风起元宇宙，全息投影才是真入口

　　1992年，科幻小说《雪崩》问世。
　　作者尼尔·斯蒂芬森不会想到，许多年后，赛博朋克的主人公 Hiro Protagonist 大战资本主义的故事没能被密切关注，反而为了讽刺社会黑暗而架构的虚拟世界观＂元宇宙＂，风靡了大街小巷，人尽皆知，就连街上的老头乐，都印满了＂元宇宙的商业价值＂。
　　元宇宙真正爆火，还是2021年10月29日，Facebook 取 Metaverse（元宇宙）之名，正式更名为 Meta（元）。互联网风云人物扎克伯格大声宣布，公司未来将以元宇宙为先，直接引爆人们对于元宇宙的好奇心。
　　在大多数元宇宙的概念中，包括 Meta 都认为，进入元宇宙的方式，是 VR 和 AR ，戴上头显，就能畅游数字世界。
　　我们先来看，元宇宙的概念，到底是什么：
　　元宇宙（Metaverse）是利用科技手段进行链接与创造的，与现实世界映射与交互的虚拟世界，具备新型社会体系的数字生活空间。
　　元宇宙的核心，是数字手段链接现实，将现实映射在虚拟世界，为现实世界增加虚拟事物，创造更丰富的生活体验。
　　映射虚拟世界的方式，除了VR和AR，充满科幻感的全息投影，同样是一种＂创造虚拟＂的技术。 那全息投影，能不能成为元宇宙的入口。或者说，全息投影能够在元宇宙的体系中，发挥什么作用？
　　毕竟，四周空间填满蓝蓝绿绿的虚拟屏幕，在虚空中点动手指就能操控应用的感觉，相当科幻。
　　飞娱财经「产业观察」第31篇。
　　✎ 主笔/ 宇宙维修员
　　❊ 文章架构师/ 花哥
　　♡ 出品/ 飞娱财经  01 全息投影，在现实中如梦似幻
　　全息投影之所以被人民密切关注，得益于众多科幻电影中，主角轻轻挥一下手，在眼前就出现一块半透明的虚拟现实屏，主人公在屏幕上指指点点，窗口变换为不同形状，再甚至通过这块屏幕，还能虚拟出远在千里之外的人，进行面对面交谈。
　　在科幻电影的加持下，全息投影成为国民级的科幻期待，2019年，日本媒体对《21世纪最希望突破的尖端技术》调查中，选择全息投影的人占比67%，远超过VR和AR技术。
　　确实，随时随地投射在眼前的屏幕，相比还需要带着一个硕大头显的VR设备，不仅更加方便，而且科幻感更足，几乎满足了人类对于屏幕显示技术的全部想象。
　　而在元宇宙构建中，全息投影有着不可比拟的绝对优势。
　　第一，全息投影设备的轻量性。
　　全息投影技术不必佩戴任何设备，就能用双眼实际感受浮动在空气中的对象形体，将虚拟引入现实，这是任何 VR、AR 技术不具备的优势。
　　同时，由于裸眼体验，杜绝了VR设备的眩晕感，能够以更加真实的感官，在虚拟世界中畅游。
　　第二，全息投影可以将现实与虚拟充分融合。
　　完全漫游于纯虚拟的数字世界，固然是元宇宙的一种形式，但如果想要拓展更多的应用场景，元宇宙还是需要依托于现实世界。通过全息投影技术，可以在现实世界中，叠加一层虚拟世界，实现元宇宙在实际的生产生活中落地应用。
　　AR增强现实技术同样是在现实世界叠加虚拟内容，但AR技术必须依赖一个AR设备才能看到虚拟世界的存在，同时，AR只能由AR使用者看到，其他人对于AR使用者看到的世界，并不能感同身受。
　　但全息投影不同，全息投影通过投射虚拟事物，相当于在现实中完成了＂布景＂，只要在这个场景中的观众，所看到的虚拟事物，都完全一致。
　　第三，全息投影 ToB/G，VR设备 ToC，全息投影更容易完成产业基建。
　　元宇宙是媒介技术向前发展进程中，不可逆的趋势，但在广袤的地球，由于经济水平的不同，导致不同地区的人们对于进入元宇宙的入口不同。
　　VR设备由于其单人或双人使用的特性，决定着VR的设备，就如同手机一样，具有强烈的 ToC 属性，且因为短期内成本居高，单价较贵，并非所有人能够承担。
　　全息投影则是实现＂一群人同时进入同一个元宇宙＂的思路，通过全息投影，将现场所有观众引入同一个世界。例如演唱会现场，通过全息投影，可以将现场几万观众，同时带入主办方构建的虚拟世界；在贫困山区的课堂上，通过政府采购搭建的＂全息智慧课堂＂，能够有机会带着贫困山区的孩子们，接触元宇宙，减少山区儿童与城市儿童的认知断层。
