三星尖端技術(shù)研究所研發(fā)輕薄全息顯示屏幕：屬于6G時(shí)代的3D全息技術(shù)

與AR/VR技術(shù)相比，全息顯示技術(shù)一直在發(fā)展，這項(xiàng)技術(shù)發(fā)明自1947年，它可以將虛擬影像顯示在真實(shí)環(huán)境中，讓你可以裸眼看到虛實(shí)結(jié)合的視覺效果。目前已有的幾個(gè)具有代表性的方案包括：基于投影技術(shù)的Light Field Lab、基于佩珀?duì)柣孟笤淼摹斑~克爾·杰克遜”表演、凸透鏡原理的Looking Glass、基于高速移動(dòng)介質(zhì)和光源的Voxon、高刷超聲波粒子全息方案、全息風(fēng)扇等等。

目前，全息風(fēng)扇類的2D全息顯示技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在商場等營銷場景。與2D顯示屏相比，3D全息顯示屏同樣利用光線來成像，區(qū)別在于顯示的內(nèi)容具有空間感。但真正的3D全息系統(tǒng)造價(jià)昂貴、難以量產(chǎn)生技術(shù)限制，一直難以大規(guī)模商業(yè)化。

注：本文主要涉及裸眼3D全息技術(shù)，是使用門檻比AR頭顯更低，更適合多人場景的技術(shù)。

因此，為了讓全息技術(shù)能夠應(yīng)用于更多領(lǐng)域，三星尖端技術(shù)研究所（SAIT）的科研人員歷時(shí)8年，研發(fā)了一種輕薄的全息顯示屏幕，其原理是利用可操控的背光單元和全息視頻處理器來控制光線，顯示高質(zhì)量3D全息影像，可視角度是一般水平的30倍。近期，SAIT科研人員在自然通訊期刊上發(fā)表了這項(xiàng)技術(shù)的相關(guān)論文，進(jìn)一步對其進(jìn)行解釋。

科研人員表示：傳統(tǒng)顯示屏通過光線強(qiáng)度來表現(xiàn)深度，而全息技術(shù)不僅控制光線強(qiáng)度，還能顯示出從多角度看都有3D觀感的圖像，是3D顯示的最理想形式。3D全息顯示結(jié)合了多種深度感知原理，包括雙目視差、雙眼角度、焦距調(diào)整、運(yùn)動(dòng)視差等。而市面上大多數(shù)3D顯示方案通常僅結(jié)合其中部分原理。三星研發(fā)的全息顯示技術(shù)幾乎可以通過光線來完美復(fù)制物體，生成逼真的3D圖像。

另外，通常靜態(tài)全息技術(shù)形式包括：1）銀鹵化物、光敏聚合物；2）納米光學(xué)、超表面；相比之下，靜態(tài)全息顯示形式不支持高刷新率動(dòng)態(tài)顯示，而SAIT的技術(shù)利用空間光調(diào)制器（SLM），直接調(diào)節(jié)光波面，呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)的全息影像。

據(jù)了解，這是一個(gè)基于光線衍射原理的3D全息顯示方案，它的特點(diǎn)是在空間中成像，支持與屏幕前0.3米的手掌互動(dòng)，這與傳統(tǒng)基于雙目視差原理的全息技術(shù)有所不同（此外，也不容易造成視覺輻輳沖突），因此真正的全息顯示技術(shù)對于未來的交互式3D視頻系統(tǒng)和界面足夠重要。

關(guān)于商業(yè)化潛力

SAIT表示：全息顯示技術(shù)難以商業(yè)化是因?yàn)橐韵聨状箅y點(diǎn)：

1）有限的視場角；

2）笨重的光學(xué)元件；

3）計(jì)算量大。

為了解決這些問題，SAIT開發(fā)了一種名為S-BLU的特殊光學(xué)元件，其特點(diǎn)是只需要輕薄的光源（C-BLU），可以控制光源面板產(chǎn)生的背光，原理是將入射光轉(zhuǎn)化成準(zhǔn)直光線，并通過光束偏轉(zhuǎn)器來調(diào)整光線角度。利用這種原理開發(fā)的全息顯示屏可實(shí)現(xiàn)4K分辨率（3840××2160）、10英寸大小、0.6°可視角度。如果將全息圖像通過S-BLU向觀看者方向彎曲，那么可視角度約可提升30倍。

