伦敦大学研究团队演示基于粒子的悬空交互式3D图像

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“过去，我们的3D显示器必须存在于真空中，但现在我们可以在你的面前创建3D内容。不需要穿戴眼镜或头显。”

（映维网Nweon 2022年06月24日）先前的研究已经表明，高速声全息术可以实现支持触觉和听觉的悬浮全息显示。利用高强度超声波（高于人类听觉所能感知的频率）产生的力，粒子可以在半空中固定和移动。这就是所谓的声悬浮。这项技术可用于创建基于粒子的悬空交互式3D图像，例如可以看到、听到和摸到的全息图。

但在之前，这只能在一个真空环境里完成，里面不能存在任何其他物体，因为声波前进路径中的任何障碍都会导致声场扭曲，从而令粒子坠落。

但在日前发表的一份研究中，伦敦大学学院的研究团队演示了如何在受控环境之外实现声悬浮，例如墙壁、汽车仪表板或其他常见器具。

论文作者之一迭戈·马丁内斯·普拉森西亚（Diego Martinez Plasencia）说表示：“过去，我们的3D显示器必须存在于真空中，但现在我们可以在你的面前创建3D内容。不需要穿戴眼镜或头显。”

团队补充道： “到目前为止，我们只能在受控环境中演示虚拟现实和全息图的声悬浮，附近不能有任何其他可能干扰和散射声波的物体。在这个实验中，我们展示了如何通过实时计算附近的对象来悬浮物体，甚至在真实环境中创建数字内容，例如全息图。这带来了完全沉浸式虚拟现实体验和交互式全息图的可能性。”

研究人员解释道，现有的高速声全息技术的并没有计算物体表面的声散射，所以操作空间内部的任何物理物体都会扭曲声场。他们研发的快速计算技术可允许高速多点悬浮，即使在具有任意声散射表面的情况下，在任何其他物理对象存在的情况下，它都可以支持体三维显示。

首先，他们计算了当不同的扬声器打开时，声波的路径在任何时候的表现，以及它们如何从环境中的物体反弹。

然后是通过一种快速开关技术来快速关闭或打开扬声器，以便在声波散开后，环境能够将粒子保持在空中。

他们同时演示了MR应用，如悬空屏幕、基于点扫描的体三维显示和基于表面扫描的体三维显示，从而说明声全息技术如何将数字和物理内容结合在一起。

总的来说，研究人员提出了一种高性能的方法来建模扩展传输矩阵和求解传感器相位。所属技术包括两个全新的计算组件：两步散射模型和简化的悬浮解算器。它们一起可以实现每秒10000次以上的更新，从而创建静态声音散射对象上方和下方的体三维图像

物理现象（即声散射和声悬浮）重建或简化为适合以高更新率计算的模型。他们首先重新编制边界元法，以预计算每个传感器对网格的贡献，然后使用预计算值在陷阱位置移动时实时更新传输矩阵。

这种传输矩阵的扩展版本保持了原有方法的效率，但提供了与边界元法完全等效的精度。另外，实验同时表明，简化的Gor’kov势可以代替刚度作为解算器中的新度量，进一步提高了计算速度，而精度损失可以忽略不计。

相关论文：High-speed acoustic holography with arbitrary scattering objects

团队指出：“我们的方法允许高速和精确的多点声学操作。通过以高计算速率创建悬浮陷阱，我们可以创建具有任意形状对象的体三维POV图像。我们的技术在系统设计中提供了额外的自由度，并允许以前难以支持的应用场景。另外，由于计算速度高，显示的内容可以与用户输入实时交互（例如键盘和手势）。”