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2025-08-24 08:00:56
【导语】你是否曾梦想像《钢铁侠》中的托尼·斯塔克那样，在空中挥手操控三维设计图？这一科幻场景如今正逐步成(chéng)为(wèi)现(xiàn)实(shí)。西(xi)班(bān)牙(yá)纳(nà)瓦(wǎ)拉(lā)公(gōng)立(lì)大(dà)学(xué)的(de)科(kē)研(yán)团(tuán)队(duì)在(zài)人(rén)机交互顶级会议CHI 2025上发布了一项名为“FlexiVol”的新型显示技术，让用户能够直接与悬浮的三维图像进行实时互动。这一突破不仅让裸眼三维显示成为可能，更为教学、医学和工程设计等领域带来了革命性的变化。未来，数字世界或将触手可及。
你是否曾幻想拥有《钢铁侠》电影中托尼·斯塔克的实验室？他只需在空中挥挥手，就能将复杂的三维设计图拆解、旋转、组合，看上去十分酷炫。
《钢铁侠》剧照
这些存在于科幻电影中的场景现在已触手可及。近日，由西班牙纳瓦拉公立大学（UPNA）的计算机(jī)科(kē)学(xué)家(jiā)艾(ài)洛(luò)迪·布兹比布（Elodie Bouzbib）领导的团队，在人机交互领域的顶级会议CHI 2025上发表了一项突破性研究，向我们展示了一种名为“FlexiVol”的新型显示技术。该技术首次让(ràng)用(yòng)户(hù)实(shí)现了直(zhí)接(jiē)与(yǔ)悬(xuán)浮(fú)在空中的三维图像进行实时互动的梦想。
01从全息投影到体积显示：两种技术的区别
当我们在电影里看到那些酷炫的悬浮在空中的三维图像时，脑海中浮现的第一个词往往是“三维全息投影”（Hologram）。然而，正如麻省理工学院（MIT）3D显示技术专家迈克尔·博夫（Michael Bove）指出，它更准确的叫法应该是“体积显示”（Volumetric Display）。
位于布里斯班的全息投影动物园（图源：Hologram Zoo）
这两者究(jiū)竟(jìng)有什么区别呢？
简单来说，全息投影，是用光来“重建”一个物体的立体图像。全息投影技术会把物体反射光的“路径和角度”都记录下来，然后通过光的衍射把这些(xiē)信(xìn)息(xi)重新“播”出来。但它不是裸眼可见的实体，我们的手可以毫无阻碍地穿过去，无法与三维图像“互动”。
全息投影原理演示（图源：Stanford Computational Imaging Lab）
相比较而言，体积显示是在一个真实的三维空间体内，用无(wú)数(shù)个(gè)快速移动或同时点亮的光点，“堆”出一个看得见、甚至摸得着的立体发光物体。它可不是虚无的光影，而是实实在在占据着物理空间的“光雕塑”。
体积显示器示例（图源：LED Pulse）
02FlexiVol：从刚性平面到柔性幕布
体积显示是如何工作的呢？大家肯定记得小时候玩过的翻页动画书。当我们快速翻动书页时，静止的画面就动了起来。体积显示也利用了类似的原理，即视觉暂留效应。
翻页动画书示例（图源：harun uğur）
体积显(xiǎn)示(shì)技(jì)术(shù)通(tōng)常(cháng)依(yī)赖(lài)于(yú)一(yī)个(gè)高(gāo)速(sù)振(zhèn)动(dòng)的(de)平(píng)面(miàn)器(qì)件(jiàn)，被(bèi)称(chēng)为(wèi)“扩(kuò)散(sàn)器(qì)”（Diffuser）。投(tóu)影(yǐng)仪(yí)以(yǐ)极(jí)高(gāo)的(de)频(pín)率(lǜ)，将(jiāng)三(sān)维(wéi)物(wù)体(tǐ)不(bù)同(tóng)深(shēn)度(dù)的(de)一(yī)帧(zhèng)帧(zhèng)2D图(tú)像(xiàng)连(lián)续(xù)投(tóu)射(shè)到(dào)扩(kuò)散(sàn)器(qì)上(shàng)。由(yóu)于(yú)我(wǒ)们(men)的(de)眼(yǎn)睛(jing)来(lái)不(bù)及(jí)分(fēn)辨(biàn)每(měi)一(yī)次(cì)的(de)闪(shǎn)烁(shuò)，大(dà)脑(nǎo)会(huì)自(zì)动(dòng)将(jiāng)这(zhè)些(xiē)连(lián)续(xù)的2D图像“缝合”起来，形成一个稳定、立体的三维影像。
使用体积显示技术游玩《毁灭战士》（图源：Ancient|Youtube）
