市面上充滿著各種各樣的AR眼鏡、AR應(yīng)用，每個(gè)人都在談全息，每個(gè)人似乎都實(shí)現(xiàn)了全息。就AR眼鏡來(lái)說(shuō)，終于誰(shuí)才是在真正的全息呢？

1光的反照

AR眼鏡的起源要從光的反照結(jié)束說(shuō)起，今天的AR眼鏡，無(wú)論是號(hào)稱黑科技的HoloLens，依然成也宣傳敗也宣傳的Google Glass, 神秘傳說(shuō)的Lumus,常常出現(xiàn)的Epson, 抑或低調(diào)內(nèi)斂顯示結(jié)果充滿著濃濃的上世紀(jì)風(fēng)格的Sony SmartEyeglass。每一個(gè)要稱之為AR眼鏡的設(shè)備第一要實(shí)現(xiàn)虛實(shí)調(diào)和。

從視覺(jué)上說(shuō)，虛實(shí)調(diào)和想要做的就是讓用戶既看到虛擬的圖像又看到真實(shí)的世界。那虛擬的圖像可以通過(guò)投影來(lái)實(shí)現(xiàn)，真實(shí)的世界就是真實(shí)的世界啦。

譬如我們?cè)诰€可以這樣，把虛擬的物體放在我們?cè)诰€的眼前，同時(shí)看外頭的世界，這樣一定就能同時(shí)看到虛擬圖像和實(shí)際的世界。

很顯然這會(huì)遮擋用戶觀看真實(shí)世界的正常視線。因此，人們會(huì)想到使用我們?cè)诰€小學(xué)就學(xué)過(guò)的光的反照原理，把虛擬圖像光源放在眼睛側(cè)面或上面，然後通過(guò)反照使虛擬圖像進(jìn)入到人的眼睛裏。如下所示：

這就是AR眼鏡中常見(jiàn)的棱鏡反照方案，那個(gè)示貪圖只是極其簡(jiǎn)化版本，在真實(shí)使用過(guò)程中，會(huì)依據(jù)需要進(jìn)行多次反照，也許會(huì)使用球面非球面等不同的反照鏡。譬如Google glass 。

2鏡片變薄

但是如果單純的用棱鏡反照，鏡片太大且太厚，因此，有一種方法是把單個(gè)反照結(jié)構(gòu)切割成多層反照層結(jié)構(gòu)，每個(gè)反照層反照雷同的圖像，相互平行的多個(gè)反照鏡反照出平行光進(jìn)入人眼。通過(guò)這種方法，可以讓鏡片變薄。

3鏡片繼續(xù)變薄

同樣的理路，如果我們繼續(xù)將鏡片細(xì)分成很多很多個(gè)平行的反照層結(jié)構(gòu)，是不是可以讓鏡片更薄呢？以及怎么樣才能讓鏡片成了英雄這種足夠細(xì)小的很多個(gè)平行的反照層結(jié)構(gòu)呢？ 一般的反照棱鏡肯定是不能做到那么小的，這時(shí)候就要使用光學(xué)中的干涉原理結(jié)合特殊的材料實(shí)現(xiàn)。

4幹涉與衍射

我們?cè)诰€也許沒(méi)有見(jiàn)到過(guò)光的幹涉，但是水波幹涉是很常見(jiàn)的。同水波的幹涉類似，通過(guò)使用兩束光波進(jìn)行幹涉可以形成幹涉圖樣。而有點(diǎn)材質(zhì)的折射率可以因爲(wèi)光照而發(fā)生變化。我們?cè)诰€可以通過(guò)使用兩束相互幹涉的光照射到某些特殊材質(zhì)上，經(jīng)過(guò)顯影定影記錄下對(duì)應(yīng)的幹涉圖樣，實(shí)現(xiàn)前面需要的無(wú)數(shù)個(gè)細(xì)小平行的結(jié)構(gòu)。

