江南大学构建人机交互的全新全息设计范式

近日，江南大学光电信息与物理科学学院杨勇教授研究团队与南开大学、深圳大学研究团队通力合作，构建了一种人机交互的全新全息设计范式，跳出传统思维框架攻克层间串扰与画面断层难题。相关成果以“Volumetrically continuous 3D dynamic holography via cascaded light-field propagation”为标题，发表于《Nature Photonics》期刊上。

从《星球大战》跃然空中的全息幻象，到《钢铁侠》里能够在真实空间自由呈现的三维投影，实现高逼真3D视频全息显示，始终是裸眼3D、VR、AR领域的求索目标，更是下一代沉浸式人机交互的重要技术方向。

长期以来，层间串扰始终是三维动态全息的核心桎梏，极易造成立体影像断裂失真。以往的各类方案都只是在原有全息范式下进行修补，依靠拉大投影平面间距缓解串扰，却会造成三维画面碎片化，无法还原连续的立体场景。该研究证实，串扰与断层并非3D全息本身固有的物理极限，而是传统全息范式催生的结构性缺陷。

“传统全息范式采用逐层独立设计思路，将各投影面的出射光线视作干扰信号舍弃，这些被丢弃的光线继而成为相邻层的串扰源，形成‘成像光即是串扰光’的固有矛盾，这也是层间串扰难以根除的根本原因。”研究团队介绍道。

本研究核心的创新，便是建立一套全新全息范式。旧范式的思考逻辑是“如何压制层间串扰”，而新范式转向“从源头避免串扰源产生”。新思路不再舍弃各层出射光线，依托级联传播机制，把原本有害的串扰光线纳入成像体系，从底层消除旧范式自带的结构性矛盾，而非事后补救、被动降噪。

为应对新范式带来的计算难题，团队研发了融合光学物理机理、无需训练的全息衍射先验神经网络框架（Holo-Prior-Net）作为计算工具。该框架无需预训练，依靠自身架构先验，就能高效完成3D全息图设计。

借助这一框架，团队完成了仿真模拟与实物光路实验验证。仅单台空间光调制器，即可重建复杂三维结构；在烟雾腔自由空间环境中，无需特殊介质与后期渲染，肉眼能够直接观测连续流畅、动态旋转的双螺旋3D光场，验证了动态3D视频全息显示的可行性。

3D全息投影的不同方法示意图

“三维全息的断层与高串扰并非无法逾越的物理瓶颈。”团队表示，这套全新全息范式开辟了体连续动态三维全息的全新发展路径，为VR、AR、沉浸式人机交互、三维微纳加工等领域奠定了新的理论根基。未来团队将持续挖掘新全息范式的潜力，探索更多光场实现方案，拓展体积光场显示、智能光学等领域的应用空间。不过成果距离产业化落地，仍有待持续攻关。

相关链接：https://www.nature.com/articles/s41566-026-02016-9