在现实世界中，当我们看到一个物体时，实际上是我们的眼睛接收到了该物体反射的光，即光的波前。波前包含我们的眼睛可以解释的关于光波的亮度、颜色和距离(相位)特性的复杂信息，这使我们能够在三维中感知物体。
全息AR：不是你祖父辈时代的全息
在现实世界中，当我们看到一个物体时，实际上是我们的眼睛接收到了该物体反射的光，即光的波前。波前包含我们的眼睛可以解释的关于光波的亮度、颜色和距离(相位)特性的复杂信息，这使我们能够在三维中感知物体。
相比之下，当我们看显示屏时，我们看到的是显示器的各个像素从二维平面发出的光(即使这些像素小到我们的眼睛无法感知)。全息图旨在复制物体在真实世界中反射光的效果。从本质上讲，今天的全息图由计算机生成的波前副本组成，该副本从显示屏投影或投影到透明面板上，使用干涉图案模仿来自物体的真实世界波前，从而使2D投影呈现3D效果。
在全息图的早期，带有特殊涂层的照相底片用于记录波前的幅度和相位信息。今天，使用计算机和显示器生成全息投影。典型的计算机生成的全息图由算法计算并使用空间光调制器进行投影1。虽然一些增强现实(AR)系统使用显示屏幕，如 OLED发射图像或用清晰面板反射投影图像，但先进的全息技术是一种新兴的、具有大众市场潜力的AR可视化方法。
基于计算机生成全息(CGH)显示的AR设备示意图。CGH上传到空间光调制器上，参考光照射下的衍射光通过分束器的一个方向到达人眼，真实环境通过分束器的另一个方向进入人眼，形成组合带有AR图像的背景环境图像。
传统的AR/VR设备基于双目视觉显示或光场显示，两者都可能存在聚散调节冲突(vergence-accommodation conflicts)，导致用户头晕或疲劳。全息显示器提供3D视觉感知，而不会在观看者中产生会聚聚焦冲突(convergence-focusing conflict)，从而减轻这些负面的用户体验。在工业/企业应用之外采用AR的速度很慢，部分原因是上述物理影响。消费者对智能眼镜和AR设备的广泛采用之所以兴趣低迷，其另一个原因是长时间佩戴头戴式设备 (HMD)的不适感，以及对笨重或不吸引人的智能眼镜设计风格的担忧。大多数消费者仍然依靠智能手机获取动态信息。
在改善用户体验的同时推进全息科学
制作静态全息3D图像是一个起点，但需要更具吸引力的AR体验来推动更多的市场兴趣。研究人员和公司不断推动技术向前发展，追求更具交互性、身临其境性和无耳机(headset-free)的增强现实和全息方法，以增强体验。
例如，在SPIE AR VR MR Conference 2020上，来自伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员利用DMD提出了一种基于数字振幅计算机生成全息图投影的AR近眼显示系统2。该设备的工作原理基于菲涅耳全息和空间光调制器编码，使系统能够显示具有准确深度线索的高分辨率3D图像。他们建议这种技术可用于紧凑、低成本的设备，这可能对消费应用很有吸引力。
以下是对全息创新的一些进一步领域的一瞥——交互性、沉浸式和无头戴式系统——它们可以帮助克服消费者AR采用障碍，并改变我们未来与技术互动的方式。
交互式全息图
您可能已经在钢铁侠和复仇者联盟电影中看到托尼·斯塔克与他巨大的AR显示器互动，挥动他的手将空中图像滑入和滑出视野。现在研究人员越来越接近于实现这种能力，但他们从手指手势开始。
日本千叶大学的一个团队开发了一种“交互式手指感应系统，使观察者能够直观地实时处理电子全息图像。在这个系统中，运动传感器检测手指手势(滑动和捏合)并将它们分别转换为全息图像的旋转和放大/缩小。”3
(a) 使用滑动手势旋转3D图像和 (b) 使用捏合手势缩小和放大图像的图像。霸王龙的图像由 4,096 个点光源组成。
无耳机(Headset-Free)增强现实体验
最近的发展正在进一步推动全息创新，特别是在AR领域。下一代全息显示器——也称为全息接口、光场显示器、超立体显示器或体积显示器4——将首次让用户摆脱头戴式耳机或智能眼镜等硬件的束缚，因为图像被投射到真实的空间。这不仅使单个用户能够不受阻碍地查看全息图，而且使多个用户能够从多个 3D 角度同时体验相同的全息图
这些新系统意味着“一群人现在可以与虚拟角色和世界互动，兑现科幻小说中长期承诺的全息未来。”5这种无耳机突破的潜在应用是巨大的，可以预测“几乎所有行业——医学成像、通信、3D 设计、广告、记忆行业(memories industry)、娱乐、药物设计、教育——都将在未来几年因这种转变而发生转变。”6 此外，汽车行业将AR技术应用于车辆的平视显示(HUD)系统。
全息增强现实
全息术的另一个创新领域被称为“全息增强现实”，不要与简单地使用全息术将物体或图像投影到用户当前环境(带或不带耳机)中相混淆。全息AR指的是一种更加身临其境的体验，用户将自己置身于交互环境中。“全息增强现实从现实世界中实时提取人和/或物体，并将他们沉浸在虚拟环境中，在那里他们可以自然地与数字元素进行交互。换句话说，全息AR允许用户在虚拟世界中看到自己，并与在同一空间内发现的物体进行交互。”7全息AR的一个关键方面是它集成了身体动作——手势、面部表情甚至语音命令——来控制体验，而不需要任何手持控制器设备。这种类型的有机用户跟踪称为自然用户界面(NUI)，其中包括上面引用的使用手指手势的工作。
全息 AR 具有用于教育目的的巨大潜力，例如，让学生沉浸在他们正在学习的环境中，并使他们能够虚拟探索该环境并与之互动。
学生可以访问火星并近距离体验与好奇号火星车的互动。
原文来源: https://www.radiantvisionsystems.com/blog/holographic-ar-not-your-grandfathers-holography
1. He, Z., et al., “Progress in virtual reality and augmented reality based on holographic dISPlay”, Applied Optics, Vol. 58(5), February 10, 2019.
2. Chang, C., et al., "Holographic near-eye 3D display based on amplitude-only wavefront modulation", Proc. SPIE 11310, Optical Architectures for Displays and Sensing in Augmented, Virtual, and Mixed Reality (AR, VR, MR), 113100V, February 19, 2020. https://doi.org/10.1117/12.2544452
3. Yamada,S.,et al.,“Interactive Holographic Display Based on Finger Gestures”,Scientific Reports 8, 2010 (2018), January 31, 2018. https://doi.org/10.1038/s41598-018-20454-6
4. Frayne, S., “holograms, VR, AR, & the future of reality”, Looking Glass Blog, September 17, 2019.
5. Ibid.
6. Ibid.
7. “What is Holographic AR”, Integem (retrieved May 7, 2020).
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