然後，當(dāng)物光再次以某種角度照射到該材質(zhì)上，物光會(huì)發(fā)生衍射。衍射使光的傳播方向發(fā)生變化而入射到人的眼睛裏，也就是實(shí)現(xiàn)了我們?cè)诰€想要的光的轉(zhuǎn)折。

也就是說(shuō)，通過(guò)使用兩束光在介質(zhì)材料中幹涉的方法，我們?cè)诰€可以記錄下周期性的幹涉圖樣，當(dāng)物光再次通過(guò)這種介質(zhì)時(shí)，就能夠比照我們?cè)诰€的需要進(jìn)行光路轉(zhuǎn)折，進(jìn)入到人眼睛裏。

5那麼光柵又是什麼？

光柵是大批等寬等間距的平行狹縫構(gòu)成的光學(xué)結(jié)構(gòu)，是一種周期性的排布結(jié)構(gòu)。上面通過(guò)兩束光的幹涉並記錄在材料中，實(shí)現(xiàn)了我們?cè)诰€想要的很多個(gè)平行排布的周期性結(jié)構(gòu)，記錄完成的材料就是一種光柵。

6光波導(dǎo)呢？

光波導(dǎo)是使用光的全反照原理引導(dǎo)光波在其中傳播的一種介質(zhì)裝置。是用來(lái)導(dǎo)光的，我們?cè)诰€經(jīng)常玩的一種玩具就是光波導(dǎo)。

體現(xiàn)在AR眼鏡裏，就是光的傳輸方法采用了光波導(dǎo)，傳輸過(guò)程可以是這樣的：

7全息在哪裏？

全息，是指光的全部信息，是來(lái)自光學(xué)的一個(gè)概念，一般指光的振幅和相位信息。可以明白爲(wèi)振幅讓你感受到光的強(qiáng)度而相位讓你感受到物體的三維信息。

在繼續(xù)講述之前，我們?cè)诰€先插播一個(gè)小實(shí)驗(yàn)：

所有的光學(xué)全息課程中，一個(gè)最簡(jiǎn)單的例子，就是小熊貓（或者其他任何三維物體 ）的全息成像和再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)。 一束激光打在小熊貓身上而漫反照出的是物光，另外一束雷同波長(zhǎng)的光作為參考光，物光與參考光產(chǎn)生干涉，即可以在全息干板上記載下小熊貓的全息圖。那個(gè)過(guò)程是干涉記載，記載完成的全息干板大概長(zhǎng)那個(gè)模樣：

實(shí)際上單純?nèi)搜凼菬o(wú)法從全息圖上看出全息圖的內(nèi)容的，只有使用參考光通過(guò)全息幹板成像（形成全息圖的像），才能進(jìn)行複現(xiàn)，看到真正的三維的全息的圖像。這個(gè)過(guò)程就是衍射再現(xiàn)。這時(shí)候的圖像既有光強(qiáng)又有相位，是真正的全息圖像。表現(xiàn)在觀察的結(jié)果就是，用戶通過(guò)裸眼可以看到一個(gè)立體的小熊貓，轉(zhuǎn)動(dòng)全息幹板可以看到不同角度的三維圖像。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程是這樣式兒的：

也就是說(shuō)，真正光學(xué)意義上的全息是使用光的幹涉原理通過(guò)將3D物體的影像記錄在某種材質(zhì)上（例如全息幹板），通過(guò)光的衍射再現(xiàn)記錄物理的三維圖像的過(guò)程。簡(jiǎn)單的說(shuō)，全息就是幹涉記錄，衍射再現(xiàn)。

8誰(shuí)在騙人？

你是不是差不多發(fā)現(xiàn)了，全息過(guò)程的記載和再現(xiàn)是干涉記載衍射再現(xiàn)，全息光柵的制作過(guò)程同樣是兩束光進(jìn)行干涉，成像時(shí)候通過(guò)衍射原理讓物體的光產(chǎn)生反照進(jìn)入人眼。也就是眼鏡鏡片的制作過(guò)程中使用了全息技術(shù)。

