全息業務的支撐;訊號處理裝置用於銜接不同部分,在整套業務邏輯中的各環節之間進行訊號傳遞;全息影象的採集清晰度和呈現效果由專業儀器決定,例如鏡頭、投影紗幕、材料、零件等。

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上游結構

(1) 頭戴式顯示領域

上游主要提供計算、儲存、連線晶片,小型顯示面板,包括頭部追蹤可見光感測器、眼 動追蹤紅外感測器,深度感測器,IMU 感測器在內的各類感測器以及電池等。其中小型顯示面板負責將頭戴式的裝置中的畫面呈現在人眼前,各種感測器主要用於資訊採集,將外界訊號傳入裝置並轉換為可處理的數字形式。

(2) 裸眼 3D 螢幕領域

上游提供 LED 中間體材料,全息膜,高速視覺感測器,全息光柵,以及顯示晶片組,液晶面板,供電模組等,其中各種中間體材料和全息膜均屬於材料範疇。裸眼對 3D 效果的顯示要求更為嚴格,需要採用精度更高的感測器,例如液晶面板,全息光柵等。

(3) 空氣成像領域

上游主要提供等效負折射率平板透鏡等光學器件。將光線在空間中會聚成像是空氣成像領域與前兩種領域最大的區別,其更側重於對光線的處理,因此需要更多的折射反射等光學器件。全息產業鏈中除了微軟、索尼這樣的行業巨頭,同時廣泛存在著年輕的創新企業,靠著技術創新與發明,探索新的道路,使得整個產業鏈充滿著朝氣、活力與機遇。

上游公司是產業鏈的源頭,目前在基礎材料、核心技術上已經可以提供必要的保障,尤其在頭戴式顯示領域,已經擁有了高精度的感測器和連線晶片,能夠實現訊號採集、輸入和處理。但在裸眼 3D 和空氣成像領域,由於對顯示的3D 效果要求過於嚴格,目前在材料和技術上仍有許多困難需要所有企業共同克服。

2、中游職能與結構

整機產品商、整合服務商和內容設計商處於全息產業鏈的中游。依據面向實際場景中的需求,在上游技術與服務的支援下,提供整機產品銷售、全鏈路服務和全息產品內容設計、建模與呈現等多種型別的服務。

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中游結構

(1) 整機產品領域:中游各類公司主要提供全息投影產品、全息顯示器產品、全息AR 產品和全息鐳射產品等裝置的銷售和維護服務。

(2) 整合服務領域:中游各類公司提供全息解決方案,覆蓋休閒娛樂、購物體驗、影片通話等眾多場景,從全息應用的需求挖掘、場景研究到全息產品的部署與維護,整合服務領域的各個企業打通了全息應用的整個鏈路,面向企業、個人等多方使用者群體提供完整的全息體驗。

(3) 全息內容設計領域:中游各類公司主要提供大眾最直觀感受的全息內容,由於終端使用者與場景的差異眾多, 各個公司在內容設計的定位上也有較大差異,主要涉及全息廣告、全息劇場、全息婚禮、全息遊戲和全息偶像等幾個常見的領域。

中游企業分別面向不同的細分領域,如內容生產商、全息整合服務提供商、全息鐳射廠商、全息採集廠商、以及全息顯示裝置製造商。整體而言,中游企業在整機產品和服務提供上已經比較完整,結合上下游企業,使得整個全息產業鏈結構更加豐富。但是由於全息並未真正走入大眾生活,因此在內容設計和互動體驗等方面還有所欠缺,這也是全息在未來發展過程中最需要重點挖掘的方向。

3、下游應用與佈局

空氣成像是利用光學原理,將影像在空中立體呈現的顯示技術。空氣成像正在從早期透過營造霧幕等承接介質進行立體內容的空間展示,逐漸向著透過電離空氣、聲鑷、光鑷等技術改變空氣性質的方向發展。空氣成像類產品可分為兩類:

第一類是需要承接螢幕的空氣成像:如霧幕成像、旋轉風扇空氣成像等。

第二類是不需要承接螢幕的空氣成像:此類全息產品技術實現比較困難,實用性相對較差,大多停留在概念階段,未實現量產。如電離空氣成像技術代表公司 Aerial Burton,光鑷全息顯示技術代表團隊 Arthur Ashkin,聲鑷全息顯示技術代表團隊英國撒賽克斯大學。以 Asukanet 公司的ASKA3D Plate 和東超科技為代表的負折射平半透鏡面板等。這些產品透過光場重構技術,在醫療、電梯虛擬按鍵、展覽展示等領域有一定應用。配合成熟的體感裝置,可以實現可互動式的空氣全息。

