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可显示25亿像素全息图像，这家公司欲将“全息甲板”变成现实？
Esther｜编辑
提起全息显示技术，目前市面上已经有各种不同的方案，比如：基于高速飘浮粒子的投影方案，或是通过多层过滤器处理光线来实现的3D相框等等。大多数全息显示方案的规模比较小，仅用来展示规模较小的3D模型。相比之下，从2018年开始一家叫Light Field Lab的公司就开始研发空间级的全息显示技术，他们的愿景是将全息与周围物理空间融合，营造一种酷似《星际迷航》中“全息甲板”的视觉体验。也就是说，用全息图像来营造一种虚拟环境。
据青亭网了解，技术细节Light Field Lab成立于2017年，创始人包括Karafin、Brendan Bevensee、Ed Ibe，他们此前来自光场捕捉和显示厂商Lytro。在2019年时，Light Field Lab曾展示其全息显示模组，当时该模组仅能显示1.6亿像素、60Hz刷新率的图像。
近期Light Field Lab公布了全新的模块化全息显示方案SolidLight，通过排列组合，它可显示高达25亿像素以上的图像。
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据悉，Light Field Lab称之为有史以来分辨率最高的全息显示方案。从公布的实拍视频来看，其视觉效果（包括色彩等）看起来足够生动，虽然能看出是全息图像，但已经达到电影中描绘的效果。
为了展示SolidLight的效果，Light Field Lab CEO Jon Karafin带体验者进入了一间暗室，在这个房间中，布置了一个类似于热带雨林的模拟场景，同时背景还播放了应景的音效。在热带雨林中央，可以看到一个以全息形式显示的变色龙，这是一个动态的变色龙，它不时会伸舌头吃掉周围的苍蝇。有趣的是，它的舌头碰到周围植物时，植物也会开始颤动，好像变色龙是真实存在的一样。
当然，仔细观看还是可以发现，变色龙是由像素组成的，而且与周围的实物相比，看起来比较模糊。不过，它是一个肉眼可见的3D模型，你可以从多个角度查看它的外观。
体验者表示，虽然全息变色龙看起来是简单的概念，但细看却非常复杂。它可以在逼真视觉（会聚的波阵面）和虚拟（发散的波阵面）之间切换。
产品细节
SolidLight方案是由规模较小的子模块组成，每个子模块包含16kx10k的像素，尺寸为6x4英寸（15.24x10.15厘米）。每15个子模块，可组成一个28英寸的全息显示屏，可显示25亿颗像素。据Light Field Lab称，SolidLight的像素密度可达到每米100亿颗像素。
Light Field Lab CEO Jon Karafin
应用场景方面，Light Field Lab将瞄准大规模展示（比如剧院、商场、娱乐中心等等），将全息显示模块组成规模更大的视频墙，显示数千亿像素的3D模型，比如博物馆中的恐龙等等。
据了解，SolidLight完整的交钥匙方案包含四块：
SolidLight Surface 模块化显示模组；
计算硬件，包括服务器、GPU、网络与同步装置；
WaveTracer：SolidLight实时或离线渲染软件和插件；
后续升级与技术支持。
Karafin表示：我们的目标是，通过逼真的全息技术改变视觉交互，并重新定义真实与虚拟。同时，我们也首次公布技术参数，我相信，它展示的是以前从未出现过的真实技术，因此接下来，将面向市场推出。目前，SolidLight开始支持预定，预计发货时间是明年。
从2019年开始，Light Field Lab就开始发售一些非量产的系统，目前已售出的系统可用于开发商业应用，预计在未来1-3年内陆续进入市场。此外，SolidLight交钥匙解决方案开始面向部分客户陆续交货，应用场景包括展览展示、零售产品可视化、广告、娱乐等等。未来，Light Field Lab还将面向C端市场，探索量产的可能性。
目前在量产方面，Light Field Lab还需要解决成本、设计等问题，比如：除了全息显示模组外，SolidLight系统还包括GPU、FPGA等计算元件，其中FPGA是客制化的。为了进一步简化系统设计，未来Light Field Lab计划开发定制芯片，从而降低成本，用于开发C端产品。