那麼，我們?cè)诰€從AR眼鏡中看到的像終因此不是全息圖像？

從嚴(yán)格的光學(xué)意義上來(lái)講，不是。

Sony SmartEyeglass 與HoloLens稱為全息AR眼鏡的原因在于，其鏡片的制作過(guò)程或者是成像過(guò)程中使用了全息技術(shù)。鏡片的作用依然只是對(duì)圖像源投出的光線進(jìn)行偏轉(zhuǎn)最后輸出平行光線進(jìn)入人眼。用戶的左右眼睛同意到的基本上單純的2D平面圖像。依然只包含光強(qiáng)信息，沒(méi)有相位信息，并不是光學(xué)意義上的全息圖像。

從目前被大伙兒認(rèn)可的程度來(lái)講，是！

雙目立體視覺(jué)與SLAM即時(shí)定位與地圖構(gòu)建

用戶之因此能夠看到立體的三維物體，但是卻不能稱之爲(wèi)全息影像，要緊因爲(wèi)兩個(gè)方面：

1. AR眼鏡輸出給用戶左右眼睛的是兩幅有一定視差的2D平面圖像。通過(guò)使用兩個(gè)眼鏡的視覺(jué)差，模擬用戶觀察真實(shí)世界的行爲(wèi)，造成一種3D視覺(jué)的假象，是通過(guò)技術(shù)手段在欺騙用戶的眼睛。

2. 通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)（譬如SLAM）實(shí)時(shí)的對(duì)環(huán)境進(jìn)行重建並計(jì)算用戶當(dāng)前的位姿。根據(jù)用戶和環(huán)境的相對(duì)位置，將用戶在該角度下應(yīng)該看到的圖像計(jì)算出來(lái)並顯示顯示給用戶。依然是通過(guò)計(jì)算給用戶造成一種自己可以360°看到物體的假象。

因此個(gè)人認(rèn)爲(wèi)，HoloLens給用戶輸出的圖像，稱爲(wèi)360度雙目立體成像更合適一些。但是現(xiàn)在越來(lái)越多的用戶已經(jīng)認(rèn)可看到360°的立體物體代表著全息顯示。如果從這種意義上講，全息是指三維物體的全部信息（立體顯示和360°顯示），而不是光學(xué)上的光強(qiáng)和相位意義上的全息，那麼小編覺(jué)得是可以部分表達(dá)贊同的。

換個(gè)角度講，光學(xué)意義上的全息圖像不管用戶有沒(méi)有在觀看，物體基本上三維立體的，是絕對(duì)意義上的三維的。但是HoloLens的全息圖像只有在人眼觀察的情況下才是三維立體的，沒(méi)有觀察的情況下只是2D的圖像。

但是，網(wǎng)絡(luò)上經(jīng)常出現(xiàn)的認(rèn)爲(wèi)隨便一張能夠發(fā)出輝光效應(yīng)的2D的圖像，或者是通過(guò)反照鏡反照的藍(lán)色輝光圖像就鬧哄哄的稱之爲(wèi)實(shí)現(xiàn)了全息顯示的文章或者報(bào)道，就有點(diǎn)太誇大其實(shí)，實(shí)在是在誤導(dǎo)大衆(zhòng)了。

9補(bǔ)充幾句

當(dāng)然了，前面的基本上最最簡(jiǎn)單的介紹，實(shí)際應(yīng)用中即使是簡(jiǎn)單的棱鏡反照，也遠(yuǎn)比圖中表達(dá)的龐大的多。舉個(gè)栗子說(shuō)，棱鏡反照的反照面可以是平面(例如Google glass)，可以球面或者自由曲面（例如Epson BT300），傳輸?shù)墓饪梢允亲匀还庖部梢允瞧窆猓ㄆ┤鏛umus）。而任何一種都可以使用光波導(dǎo)對(duì)光進(jìn)行傳輸。