三維顯示技術(shù)（Three Dimensional，以下簡稱3D）發(fā)展到今天，更多的專業(yè)人士將注意力聚焦在投影技術(shù)和思路創(chuàng)新上。其實，在三維顯示領(lǐng)域中，有一種技術(shù)一直被大多數(shù)人所忽視，那就是激光三維顯示技術(shù)。

　　10月29日，據(jù)國外媒體報道，日本一家名為Burton的公司開發(fā)了一項新技術(shù)，通過向稀薄的空氣里發(fā)射激光而產(chǎn)生了立體圖像。這幅圖像“憑空”浮動在空氣中，時而是在空中不斷翻飛、拍動翅膀的“蝴蝶”，時而化身為“蘋果”，卻始終浮動在空中。

　　神奇的激光三維圖像

　　這并不是Burton公司第一次開發(fā)出這種技術(shù)，早在2006年它就開始研發(fā)出一款名為Aerial 3D的激光三維顯示產(chǎn)品。Aerial 3D可以將3D的圖像投影到空中或水中而無須依賴任何屏幕，從而實現(xiàn)裸眼3D。Burton稱他們的這一激光系統(tǒng)是絕無僅有的。

　　Aerial 3D工作原理是利用激光燈讓空氣中的氧和氮的等離子體在空氣中激發(fā)，以每秒50000點的速度投影出3D物體，幀速率為10~15幀每秒，Burton公司的核心技術(shù)就是激光燈發(fā)射裝置。

　　今年，Burton公司發(fā)布的技術(shù)依然以Aerial 3D技術(shù)為基礎(chǔ)。北京航空航天大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院副教授歐攀告訴《中國科學(xué)報》記者：“該技術(shù)是采用脈沖激光器作為光源，通過控制聚焦點在空間的位置變化來電離空氣發(fā)光，從而產(chǎn)生3D顯示的效果。”

　　換言之，它與放大鏡把陽光聚焦于一點的方法一樣。首先使用者先使用激光發(fā)射裝置把強激光聚集到空中的一個小點，導(dǎo)致那里的溫度驟然升高，瞬間將空氣電離，發(fā)射出白光，看起來就像是一次微型爆炸和一個明亮的LED光源的結(jié)合體。

　　當(dāng)光束每秒發(fā)射數(shù)百次，隨著光束的移動，高亮白點便能“幻化”形成肉眼可見的基本三維圖像。研究人員表示，該系統(tǒng)不僅對廣告客戶具有重要的價值，它在重大自然災(zāi)害期間，也可以用來發(fā)射警報和疏散警告，因為人們在白天和夜晚都能看到這種信號，并且無須任何屏幕。

　　Burton首席執(zhí)行官木村秀樹（Hideki Kimura）說：“一天24小時的任何時候我們都能開車前往災(zāi)區(qū)，協(xié)助發(fā)送重要信息。”他表示，這些圖像將為那些無法接收到常規(guī)無線電信號的人提供信息。

　　另辟蹊徑

　　日常生活中，最為大眾熟識的3D顯示技術(shù)恐怕就是3D電影了。當(dāng)年，超人“飛出”屏幕的瞬間，震撼了不少初與3D技術(shù)“親密接觸”的觀眾。而今，觀眾只須戴上特制眼鏡，屏幕上原本二維的圖像便會立刻變成立體圖像。人們不再思考是什么技術(shù)讓電影變得立體，更不愿深究國內(nèi)外3D技術(shù)差距的起因是什么。

　　而Burton公司的激光3D技術(shù)，再次喚醒人們對于3D技術(shù)的好奇心。

　　“現(xiàn)在3D的概念經(jīng)常被濫用，這種讓人看到具有深度的圖像的技術(shù)可以被稱為：立體顯示技術(shù)。”北京理工大學(xué)光電信息技術(shù)與顏色科學(xué)研究所副教授翁冬冬在接受《中國科學(xué)報》記者采訪時表示，“立體顯示技術(shù)可以大致分為兩大類，視差型立體顯示技術(shù)和體三維顯示技術(shù)。”

　　目前，全球絕大部分科研機構(gòu)和商業(yè)企業(yè)都將精力投入視差型立體顯示技術(shù)的研究，Burton公司所采用的技術(shù)屬于體三維顯示技術(shù)，而且其激光匯聚成像的方式具有很強的獨特性。

