長(zhǎng)期以來(lái)，為了盡可能讓人類(lèi)快速認(rèn)知地圖，地圖學(xué)家想方設(shè)法表達(dá)地圖中的信息，特別是采用地圖符號(hào)、文字標(biāo)注等手段，使地圖可讀性大為增強(qiáng)。中外地圖學(xué)家都有一個(gè)共同的目標(biāo)，即地圖能夠與真實(shí)世界的空間格局相同，實(shí)現(xiàn)真實(shí)世界在圖中。那么，究竟有沒(méi)有能夠全方位展示空間地理信息實(shí)體以達(dá)到最接近真實(shí)世界的技術(shù)呢？回答是肯定的，這就是全息三維影像顯示技術(shù)。

要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)最大的難題就是地圖表達(dá)媒介和真實(shí)世界之間的差異。從全球地圖歷史上看，無(wú)論是采用金屬、泥土、巖石還是最常用的紙張作為媒介的地圖，都只能繪制二維的地圖，但是我們的真實(shí)世界卻是三維的，地圖在大多數(shù)情況下都只展示平面信息，而高程信息無(wú)法展示，也就是無(wú)法展示真實(shí)世界的三維信息。

1074年，我國(guó)著名科學(xué)家沈括制作了第一幅真正意義上的木質(zhì)三維地圖，真正實(shí)現(xiàn)了真實(shí)世界的同景展示。在歐洲，18世紀(jì)出現(xiàn)了以等高線表示地形起伏的方法，等高線的出現(xiàn)，有效解決了不能在地圖上表達(dá)高程和地形起伏信息，但是仍然不能實(shí)現(xiàn)真實(shí)世界展示。從上世紀(jì)60年代開(kāi)始，在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和數(shù)字圖像處理技術(shù)的推動(dòng)下，出現(xiàn)了地理信息和數(shù)字地圖技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在計(jì)算機(jī)上展示三維地圖信息。三維地圖不僅僅展示地形起伏，還可以展示各種實(shí)體的空間真實(shí)形狀，真正實(shí)現(xiàn)了空間三維信息表達(dá)。即使這樣，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)表達(dá)的真實(shí)世界的信息，也非真實(shí)世界的最佳表達(dá)。因?yàn)槟壳叭�維地圖都是在計(jì)算機(jī)最主要的輸出裝置——屏幕上顯示，而計(jì)算機(jī)顯示屏是二維平面的，因此，在展示手段上，仍然無(wú)法全方位、全角度展示真實(shí)世界。

全息三維影像顯示技術(shù)正在解決這些問(wèn)題。這一技術(shù)距離我們并不遙遠(yuǎn)，很多好萊塢科幻電影中就經(jīng)常出現(xiàn)全息三維影像展示三維地圖，但是那些場(chǎng)景依然是非真實(shí)的電腦特效而不是真正實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。全息三維影像技術(shù)最早可以追溯到1947年英國(guó)匈牙利裔物理學(xué)家丹尼斯？蓋伯發(fā)明的全息投影術(shù)，但是由于感光硬件限制，該技術(shù)直到1960年激光發(fā)明后才取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。第一張真實(shí)記錄三維物體的光學(xué)全息投影照片誕生在1962年，是由蘇聯(lián)科學(xué)家尤里？丹尼蘇克拍攝的。與此同時(shí)，美國(guó)密歇根大學(xué)雷達(dá)實(shí)驗(yàn)室的工作人員艾米特？利思和尤里斯？烏帕特尼克斯也發(fā)明了同樣的技術(shù)。這些技術(shù)創(chuàng)新開(kāi)啟了全息三維顯示的新時(shí)代。

全息影像術(shù)的基礎(chǔ)理論并不復(fù)雜，主要以兩種技術(shù)為主，即有媒介全息影像技術(shù)和無(wú)媒介全息影像技術(shù)。有媒介全息影像技術(shù)與我國(guó)自古流傳的海市蜃樓原理相吻合，圖像投射需要用到介質(zhì)，介質(zhì)可以是諾利德成像膜，水霧等；水霧介質(zhì)方面，因?yàn)樗�分子震�?dòng)不均衡，由此投射出具有層次和立體感的影像。目前，有媒介的全息影像技術(shù)基本上都是利用玻璃作為顯示載體。無(wú)媒介全息影像技術(shù)是不依賴任何物質(zhì)直接在空間中顯示的技術(shù)。這種技術(shù)原理是光柵干涉條紋在空間中獲得立體影像。在無(wú)媒介全息三維影像技術(shù)下，全息三維圖再現(xiàn)的圖像立體感強(qiáng)，具有真實(shí)的視覺(jué)效應(yīng)。全息圖的每一部分都記錄了物體上各點(diǎn)的光信息，故原則上它的每一部分都能再現(xiàn)原物的整個(gè)圖像，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的真實(shí)三維場(chǎng)景，是真正意義上的“裸眼”3D圖像。