此外，通常顯示面積越大，最佳觀看角度會(huì)越小，二者大小成反比。也就是說，2mmx1mm的全高清全息顯示屏可視角度為30°，而200mmx100mm的全息顯示屏可視角度僅為0.3°。

總之，基于S-BLU的全息面板足夠輕薄、平整，采用更成熟的顯示器設(shè)計(jì)，更容易被主流市場接受。

計(jì)算全息圖像則通過FPGA（場可編程門陣列），好處是可避免信息丟失和過渡采樣，計(jì)算單元只需要一個(gè)芯片。

總之，三星打造了一個(gè)包含創(chuàng)建到復(fù)制整個(gè)完整流程的全息顯示系統(tǒng)，有望推動(dòng)全息顯示的商業(yè)化。科研人員在論文中表示：建立全息顯示的框架將成為解決商業(yè)化難題的關(guān)鍵，SAIT將持續(xù)推動(dòng)全息作為未來的顯示形式。

盡管如此，SAIT科研人員認(rèn)為全息技術(shù)打開主流市場還需要很長時(shí)間，因?yàn)槌诵枰_發(fā)技術(shù)外，還需要發(fā)展全息內(nèi)容、全息視頻捕捉設(shè)備、全息數(shù)據(jù)傳輸流程等等。

應(yīng)用場景方面，SAIT認(rèn)為未來全息技術(shù)可用于遠(yuǎn)程醫(yī)療、圖形可視化、虛擬導(dǎo)航、3D顯示等等。起初，可能會(huì)出現(xiàn)全息鍵盤、全息菜單等應(yīng)用，隨著這項(xiàng)技術(shù)越來越常見，它可能還會(huì)用來創(chuàng)建基于手勢、語音、眼球追蹤、腦電波識別等其他輸入方式的UI（用于AR眼鏡等設(shè)備）。

對比其他全息技術(shù)

前面提到，市面上有各種各樣的全息方案，應(yīng)用更廣泛的是2D全息技術(shù)，而真正的3D全息顯示還在實(shí)驗(yàn)室探索階段，難以商業(yè)化。目前已經(jīng)向企業(yè)、設(shè)計(jì)師和開發(fā)者發(fā)售的Looking Glass全息顯示屏支持多人從45個(gè)角度查看3D模型，但你無法直接觸碰顯示屏中的虛擬圖像，而且售價(jià)599美元到3000美元，造價(jià)比較昂貴。

相比之下，Voxon全息顯示設(shè)備支持更多觀察角度，生成的3D虛擬模型看起來就像是真實(shí)存在的。它的原理是基于高速（4000fps）移動(dòng)的平面介質(zhì)，但這樣的設(shè)計(jì)則更加依賴算力，設(shè)備體積笨重，而且售價(jià)高達(dá)1萬美元。

而基于投影技術(shù)的Light Field Lab原理其實(shí)與SAIT的方案有些相似，都是利用光來形成3D全息影像，區(qū)別在于SAIT解決了計(jì)算成本的問題，通過算法來優(yōu)化全息圖像生成流程，計(jì)算單元僅需要一個(gè)芯片。

盡管如此，我們可能要等到6G時(shí)代才能看到三星推出全息相關(guān)產(chǎn)品，因?yàn)槿谴饲霸?G白皮書中就曾提到，6G時(shí)代的三個(gè)關(guān)鍵服務(wù)是：真正的沉浸式XR、高質(zhì)量移動(dòng)式全息體驗(yàn)、數(shù)字化身。他們認(rèn)為，全息圖像將成為未來新一代媒介，它可通過顯示出面部表情、手勢動(dòng)作，甚至豐富自然的肢體語言等。而這些還需要實(shí)時(shí)的面部、動(dòng)作捕捉技術(shù)，將拍攝的三維圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)綄Ψ?。未來，這種技術(shù)有望成為遠(yuǎn)程通訊、醫(yī)療、虛擬導(dǎo)航的新方式。

責(zé)任編輯：PSY