　　由此来看，全息投影带有明显的 ToB 属性，采购方多为政府或企业，如果元宇宙真的成为未来的基础设施，那么大规模的、集群性的全息投影方案，可能更为政府部门所接受。  02 舞台，全息投影天然的应用场景
　　尽管全息投影的技术还远远没有成熟，但已经开始有一些应用场景开始尝试落地。
　　大多数人第一次在现实中接触全息投影，应该就是在博物馆中，透过小孔，观察 3D 画面里的立体演示。这是全息投影最早期的现实应用，只能通过固定角度观看简短的画面。
　　再往后，随着技术的突破，全息投影能够实现在一个平面范围内，都可以观看，可视角度大幅增加，同时，也能够支撑几个小时的画面投影，具备完整表演节目的基本条件。
　　2010年，全球知名二次元IP初音未来，举办＂初音未来之日感谢祭演唱会＂，成为人类文明史上，第一个使用全息投影技术举办演唱会的虚拟偶像。
　　这次的全息投影技术，实质上只能成为＂半全息投影＂，在维度上，只有2.5D，采用了日本KIMOTO公司的＂Dilad Screen ＂2.5D半全息透明屏，播放2.5D影像，简单的说就是在制作成不同透明度的屏幕上投影立体画面，并使用了双投影技术。
　　此后，除了2011年东京演唱会以外，初音未来其他的演唱会，基本均为此项技术。
　　这种技术是当前市面上能见到的全息投影技术的主要流派，其基本原理，是利用了光学上＂佩伯尔幻像＂，形成视觉欺骗。
　　＂佩伯尔幻像＂在魔术中经常使用，通过一张半透半反的＂膜＂，也就是所谓的透明全息膜，作为介质，使得物体在膜中形成虚像，因为是半透的，所以你可以看到膜后的景物，视觉上给人一种立体的错觉，再加上CG技术以及高亮度的灯光，这种立体影像就会给观众一种惟妙惟肖的真实感觉。
　　虽然看起来也是立体的，但佩伯尔幻像与真实的全息投影还是有一些差距。它需要光学材料折射光源才能形成立体视觉效果，观众也只能在特定的角度观影。除此以外，类似演出必须在黑暗环境才能实现，这与科幻电影中的效果相差甚远。
　　归根结底，全息投影的技术实现，本质上电影放映技术类似，都是对＂光＂的控制。先采集录制所需要的内容信息，再复原这些信息，只不过电影放映技术是采集并复原平面信息，而全息投影是要采集并复原立体信息。
　　电影放映技术是用幕布作为介质来承载内容，而目前全息投影的立体信息还没有一个成本低且稳定的介质，所以，当前大多数全息投影表演，多是利用＂佩珀尔幻象＂，叠加成熟的CG技术和舞台光影技术，带来不同寻常的超凡体验。
　　从初音未来2010年第一次使用全息投影技术进行表演，到如今全息投影舞台表演技术也进行了飞速的发展。
　　等到2019年邓丽君全息演唱会，逝世多年的歌后，再一次惟妙惟肖出现在舞台中央，释放天籁歌喉，穿越时间，依然惊艳世人；
　　再到2021年春晚，在张国立老师的生动解说下，利用全息投影技术再现的三星堆，让观众在电视机前，就能够＂一眼看千年＂，领略＂沉睡数千年，一醒惊天下＂的古蜀风采。
　　全息投影技术对传统舞台声光电技术有着颠覆性的改变，带给人们虚实结合的梦幻立体感受。
　　03 尝试未来教育，全息投影也在追求实用
　　如果全息投影只能停留在表演阶段，那么离真正改变人们的生活方式，就少了一些意义。
　　研究人员们一直没有放弃过对全息投影在功能性落地应用上的探索，2021年12月，联想研究院打造的沉浸式＂未来黑板＂HoloBoard，让人们看到全息投影在教育场景落地的曙光。
　　2021年12月，HoloBoard 成功入围素有＂教育界的奥斯卡＂之称的国际大奖——＂重构教育奖＂虚拟现实/增强现实类别决赛名单。通过大幅面沉浸式投影、高精度实时动作捕捉、双面多人增强现实渲染等先进技术的加持，HoloBoard 可以完成教学场景中各种虚实结合的互动和教学。
　　评委会对于 HoloBoard 有着充分的肯定：＂利用沉浸式和新兴技术，为学生和教学机构提供了负担得起的、可扩展的教学服务，推动了教师授课和学生学习质量的提升。＂
