最新技術(shù)做出的圖像可從各個方向觀察，類似于科幻電影中的三維影像。

《自然》雜志發(fā)表物理學(xué)家最新研發(fā)的“立體顯示平臺”，能向空中投放從各角度都可觀察的三維動態(tài)圖像。

《星球大戰(zhàn)》系列科幻電影中的三維投影裝置。

我們還沒有會飛的汽車、腦機接口和能與人對話的人工智能，不過，一項更為經(jīng)典的科幻技術(shù)已經(jīng)近在咫尺：科學(xué)家最新研發(fā)的激光粒子系統(tǒng)投射出了自由漂浮在空中的三維影像。

真正的三維成像

本周《自然》雜志介紹了美國楊百翰大學(xué)的物理學(xué)家和工程師丹尼爾·斯莫利（Daniel Smalley）及其同事研發(fā)的自由空間立體顯示平臺（free-space volumetric display），不同于圖像只在特定角度范圍內(nèi)可見的全息技術(shù)，這一新技術(shù)能夠生成全方位的立體圖像，與以往的任何技術(shù)相比都更接近科幻電影中常見的立體投影。

研究人員利用了一種被稱為“光學(xué)陷阱顯示”（optical trap display）的新技術(shù)，其理論基礎(chǔ)是光泳現(xiàn)象（photophoresis）。光泳是指空氣中的微粒可被強光束操縱的現(xiàn)象。這項新技術(shù)做出的三維影像就像一張高速蝕刻的草圖：在整個裝置中，第一組激光束幾乎不可見，被用于捕獲并加熱一枚纖維素粒子，使研究人員能夠?qū)αＷ舆M行操縱；第二組激光束將紅、綠、藍三種可見光按比例投射到粒子上，使它發(fā)光。通過快速移動被捕獲的粒子，研究人員能夠在空中揮舞出一些立體形狀，從觀察者的角度來看就成為一張完整的圖像。“這和夜晚的時候你在空中揮舞熒光棒畫出你的名字沒什么不同，”斯莫利說，“我們明白這只是一個點的運動，但如果速度夠快，我們的眼睛就會看到一條連貫的實線。”

過去的一個多世紀(jì)以來，科學(xué)家們一直希望創(chuàng)造出真正的三維影像，并已經(jīng)取得了一系列進展。大多數(shù)現(xiàn)有的成像系統(tǒng)通過將圖像投射到快速旋轉(zhuǎn)的二維屏幕上來創(chuàng)造出立體的物體影像，并不是真正的三維圖像。而更復(fù)雜一些的，比如東京慶應(yīng)大學(xué)的研究人員發(fā)明的、在三維空間中使用超高溫等離子體球的成像系統(tǒng)，也只能顯示出單一的顏色。其他方法則需要借助增強現(xiàn)實的硬件，比如微軟的全息透鏡：雖然能創(chuàng)造出真實的三維圖像，但需要使用專門的頭盔。

很少有立體圖像可以在被精確操控的同時仍然自由漂浮在空中。“做出一個勉強能看的‘立體圖像’并不難，而做出真正漂浮著的立體圖像很難——人們已經(jīng)為此付出了上百年的努力。”未參與此項研究的英國德比大學(xué)的物理學(xué)家和工程師巴里·布倫德爾（Barry Blundell）評論說。如今，斯莫利的團隊不僅用單顆粒子和幾束低成本激光的精確操控實現(xiàn)了立體圖像的自由漂浮，做出了蝴蝶輪廓、大學(xué)標(biāo)志等簡單的立體圖像；還實現(xiàn)了高達1600dpi的高分辨率，投影出了立體的照片。

迷你版的未來

新三維成像技術(shù)就像是“3D打印”：發(fā)光的微小粒子以極快的速度用運動軌跡創(chuàng)造出視覺圖像。哈佛大學(xué)納米技術(shù)研究員威廉·威爾森（William Wilson）評論說，這項新技術(shù)還需要大量的開發(fā)：它設(shè)計簡單，仍具有巨大的改進潛力。

指尖上的三維成像蝴蝶投影

例如，一幅地球的照片需要花將近20秒才能完全創(chuàng)造出來，而且只能被長時間曝光相機捕捉到。到目前為止，斯莫利團隊做出的圖像都很小，只有幾厘米寬，小到可以懸停在指尖上。斯莫利認為這一問題可以通過使用一面粒子同時移動來克服，而不是依靠單顆粒子來完成所有工作。布倫德爾對此表示贊同：“這就是這一技術(shù)的潛力所在。”

而為了創(chuàng)造出更逼真的畫面，更復(fù)雜的動態(tài)圖像和更強大的視覺效果，物理學(xué)家不僅需要找到同時控制許多個粒子的方法，還需要能夠加速粒子的運動。斯莫利說，他對如何解決這兩個問題已經(jīng)有了自己的想法，他說：“我認為，如果在未來4年內(nèi)我們能取得與之前同樣多的進展，就能成功做出足夠大尺寸的三維圖像。”

或許我們還不能指望用改進后的新技術(shù)打贏星球大戰(zhàn)或者跟外星人交流，但這些三維圖像有望被用來訓(xùn)練醫(yī)療專業(yè)人員完成高難度手術(shù)，也可以被用于航空領(lǐng)域：為空中交通管制員提供更精確、更直觀的機場附近的飛機航線圖。