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顯示技術新升級：未來科技需要多一點「想像力」

陳武立／北美智權教育訓練處研發創新顧問

2015.02.25

還記得電影「星際大戰」中漂浮在半空中的影像顯示技術嗎？當年這是一個非常有想像力的構想，只可惜當時技術尚未成熟，投影機體積龐大，也沒有空間成像的具體作法，所以還沒有辦法實現。時至今日，類似的數位科技已被廣泛運用，像是2014年美國告示牌音樂頒獎典禮，麥可傑克森居然能夠「復活」登台表演，周杰倫也曾在演唱會中與鄧麗君合唱，究竟這些神奇的橋段，都是怎麼辦到的呢？

未來科技與想像力之間到底有什麼關係？也許不太容易想像。
這在歷史上其實是經常發生的，參考一下歷史，你會更容易了解！

科技是科技，藝術是藝術，兩者的關係並不是很容易聯想在一起，西元14世紀以前，西方世界的畫作是長什麼樣子嗎？參考一下圖一，就是長那個樣子，你說，像不像我們小時候畫的畫？很平的感覺，象徵性的畫法，有點像卡通，跟真實的相片有一些落差。

圖一、西元14世紀以前的畫作

圖片來源：https://www.youtube.com/watch?v=ll-AEsI4GhU

後來開始有人覺得不太滿意了，想要畫得再逼真一點。有這個想法之後，慢慢發酵，接著，我們再來看看14世紀之後的畫作有了什麼轉變，如圖二所示，是不是真實多了？繪畫技巧精進了，越來越像照片了，開始有真人的感覺了，光影效果、深度感、甚至立體感都相當的不一樣，究竟是什麼，造成了這麼巨大的改變呢？

圖二、西元14世紀以後的畫作 (達文西)

圖片來源：https://www.youtube.com/watch?v=ll-AEsI4GhU

這個畫風轉折是有原因的，原來，一種光學輔助工具被用上了，那就是暗箱技術。如圖三所示，圖中的畫家躲在一個暗箱中，利用針孔成像的原理，將外面想畫的事物成像在畫布上，然後再慢慢的描出來。該亮的地方亮一點，該暗的地方暗一點，尺寸也可以照比例畫，恰到好處，就像在描照片一樣，畫畫變得簡單多了，也許有些畫家並不需要這種輔助工具，但是利用這個工具的確可以快速提升畫畫逼真的程度，說不定也讓當時許多二線的畫家因此變成一流的大師。

圖三、暗箱技術

圖片來源：http://j2toefl.blogspot.tw/2013_04_01_archive.html

以前，科技與藝術有一部分是不可分的，像文藝復興時期的達文西就是一個很好的例子，他是一個博學者，除了是畫家，他還是雕刻家、建築師、音樂家、數學家、工程師、發明家、解剖學家、地質學家、製圖師，植物學家和作家，既然當時的畫家不見得只專精於畫畫，其中有人想到在畫畫上用上一些光學的基本技巧，並不是奇怪的事。

世界就是這麼奇妙，一些新的想法出現後，總是會有人把它予以實現。
時間推至近代，星際大戰電影中漂浮在半空中的影像顯示技術（如下圖四），雖然是電影特效的產物，其實也是一個非常有想像力的構想。當時對於飄在半空中非傳統的顯示技術，就已經有構想了，只可惜技術尚未成熟，投影機體積龐大，並不是像現在一樣滿街都是，也沒有空間成像的具體作法，所以還沒有實現的可能。

圖四、星際大戰電影的顯示特效

圖片來源：http://display.ofweek.com/2014-07/ART-8321307-8500-28857367.html

時至今日，這個構想被實現了嗎？看看近年來在演唱會、走秀、展場相當流行的數位影像科技，是不是開始接近星際大戰電影當時的想法了？

2014年美國告示牌音樂頒獎典禮，主辦單位利用高科技投影技術，讓麥可傑克森「復活」登台表演(https://www.youtube.com/watch?v=8qj1NxJQybg)，2011年Burberry北京時尚展(https://www.youtube.com/watch?v=7PI19s-wy08)，花博天使館虛擬劇場(https://www.youtube.com/watch?v=0jMQXpJ4dJU)，都使用過類似的數位科技技術，當然其中也不乏台灣的著名歌手的演唱會，例如：周杰倫演唱會中與鄧麗君合唱、羅志祥與SHE等大咖明星的演唱會橋段。