不过，传统的体积显示技术有一个瓶颈问题：那块扩散器通常是刚性的。它虽然在高速运动，但本质上仍是一面坚固的“墙”。我(wǒ)们(men)无(wú)法(fǎ)将(jiāng)手(shǒu)伸(shēn)进(jìn)去(qù)与(yǔ)内(nèi)部(bù)的(de)图(tú)像(xiàng)互(hù)动(dòng)，任(rèn)何(hé)物(wù)理(lǐ)接(jiē)触(chù)都(dōu)可(kě)能(néng)损(sǔn)坏(huài)设(shè)备(bèi)或(huò)伤(shāng)到(dào)用(yòng)户(hù)。
而(ér)FlexiVol的(de)绝(jué)妙(miào)之(zhī)处(chù)在(zài)于(yú)，研(yán)究(jiū)人(rén)员(yuán)把(bǎ)这(zhè)面(miàn)“墙(qiáng)”改(gǎi)成(chéng)了(le)一(yī)块(kuài)用(yòng)很(hěn)多(duō)柔(róu)软(ruǎn)细(xì)条(tiáo)做(zuò)成(chéng)的(de)“帘(lián)子(zi)”。当(dāng)你(nǐ)的(de)手(shǒu)伸(shēn)过(guò)去(qù)时(shí)，这(zhè)些(xiē)柔(róu)软(ruǎn)的(de)细(xì)条(tiáo)会(huì)像(xiàng)门(mén)帘(lián)一(yī)样(yàng)自(zì)然(rán)地(de)从(cóng)你(nǐ)手(shǒu)指(zhǐ)两(liǎng)边(biān)分(fēn)开(kāi)。等(děng)你(nǐ)手(shǒu)拿(ná)开(kāi)，它(tā)又(yòu)会(huì)恢(huī)复(fù)原(yuán)样(yàng)。
FlexiVol示例（图源：Asier Marzo）
正是这个“弹性+条带化”的创新设计，彻底打破了传统技术物理交互的壁垒，让用户的手可以安全、自由地伸入三维图像所在的体积空间中。
不过，我们是真的“摸到”那些图像了吗？
从物理上来说，并非如此。
这是一种精妙的“交互幻觉”。FlexiVol系统集成了一套高速、高精度的成像设备，用来实时追踪用户手部的位置和动作。当你做出“抓取”“推拉”或“旋转”的动作时，系统会立刻捕捉到这些意图，并驱动计算机实时更新三维图形的状态，使其看起来就好像真的被你操纵了一样。
一个人“捏着”3D头骨，并以精确方式旋转它（图源：UPNA）
03不用眼镜也能看到“真三维”图像，还能多人同时围观
FlexiVol 的另一个优势在于，它实现了真正意义上的裸眼三维显示。
传统的3D观影、VR体验常常需要佩戴眼镜或头显设备，通过制造左右眼视差来“欺骗”人眼并制造深度感。
3D电影（图源：planetech）
FlexiVol 则不同，它利用双眼不同视角接收到的图像（双眼视差）和眼球自动调焦能力（焦点调节）这两种视觉线索，让人无需任何辅助设备，就能看到“漂浮在空中”的图像，并感受到其空间深度。
这意味着，多个观众可以同时从不同角度观看并交互，非常适合教学、医学展示或工程讨论等需要集体参与的场合。
两个人正在观察3D头骨，其中一人正在“触摸”眼孔（图源：Iñigo Ezcurdia）
当然，FlexiVol的故事才刚刚开始。研究团队已经在琢磨下一步了：他们计划引入触觉反馈系统，让用户在互动时能感受到物体的温度、压力或材质，营造更加逼真的体验。
毕竟，当我们看到悬浮在空中的物体时，第一反应往往就是想伸手去抓。而体积显示，可能正是让那种冲动不再落空的技术。未来，数字世界将不再是遥不可及、冰冷抽象的存在，而是可以“触摸”的真实体验。
参考资料：
1.FlexiVol: a Volumetric Display with an Elastic Diffuser to Enable Reach-Through Interaction. CHI Conference on Human Factors in Computing Systems (CHI ’25), ACM SIGCHI, Apr 2025, Yokohama, Japan.
2.https://www.discovermagazine.com/technology/its-possible-to-manipulate-this-new-interactive-hologram-which-could-improve
3.https://doi.org/10.1145/3706598.3714315
4.https://scitechdaily.com/no-longer-science-fiction-scientists-develop-first-ever-touchable-3d-holograms/
作者：刘若冰
策划：刘颖 张超 李培元 杨柳
审核专家： 龚雷 中国科学技术大学物理学院 光学与光学工程系副教授
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人工智能、具身智能、人形机器人……还傻傻分不清楚？