　　對于視差型立體顯示技術(shù)來說，其目的是通過讓用戶左右眼分別看到兩張不同的圖像（兩張圖像構(gòu)成一個視差圖像對）來產(chǎn)生立體感。翁冬冬解釋說，我們通常在電影院看的3D電影就采用這樣的技術(shù)。視差型立體顯示技術(shù)既可以通過光的波長不同，讓進(jìn)入左眼與右眼畫面不一樣；也能夠利用光的偏振態(tài)或是通過顯示的時間差實現(xiàn)進(jìn)入左右眼的圖像不同。然而不論哪種方法，佩戴眼鏡都會削弱圖像的顏色或是亮度，影響觀看者的視覺感受。

　　于是，技術(shù)人員開始追求另一種3D效果，即不戴眼鏡，實現(xiàn)裸眼觀察的3D顯示。“這種技術(shù)利用光柵產(chǎn)生多個立體圖像觀察區(qū)域，由于左眼和右眼的觀察位置不同，從而導(dǎo)致左右眼看到的內(nèi)容不同，最后在人的視覺上產(chǎn)生3D的效果。”

　　“但是，通常在視差型三維顯示中，用戶從多種視覺深度通道獲取的信息會產(chǎn)生相互矛盾，從而導(dǎo)致暈眩等不適現(xiàn)象。”具體來說：人的大腦判斷物體深度的時候，往往根據(jù)近大遠(yuǎn)小的原則、輻輳變化、眼部肌肉的松緊程度等多種方法綜合得出結(jié)論。但是對于視差型的三維顯示技術(shù)，視差圖像是被顯示在了一個平面上，因為人的深度感覺主要由雙眼輻輳的變化而產(chǎn)生，所以輻輳獲得的深度信息與其他通道獲得的深度信息就可能產(chǎn)生矛盾從而導(dǎo)致觀看的不適感覺。

　　相對的，對于體三維顯示技術(shù)，其目的是真正在三維空間中形成立體的圖像基元，即體素（一般二維圖像由像素構(gòu)成，體三維顯示的圖像由體素構(gòu)成）。由體素構(gòu)成的立體圖像真實存在于三維空間中，人在觀察這種圖像的時候，多個視覺深度獲取通道之間是和諧的，所以不會產(chǎn)生觀看視差型立體圖像時的暈眩感。#p#分頁標(biāo)題#e#

　　為了形成體素，人們想了很多種方法，比如讓屏幕高速旋轉(zhuǎn)起來，讓投影設(shè)備跟隨屏幕一起旋轉(zhuǎn)并投影，進(jìn)而產(chǎn)生體三維顯示的效果。

　　Burton公司的技術(shù)是一種非常獨特的體素及體三維圖像生成方法，這項技術(shù)是通過激光匯聚在空氣中形成一個亮點，不是一般意義上的投影，也沒有通過其他視差顯示技術(shù)來欺騙眼睛。與它相似的技術(shù)，很早就應(yīng)用在激光雕刻上。人們利用激光匯聚束，將激光打在玻璃內(nèi)部，從而在透明玻璃的內(nèi)部產(chǎn)生一個小氣泡，這些氣泡按照一定順序排列，就可以在一塊立方體的玻璃中形成美國的金門大橋，或者德國的科隆大教堂等三維立體圖像。

　　“但如果激光束最終匯聚的地方不是玻璃內(nèi)部，而是空氣內(nèi)部呢？就會產(chǎn)生Burton公司這項技術(shù)的效果。Burton公司只是將這種玻璃雕刻的技術(shù)進(jìn)一步發(fā)揚光大，并將其應(yīng)用到了空氣中。”翁冬冬解釋道，“激光匯聚在一點后的情況和太陽光的發(fā)光原理有些類似，通過激光束的匯集，讓某一點空氣達(dá)到很高的溫度，瞬間‘點燃’空氣，將其電離，從而使得該處空氣形成一個發(fā)光點。”

　　安全性有待商榷

　　在Burton公司官網(wǎng)上，有這樣一段視頻，一個觀察者佩戴著防護(hù)眼鏡，近距離觀看激光束打出的立體圖案。翁冬冬說，之所以要佩戴防護(hù)眼鏡就是要保護(hù)眼睛，防止被瞬間電離的空氣傷害。“如果將這個集中出現(xiàn)的激光點打到人的身體上，人體就會被嚴(yán)重?zé)齻?rdquo;

　　不過，也不必太過擔(dān)心，因為這項技術(shù)還有個軟肋——距離。目前的投射范圍是5米以內(nèi)，也就是說5米以內(nèi)的任何空中位置都可以被投射出一個類似LED的影像，然而超過這個距離就很難得到同樣的效果了。

　　這是因為，“激光在空氣中傳播時，會因為空氣中顆粒的散射而被衰減，無法打到更遠(yuǎn)的距離。”翁冬冬說。

　　Burton公司相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，正在研究進(jìn)一步擴(kuò)大該技術(shù)的有效距離，下一步的目標(biāo)是提高一倍的距離。