究竟這些都是怎麼辦到的呢？
最常用到的就是浮空投影技術了，現在看起來，原理其實並不困難，約略可分成兩種。

第一種是紗幕式，就和一般的投影機的顯示方式一樣，只是使用具有散射效果，且接近透明的紗幕，因為接近透明所以觀眾會以為沒有這層紗幕存在，而紗幕具有散射特性，打在紗幕上的影像會向四面八方散射，讓觀眾看到影像就在紗幕上出現，再加上很透明的紗幕，讓觀眾可以看到紗幕後面的景物，所以感覺上很像影像浮在空中一樣。

第二種是虛像成像的方式，成像原理基本上就和照鏡子一樣，影像呈現在鏡子後方，但光線並沒有到達影像的位置，因此是虛像。如圖五所示，觀眾可以直接看穿半穿透半反射膜，不會查覺到有膜的存在，也可以看到真實演員的表演，而投影機的影像投射到投影螢幕後，藉由半穿透半反射膜反射也進入觀眾眼睛，讓觀眾同時可看到真實演員與投影之影像，虛擬影像看起來好像浮在空中的效果。一般都是使用半穿透半反射的鏡子，讓觀眾除了看到反射的虛像外，也像紗幕式一樣可以同時看到後方的背景。

圖五、浮空投影技術

圖片來源：http://www.mem.com.tw/Embedded2015-new/content.asp?sn=1410010029&page=2

這類投影技術的應用場合著實不少，像把螢幕換成大樓的外牆，就成了3D光雕，在台灣、美國等世界各地都相當常見；把影像投影到車子外殼上，就變成車體投影，Toyota跟Lamborghini就曾經做過類似的秀；把螢幕換成水幕，就變成水幕投影，像是年Nike公司在2011就曾經使用過。

另外，也有利用霧幕的方式來成像，FogScreen(https://www.youtube.com/watch?v=4j8WiHlyOu4)、Heliodisplay(https://www.youtube.com/watch?v=HLtpi4nTv8Q)和Leia Display System(http://www.leiadisplay.com/index.html#tech)就有類似的產品。

筆者認為上述的這些產品與實現方式，尤其是利用霧幕的方式，已經接近星際大戰電影裡的想法了，只是還是使用了某種介質讓影像在空間中成像，需借重周邊環境的設定，讓觀眾忘了介質的存在。

真正可以在空間中創造影像的方法，也是存在的，像Burton公司就開發了可以真正在空間中產生光點的顯示方式，如下圖六所示，是使用高功率的紅外線雷射光進行掃描，紅外線雷射所聚焦的地方因為能量密度極高，會使空氣產生離子化現象並爆發出可見光點，藉由雷射快速掃描產生的光點組合成所要顯示的影像，加上視覺暫留效果確實可以在自由空間呈現出真正的立體影像，但是不是會有噪音或安全性的問題造成使用上的限制？就得看應用的場合而定了。

圖六、Burton公司空間顯示技術（如以下影片所示）

影片來源：https://www.youtube.com/watch?v=GNoOiXkXmYQ

電影情節被實現，司空見慣，世界上總是會有那麼一群聰明人，替我們把這些神奇的東西做出來，上面提到的這些顯示技術，其實早就在美國提出專利申請，許多不可思議的發明，也早就已經出現在專利資料庫了，靜靜地等待最佳時機出擊。

人類的「想像力」絕對不只如此，腦袋裡還有無限的可能性存在。

參考資料：

作者：	陳武立
現任：	北美智權教育訓練處研發創新顧問
經歷:	工業技術研究院電子與光電研究所專案副理工業技術研究院光電工業研究所課長
學歷:	國立清華大學動力機械工程碩士國立清華大學動力機械工程學士
專長：	專精立體顯示器、噴墨頭、封裝製程等技術領域，並對系統整合有豐富實務經驗與深入研究。

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