物理学家创建《星战》三维投影

在《星球大战》等科幻电影中，三维光线投射无处不在。物理学家的最新投影技术可以从各个方向看到，达到最接近模仿科幻投影的水平。资料来源:卢卡斯影业有限公司/科巴尔

丹尼尔·斯马利一直梦想制作充满科幻电影的三维全息图。然而，在2008年的电影《钢铁侠》中，看着发明家托尼·史塔克双手穿过幽灵般的三维防弹衣，斯马利意识到，以目前标准的高科技三维显示——全息技术，他永远也不会实现这个目标，因为史塔克的双手会挡住全息图像的光源。“这刺激了我。”犹他州杨百翰大学的物理学家斯马利说。他立即试图解决这个问题。

斯马利的团队采取了一种不同的方法——使用一种叫做“立体显示”的技术来创建观众可以从任何角度看到的移动三维图像。一些物理学家说，这项技术比任何其他技术都更接近于再现1977年电影《星球大战》中莱娅公主寻求帮助的3D投影。“这是全息图永远做不到的。它会给你一个全方位的视角——一个莱娅公主的展示，因为它不是全息图。”英国格拉斯哥大学的光学物理学家Miles Padgett说。

最近，《自然》杂志描述的技术更像是高速蚀刻草图:它利用一组几乎不可见的激光束传输的能量来捕捉单个粒子(一种叫做纤维素的植物纤维)并不均匀地加热它们。这使得研究人员能够来回推拉纤维素。第二组激光将把红色、绿色和蓝色可见光投射到粒子上，并在粒子穿过空间时照亮它。人类无法以每秒10张图像的速度分辨图像，所以如果粒子移动得足够快，它的轨迹就像一条实线一样，就像一个在黑暗中移动的火花。如果图像变化足够快，它似乎会移动。这个显示屏可以覆盖真实的物体，观众可以在真实的空间里绕着它走。

到目前为止，它创造的图像仍然很小，只有几毫米宽。因为运动图像需要更高的速度，所以现在只能创建简单的线条画。研究小组绘制了一个移动的螺旋和一只蝴蝶的静态轮廓。

马萨诸塞州剑桥市哈佛大学纳米技术研究专家威廉·威尔逊说，这项技术仍需要大力发展，现有的简单设计有很大的改进潜力。

“这是一场巨大的技术胜利。”帕吉特说，“我希望我做到了。”

与现有的三维显示技术相比，这种方法有很多优点。全息摄影通过让光线穿过包含衍射光栅的二维屏幕来产生三维图像。光栅控制光的路径，给图像一种深度感。艺术全息图可以是全彩色的，也可以是实物大小的，但是视角有限，因为光必须从二维平面出现。另外，因为以一定的速度改变衍射光栅具有挑战性，所以全息图通常是静态的。

顾名思义，立体显示器在三维空间中重建图像。大多数现有系统将图像投影到快速旋转的二维屏幕上。更复杂的显示器，包括一些受斯马利启发、由东京庆应大学研究人员制作的显示器，在三维空间中使用超热等离子体。然而，目前这些显示器只能使用一种颜色。其他方法使用增强现实硬件，如微软的全息透镜，它可以创造真实世界的三维图像的幻觉。但是斯马利说这些需要特殊的头盔，并且是数据密集型的。

最新的系统产生了比传统电脑屏幕更高分辨率的图像，达到每英寸1600点。然而，为了创建逼真的图像，需要复杂的运动图像和更高的视觉效果。物理学家仍然需要找到加速粒子运动和同时控制几个粒子运动的方法。

斯马利说他有办法解决这两个问题。他说:“如果我们能在接下来的四年里取得和过去一样多的坏成绩，那么我们就能成功地展示实际的层面。”

位于图森的亚利桑那州立大学的光学物理学家纳赛尔·佩恩巴里安(Nasser Peyghambarian)说，这项技术的一个缺点是很难摆脱投影的幽灵般透明的本质。这是因为眼睛从图像的“后面”粒子和从“前面”粒子接收的光一样多。

最后，还有另一个问题，因为控制粒子的力量很小，系统很容易损坏。这可能会阻碍军事应用，例如模拟士兵训练的三维战场，因为任何强风都会使粒子脱离轨道。斯马利说，为了解决这个问题，该系统只能用来散射光从暂时存在的粒子雾。"在飓风中你永远也不会这样做。"他说，“但它仍然可以在外面进行，这并不超出想象。”(晋南编)

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