(1) 霧幕投影裝置:霧幕立體成像系統技術也被稱為空氣成像、霧屏成像。其原理是空氣螢幕系統可以製造出由水蒸氣形成的霧牆,投影機將畫面投射在上面,由於空氣與霧牆的分子震動不均衡,可以形成層次和立體感很強的影象。霧幕投影裝置包括專有的投影機和基本零件,該系統形成影象的主要利用空氣以及一個小型機櫃,不使用特殊的化學物質。

(2) 旋轉 LED 風扇投影裝置:旋轉 LED 風扇投影是利用了人眼的視覺暫留現象,採用旋轉LED 燈條進行空氣成像。旋轉 LED 風扇投影被廣泛應用於展示展覽、廣告傳媒、舞美表演等場景,其優點是價格便宜、易於實現。

(3) 360°全息投影系統:360 °全息投影系統也被稱作 360 度全息和 360 度全息成像,360 度全息投影。它是由透明材料製成的四面錐體,投影機與全息膜呈45°投射,觀眾的視線能從任何一面穿透它。透過表面鏡射和反射,四個影片發射器將光訊號發射到這個錐體中的特殊稜鏡上,彙集到一起後形成具有真實維度空間的立體影像。

(4) 全息顯示立體屏:全息顯示立體屏主要應用了鐳射旋轉投影技術。鐳射旋轉投影技術由於噪音和不安全性,並未被廣泛使用。

(5) 可互動式全息空氣成像面板:可互動式全息空氣成像面板透過改變玻璃或樹脂的微觀結構,利用光場重構原理,讓光線在這種微觀結構裡多次振盪、反射、折射,將發散的光線在空中重新匯聚成實像。這種空氣成像技術投影在空中的影像和物體均為實像,因此可以稱之為真正的全息影像。

(6) 電離氣體成像:日本 Scienceand Technology 公司利用氮氣和氧氣在空氣中散開時,混合成的氣體變成灼熱的漿狀物質在空氣中形成一個短暫的3D 影象。這種方法主要是不斷在空氣中進行小型爆破來實現。 Aerial Burton 公司透過電離空氣成像方法,使用1KHz 的脈衝鐳射,透過3D 掃描器將鐳射反射並聚焦到上方空氣的某一確切位置來傳播鐳射。鐳射電離該位置空氣分子,透過各點組成的光的閃爍圖顯示整個全息圖。Holovect 3D 全息圖投影儀根據光的反射、折射與漫射等現象,使用自行研發的技術,控制立體方形範圍中空氣的折射率,讓鐳射能在特定的位置產生反射與折射。介由調整鐳射以及不同區塊的空氣折射率,Holovect 可以根據光線的空間資訊來繪製出畫 3D 立體圖形。

(7) 光鑷/聲鑷空氣成像:光鑷成像相比於電離空氣成像技術有更好的安全性,該應用的一大亮點是支援觸感反饋與觸覺互動,缺點是解析度低,需要穩定的環境及亮度低。2018年Arthur Ashkin 團隊採用光鑷技術,利用一束會聚鐳射在三維方向上控制微粒。英國薩塞克斯大學團隊採用“多模式聲鑷顯示”裝置,透過揚聲器陣列釋放的超聲波引 起空氣震盪,在三維空間中產生隨時間快速變化的空氣壓強,空氣壓強的變化會產生聲輻射 力,從而推動粒子的快速運動。

(8) 產業成熟度:全息霧幕,LED 風扇全息投影,360°全息投影技術實現難度較低,目前已投入量產,應用在廣告,傳媒等領域,總體成熟度較高。全息空氣成像面板,光鑷/聲鑷空氣成像,電離空氣成像目前限於技術實現,成本等問題還未實現量產,因此成熟度相對較低。

從全息產業發展方向與需求市場來看,目前成熟度較低的不需承接螢幕的空氣全息技術更加具有前景,是目前各廠商的主要目標發展方向。

智東西

認為,全息場景將虛擬影像與使用者真實影像進行高度融合,帶來極富衝擊性的體驗。而且,伴隨元宇宙概念的湧現與普及,全息作為重要的底層技術將影響元宇宙的發展程序,並實現更深度的應用體驗。

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