全息投影將不再只出現在科幻片！AI生成技術促使3D投影更逼真

1977年的電影星際大戰(Star Wars)震撼了全球，片中令影迷津津樂道的技術之一「全息投影」引起廣泛的討論，當時平面投影技術已經發展了百餘年，民眾依然只能透過平面的投影布幕看到平面影像，也難怪全息投影效果在當時的觀眾心中留下了深刻的印象。

圖1 用手指觸碰全息投影並觸控其內容

資料來源： 關鍵報告

2002年電影「關鍵報告」則是在片中呈現主角戴上特殊手套後觸控全息投影所投出的浮空影像，在還沒有智慧型手機的當時也造成了話題，時至今日，依然能在各種影視作品中看到類似技術的呈現，但現實中這類技術依然都還在研究階段，成果還未能上市。

要談全息投影之前，我們先來了解幾個投影技術：

一、佩珀爾幻象

佩珀爾幻象(Pepper’s Ghost)是一種利用人類視覺上的錯覺達成的投影技術，這種技術會讓人覺得看到了存在現實中的立體投影，此技術的應用在近期較有名的應用實例就是2019年日本虛擬偶像初音未來演唱會。

圖2 利用佩珀爾幻象達成的投影技術

資料來源： 初音未來

 然而，這種技術也並非是新玩意，早在1862年就已經開始在舞台劇表演上使用，由英國人約翰·亨利·佩珀（John Henry Pepper)發明，這種技術讓台下觀眾看到舞台上有個半透明的鬼魂與實際站在舞台上表演的演員同台。

圖3 佩珀爾幻象被應用於1960年代的舞台劇

資料來源： Le Monde illustré

圖4為佩珀爾幻象原理示意圖，其原理是把一片玻璃以傾斜的角度置於舞台前方，於玻璃下方將欲呈現於舞台上的鬼魂影像向上投射，觀眾從舞台前方看過去，就會同時看到傾斜玻璃上的半透明影像與旁邊實際站在舞台上的演員，但半透明的鬼魂影像其實是傾斜玻璃上的鏡面反射。

圖4 佩珀爾幻象原理

資料來源： Gerriets

二、金字塔浮空投影

前陣子引起流行的金字塔浮空投影其實也是佩珀爾幻象的進階應用，用一個上下顛倒的金字塔型玻璃罩，讓其從四個方向皆可觀賞，雖然其實四個方向看到的都是一樣的影像，但可以令人產生影像漂浮於半空中的錯覺。

圖5 金字塔浮空投影技術

資料來源： 露天拍賣

 三、Hypervsn全息投影風扇

來自英國的Hypervsn公司製作的投影風扇，利用在旋轉的LED燈來達到影像飄浮在半空中的效果，觀眾從正面觀看會看到一個浮空影像，但其實影像也是平面的，只是透過高速選轉的LED棒，利用視覺暫留現象讓人覺得影像浮在半空中，但若從側面看自然就破功了。

圖6 Hypervsn投影風扇應用情境

資料來源： Hypervsn

圖7 Hypervsn投影風扇

資料來源： Hypervsn

怎樣才能算是真正的全息投影？

前面所介紹的都是利用錯覺來達成全息投影的手段，都不是真正最開始提到的科幻電影中所呈現的全息投影，真正的全息投影不論從任何角度觀賞都是不會破功的，比如說投影技術投影出來一部汽車影像，從正面觀看的觀眾會看到車頭，而從背面觀賞的觀眾則會看到車尾。

這樣的技術只要透過AR+VR兩種技術的合併即可實現，使用者必須戴上有鏡頭的VR眼鏡，透過重疊VR與AR的影像就可以實現在現實場景中看見3D立體的物件，並透過手式辨識技術與之互動，但就只有戴著VR眼鏡的人能夠看到浮在半空中的3D模型，其他人只會看到戴著VR眼鏡的人對著空氣比手畫腳。

圖8 AR+VR應用情境

資料來源： Ansys

OTD（Optical Trap Display）光學捕捉顯示技術

這樣說來，難道真正的全息投影技術不存在嗎？就像前文所說的，目前依然在研究中，並且已經有了些許成果，位於美國猶他州楊百翰大學（Brigham Young University）的研究者們或許是當今世上最接近答案的人，就如圖9所示，一頭浮在半空中用線條構成的小恐龍影像，可以直接用肉眼從不同角度去觀賞，實現了真正的全息投影。

圖9 光學捕捉顯示技術

資料來源： BYU楊百翰大學

楊百翰大學的電器與計算機工程教授Daniel Smalley於自然(Nature)期刊上發表了他們的研究成果，取名為OTD（Optical Trap Display）光學捕捉顯示技術，其原理牽涉複雜的物理相關知識，簡單來說就是利用儀器去捕捉空氣中肉眼難以察覺的微粒子，並控制該粒子的移動軌跡，在用雷射去照射它使其產生反光，使其變的肉眼可見，若讓該粒子高速的繞著圓圈運動，由於視覺暫留現象，肉眼會看到半空中浮著一個圓圈，其圓圈正是由該粒子高速繞圈而畫成。

目前以OTD（Optical Trap Display）光學捕捉顯示技術，所開發出來的全息投影能達到的效果，就圖9中的這樣一隻一公分都不到的小恐龍，已經是目前人類最接近真正3D投影技術的成果，隨著AI生成技術快速發展，想像該技術在不久的未來更加進步後，我們或許就可以看到一個真人大小的人型投影，就如同星際大戰電影中，透過全息投影技術，讓人們可以看著網路另一端的人的立體投影，一邊與之進行對話與互動。

圖10 與對方通信的同時能看著對方的立體投影

資料來源： Star Wars

封面圖片來源： https://kknews.cc/tech/5ao22m8.html

參考資料來源：

1.Special Effect Film PEPPER'S GHOST：https://www.gerriets.com/tr/mirrorefect-film-pepper-s-ghost

2.【吸盤式全息3D】全息投影全息金字塔投影金字塔手機投影三角塔：https://www.ruten.com.tw/item/show?21612201164130

3.Hypervsn：https://hypervsn.com/

4.Ansys : https://www.ansys.com/zh-tw/blog/future-of-ar-vr-is-in-your-eyes

5.Better than a hologram: BYU(Brigham Young University) study produces 3D images that float in 'thin air': https://news.byu.edu/news/better-hologram-byu-study-produces-3d-images-float-thin-air

6.Let this be the right time to stimulate virtual meeting innovation : https://twitter.com/sidvanwijk/status/1237758603509014528