技术细节
在了解SolidLight背后技术之前，首先需要明确全息显示的定义。通常，全息指的是记录和投影光线的技术，比如全息防伪标志，也是一种记录和显示光的方案。而通常用于形容AR、全息技术的光场概念，则描述了光子在空间中的移动，以及和物质表面的相互作用。
我们肉眼能看见周围的光线也是同样的道理，这些光线是光能的集合，光在进入人眼后，会通过大脑的视觉皮层进行处理，转化成色彩信号。换句话说，你眼睛里看到的画面，实际上是由一束束光线，聚焦在视网膜上而形成的。
在Karafin看来，理想的全息技术需要具备以下几个特征：可跟随观看角度动态变化、具有双目视差、符合光学物理规律。也就是说，全息图像只位于观看者和全息光源之间，在视线内才能看见。为了实现逼真的全息图像，显示系统需要能渲染高分辨率场景，并模拟真实物体。
而Light Field Lab的技术原理是类似于3D浮空投影，即通过投影方案来重现“实像”，其特点是生成不同视角的图像变化，因此像真实物体一样具有3D观感。具体来讲，SolidLight采自发光的模块化显示面板，面板上配备了一系列复杂的光波导，可用来调节密集的平行光线场。
据悉，SolidLight方案可准确、实时地渲染双目视差、光线反射和衍射等效果，而且可显示无限焦距的全息图像，也就是说人眼可以聚焦在图像上任意一点，有种在看真实物体的感觉。不过，当你你伸出手触摸时，会发现这是全息图像，不是真的。
Karafin表示：你可以看到光子与物质表面的相互作用，形成的波阵面肉眼可见，而且可以自然对焦。这是平面显示屏无法实现的，而通过Light Field Lab的全息显示屏，观看者不需要戴额外的眼镜就能看到逼真的3D，而且不容易产生眩晕，显示几乎没有延迟。
体验者表示：SolidLight显示的全息变色龙是可触摸、用手可以穿过的，此外远离全息显示屏后，变色龙会从视线中消失。而靠近观看变色龙时，会发现类似于纱窗的效果，组成变色龙的部分像素肉眼可见。他表示：目前SolidLight技术在显示尺寸、规模和密度上，还存在局限。
目前，尽管SolidLight的显示效果还不够完美，和真实物体的观感依然有明显区别，但未来其分辨率等视觉效果有望进一步提升。实际上，在2018年时Light Field Lab仅能显示1.6亿像素、60Hz刷新率的图像，而现在通过组合全息模块，可以显示高达25亿像素以上的图像。
从2D到3D的升级
与全息显示技术相比，2D显示技术更加成熟、应用也更加广泛。不过现有的2D显示技术，在尺寸和分辨率上已经达到一种极致，而且无法正确显示3D内容。因此，Light Field Lab希望通过全息技术，进一步提升3D显示效果。
与科幻电影中的描述不同，基于真实物理规律的全息图像通常需要借助显示屏（介质）才能反射光线。比如Tupac、迈克尔·杰克逊虚拟演唱会，就是采用一种叫佩珀尔幻象的全息方案制作的，原理是将2D图像投影到半透明的表面上，这种方案常用于马戏团表演、博物馆、演唱会、剧院等场景。
而市面上的3D全息显示屏，则是通过叠加多个平面图像，来模拟3D模型的深度。3D电影，则是配合3D眼镜来营造固定的双目视差，模拟立体观感，不过焦点平面是单一的，容易让观众产生视觉辐辏调节冲突。实际上，人持续处于动态，因此视角也在不断改变，大脑对于双目视差的微小变化足够敏感，如果双目视差和焦点变化不够自然，会让人产生不真实的观感。
相比之下，真正的全息显示效果应该更加自然，就像是存在于物理空间的3D场景那样，这也是Light Field Lab未来的开发目标。Karafin表示：SolidLight展现了一种全新的显示效果，它可以用光线来组成3D物体。接下来，Light Field Lab计划通过模块化、可扩展的设计，来显示更大规模的全息图像。
参考：
https://www.lightfieldlab.com/#tech
https://venturebeat.com/2021/10/07/light-field-lab-shows-off-solidlight-high-res-holographic-display/
（ END）
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