想象一下，一个二维数据可以在三维环境中移动和操纵的世界。例如，在医院病房里，医生可以直观地看到、操纵和体验患者的 MRI 脑部扫描，或者建筑工程师可以投射新设计的基础设施，让投资者可以查看蓝图。
用户无需简单地在屏幕上查看二维数据或信息，而是可以直接与物体交互，旋转它，并更好地以其完整结构进行可视化。
“我们现在身处一个拥有大量 3D 数据的世界，但目前查看它的方式却有限，”经常与麻省理工学院合作的自由研究员和 3D 显示器发明者迈克尔·博夫说。
全息图 vs. 体积显示器
两种现代技术有望实现这一点：体积显示器和全息图。博夫说，尽管这两个术语通常可以互换使用，但它们是截然不同的技术。
“全息图是一种利用衍射在空气中创建光场的物体，而体积显示器在空气中有光点，通常是通过带有移动屏幕进行投影或在空间中上下移动的 LED 阵列的机械设备来实现的，”博夫说。
通过照射精细的衍射图案，全息图在空间中创建光场，并显示三维图像，类似于透过窗户看到图像。然而，体积显示器显示来自体积内每个位置的光点，以渲染可以直接观察的三维图像。
“我们在电影中看到并称为全息图的东西，更准确地说是一种体积显示器，”计算机科学家Asier Marzo说。
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操纵 3D 图形
Marzo 是一项新研究的合著者，该研究首次描述了体积显示器——俗称全息图——可以在半空中显示三维图形，用户可以实时操纵这些图形。
体积显示器使用一种快速振荡的薄片，称为漫射器，它每秒同步投射近 3,000 张图像。这些单独的图像创建了一个完整的“体积”或显示。然而，研究人员表示，光学漫射器通常是刚性的，不“允许直接交互”。
“体积显示器的漫射器会反射投射的光线；它是显示图形的投影屏幕。这个漫射器振荡非常快，由于视觉暂留，图形会出现在一个体积中，”Marzo 说。
“弹性漫射器可以变形并恢复其原始形状，因此如果手进入其振荡的体积内，漫射器将围绕手变形而不会损坏它，并在手移开后恢复其原始形状。”
由于漫射器被切成条状并高速振荡，即使手滑过，它也不会缠绕在手指上。
新技术 FlexiVol 采用弹性漫射器，允许用户直接与显示体积内的“真实”三维内容交互。FlexiVol 中的图形通过双目视差（每只眼睛看到不同的图像）和焦点调节（对未对焦部分的模糊视图）提供真实物体的深度线索。
“无需佩戴设备，真实的 3D 内容就像投射在半空中的体积显示器一样，可以被多人从不同角度观察到，”Marzo 说。
使用 FlexiVol 突破界限
用户不是真正抓住三维物体，而是通过成像技术实现这种效果。该设备检测人的手指在哪里并预测他们的动作，适应人的行为。
“看到空间中的物体并想要伸手去抓它，这是很自然的。这项技术让你能够做到这一点，”未参与这项研究的博夫说。“但这与你握着东西并移动它不同。”
而且由于不需要特殊的眼镜或头戴式设备，FlexiVol 提供了人与人之间的共享体验，进一步推动了科学创新的界限。外科可视化或结构工程只是可能在商业或学习环境中采用该技术的两个领域。
此外，博夫补充说，体积显示器“只是很有趣”，可以用于娱乐行业，从电影到视频游戏。
FlexiVol 和其他类似技术使用手势界面，这意味着人可以进去“戳”它并移动一些东西，但他们不一定会感觉到任何东西。另一方面，触觉界面允许一个人在将手伸入显示器时感觉到一些东西，这与体积显示器传统上不兼容。
Marzo 表示，他的团队计划增加触觉，让用户在与体积显示器交互时“感受”温度或压力，并允许从侧面和顶部触及更大的显示器。
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CHI '25：2025 年人机交互会议论文集。FlexiVol：一种带有弹性漫射器的体积显示器，可实现穿透式交互
