空中成像技术从科幻走入现实
在2024年中国科学技术大学的毕业典礼上，一款“空中成像提词器”的创新技术惊艳亮相，助力校长完成了无纸化的流畅演讲，不仅赢得了现场师生的热烈掌声，更将无介质空中悬浮成像这一前沿科技概念从专业领域推向了公众视野，这一技术成果展现了我国在虚拟现实领域尖端科技探索的又一重要进展。
无介质空中悬浮成像是一种无需任何物理屏幕即可在空气中形成三维立体影像的先进显示技术。与常规透明显示如抬头显示器（HUD）或基于佩珀尔幻象（Pepper'sghost）实现的光学错觉技术不同，其不仅呈现出悬浮影像，而且可以进行穿透式交互。该技术基于微纳结构光场调控基本原理，通过无源光波导阵列器件—负折射平板透镜，精准控制光线的入射、折射和反射，将发散光线在空中重新汇聚，形成无需任何介质承载的实像。此次展示的由我国科研团队研发的成果，核心在于自研的光学成像材料与计算机图形学、图像处理、高精度控制和算法模型等系统集成，不仅能实现虚拟三维模型或场景的悬浮展示，更能实现无实物接触的直接交互。同时，创新负折射平板透镜的结构工艺，在两片基板玻璃中间布局相互正交的两层光波导阵列，使每层光波导阵列呈精密百叶窗设置，确保耦入光线产生精确双重反射，实现空中无畸变、高清晰的虚拟图像。与传统的液晶显示器（LCD）、有机发光二极管（OLED）、激光投影等显示方式相比，空中交互式悬浮成像最大的颠覆性亮点在于，不仅无需依赖屏幕或其他介质即可观看，还可以通过手势实现直接操控关联设备，这一裸眼视觉引导的非接触式交互操作，高效直观易用，具有高立体感、高互动性、高扩展性等技术特点，极大地提升了用户体验。
19世纪末，英国电影先驱威廉姆?弗莱斯?格林发明了立体电影装置。与此同时，法国科学家发明了集成摄影技术，分别从场景呈现和内容获取开创了3D立体显示的先河。20世纪50年代，立体电影迎来了短暂的黄金时代。美国电影《阿凡达》让立体电影发展到又一个高峰。然而，百年来发展多聚焦于电影制作与观影体验，并未真正带来显示技术的进步和应用场景的创新。2005年，韩国首尔国立大学利用菲涅尔单透镜，搭建了显示视角仅为30°的悬浮成像系统，但因悬浮器件像差抑制能力差，成像面畸变严重。2014年，日本发明了逆反射悬浮成像技术，可以实现超90°的悬浮成像视角，但由于受逆反射系数的限制，画面清晰度很低，目前仅应用于数字标牌和展览展示。即便如此，上述关键核心技术均未公开开源，属于各国长远布局、相互封闭的前沿技术领域。