　　那么，HoloBoard，是如何利用全息投影技术，为学生打造出元宇宙般的学习体验？
　　HoloBoard 虽然名叫黑板，但其实，这更像是一整套教育互动技术，其主体，不仅包括用于演示画面的电子黑板，还包括音响设备、投影设备，甚至整个的教室，都是设备的一部分。
　　之所以将 HoloBoard 独立阐述，是因为 HoloBoard 的三大核心能力，正好对应了全息投影技术的三大应用场景。
　　第一项能力：远程投射能力。
　　HoloBoard 能够通过3D扫描和投射技术，将异地的老师，以3D全息影像的形式，投射到 HoloBoard 的虚拟教室当中，实现＂面对面＂授课。这具有非常大的现实意义，顶级名师在演播室授课，无数＂分身＂在全国各地的教室中，传递高质量的教育内容。
　　这项技术中，投影能力相对比较成熟，同前文所述各项舞台表演投影技术是一样的，难点在于实时传输能力，需要将异地的立体画面实时扫描，并通过网络传输到虚拟投影，这样能力一旦实现，科幻电影中的面对面＂全息对话＂，就有了实现的可能。
　　第二项能力：数字孪生。
　　数字孪生是3D投影能力的延伸，HoloBoard 的数字孪生体，可以通过在全息画面中，创造一个孪生的数字形象。例如通过 HoloBoard ，把自己镜像为孪生的宇航员形象，通过自己的动作控制屏幕里的宇航员，身临其境地在太空遨游。
　　图为:学生借助HoloBoard将自己镜像成宇航员与周围物体互动
　　第三项能力：可互动的沉浸场景。
　　全息投影能否真的像科幻电影一样，实现虚空触控，最核心的就是＂互动＂，如果只是单纯的画面投影，很难让人身临其境。但有了互动能力则不同，互动可以带来操作界面的交互，相当于有了承接执行指令的前端，能够实现的能力，就变得非常有想象空间。
　　HoloBoard 有一个真实场景实例，学生捡起一个小球，向屏幕抛去，当实体球击中屏幕时，屏幕上就会产生一个虚拟的小球，虚拟球会沿着实体球的轨迹移动，传递给屏幕上浮现的虚拟投影老师。虚拟与现实，非常自然地进行了衔接与转换。
　　除此之外，教师和学生可以在 HoloBoard 屏幕上执行三维建模任务。用手按压屏幕，根据按压的深度即可在屏幕上新建一个对应大小的3D模型。
　　借助弹性触觉反馈技术，在操作的时候，感觉就像把手伸进真正的场景中一样，会有身临其境的沉浸体验。
　　能够在黑板场景下实现按压建模，就能够实现软件虚空触控，通过点击进入不同的软件界面，实现更多交互。
　　不可否认的是，尽管 Holoboard 能够实现这些能力，但它依然只是一款原型机，距离实际应用还需要更多的突破。  04＂全息时代＂，尚需时日
　　1947年，英国匈牙利裔物理学家丹尼斯·盖伯发明了全息投影术，他因此项工作获得了1971年的诺贝尔物理学奖。全息投影技术一直到1960年激光的发明才取得了实质性的进展。
　　随着技术的深入发展，相继出现了透射式全息、反射式全息、像面式全息、彩虹式全息、合成式全息、模压式全息、数字全息等技术。
　　经过长期不断的发展，2003年首次成功将全息投影技术应用于人们的日常生活中。可以预见，未来全息投影技术的应用不止于舞台、教育等。
　　但目前整个全息投影的技术，也都处在这种难以大规模应用的阶段，距离＂全息时代＂，尚需时日。
　　参考资料：
　　元宇宙助攻，3D全息投影风云再起
　　可触摸的全息投影！＂空气触觉＂技术让虚拟篮球亦有真实弹跳感
　　聚焦黑科技，我们距离真全息投影还有多远？
　　伪全息投影和真全息投影有什么区别？
　　带你了解全息投影技术进展到了什么阶段？
　　吹嘘了70年，全息影像为何一直不能普及?
　　联想打造大型沉浸式未来黑板HoloBoard 助力教育的智能化转型
　　国产虚拟人图鉴：艺人、工人、代言人
　　如今，那些＂元宇宙＂企业在做什么？
　　＂元宇宙＂的＂头号玩家＂：微软和Meta打响用户争夺战
　　小扎秀了四台VR头显，我才明白元宇宙离我们还太远