未來(lái)隨著全息三維影像技術(shù)的成熟和應(yīng)用推廣，與其特點(diǎn)配套的各種技術(shù)與應(yīng)用將會(huì)涌現(xiàn)，如全息三維地理信息技術(shù)、增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）以及未來(lái)空間現(xiàn)實(shí)推演技術(shù)等等，都將改變大眾生活。

然而，目前全息三維地理信息技術(shù)仍然達(dá)不到廣泛應(yīng)用階段。雖然全息影像和全息三維影像技術(shù)發(fā)展了很多年，全息影像顯示技術(shù)中的二維甚至2.5維顯示技術(shù)已經(jīng)得到了比較廣泛的應(yīng)用，但是目前全息真三維顯示技術(shù)仍然未能達(dá)到完全實(shí)用階段，主要難題仍然是如何控制干涉條紋的顯示，特別是盡可能少地使用激光源在全無(wú)媒介空間中控制每個(gè)空間點(diǎn)的色彩。如果突破這一技術(shù)，則全息三維成像將不再受限，為大規(guī)模應(yīng)用鋪平道路，而最有可能的是顯示屏幕的減少甚至消失。

目前，全球各個(gè)科技強(qiáng)國(guó)都在攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)無(wú)媒介全息三維立體顯示技術(shù)。和很多前沿科技一樣，全息三維立體顯示技術(shù)也是從軍事應(yīng)用開(kāi)始的。在這方面，中美走在世界前列。美國(guó)計(jì)劃在2025年前研發(fā)出新的指揮作戰(zhàn)系統(tǒng)，將使用全息虛擬技術(shù)展示作戰(zhàn)地圖。中國(guó)軍隊(duì)也力爭(zhēng)在2020年左右實(shí)現(xiàn)基于全息三維立體技術(shù)的指揮所內(nèi)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的三維模型構(gòu)建與全息展現(xiàn)、全息電子沙盤(pán)自然交互、多人異地協(xié)同交互等技術(shù)，構(gòu)建基于全息影像的電子沙盤(pán)原型系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用戶在多方位、多角度的電子沙盤(pán)觀看和操作，以及多個(gè)用戶的電子沙盤(pán)協(xié)同作業(yè)，提高作戰(zhàn)人員會(huì)商研討與指揮決策的效率。在民用領(lǐng)域，全息三維影像技術(shù)也開(kāi)始得到應(yīng)用并取得了很大的效果。目前，應(yīng)用的最廣泛和成熟的是舞臺(tái)表演和電視轉(zhuǎn)播。2011年7月，日本某虛擬卡通人物通過(guò)全息仿三維影像舉辦演唱會(huì)，改變了傳統(tǒng)演唱會(huì)模式，引起巨大轟動(dòng)。日本計(jì)劃在2020年?yáng)|京奧運(yùn)會(huì)上實(shí)現(xiàn)首次全息三維立體成像轉(zhuǎn)播。而我國(guó)在2016年的G20杭州峰會(huì)的文藝晚會(huì)中，利用全息投影虛擬成像呈現(xiàn)節(jié)目，實(shí)現(xiàn)舞臺(tái)表演“虛”“實(shí)”結(jié)合，取得了良好效果。另外，我國(guó)多次文物博覽會(huì)都采用了全息三維影像展示古文物，既實(shí)現(xiàn)了文物的有效真實(shí)展示，又避免了文物損耗和安全隱患等問(wèn)題，這種技術(shù)方法在我國(guó)很多地方的博物館和展覽館得到了普及。

我國(guó)也已經(jīng)有多家機(jī)構(gòu)能夠提供全息三維影像展示設(shè)備，開(kāi)始應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，市場(chǎng)前景廣闊。全息三維影像技術(shù)在各個(gè)行業(yè)中都有重要應(yīng)用，但是對(duì)于地理信息科學(xué)，其作用更加重大。基于全息三維影像的空間三維地圖，是真正意義上的真實(shí)世界場(chǎng)景的反映。在該技術(shù)的影響下，未來(lái)的地圖表達(dá)將發(fā)生革命性變化。全息三維影像地圖更加真實(shí)直觀地展示空間實(shí)體的方位、形狀以及空間實(shí)體之間的關(guān)系，能夠讓用戶獲得的信息更加可靠，從而避免空間信息傳送中的偏差和不對(duì)稱(chēng)。目前，相關(guān)硬件設(shè)備特別是無(wú)媒介全息三維影像設(shè)備的研發(fā)也在緊鑼密鼓地進(jìn)行，未來(lái)可能實(shí)現(xiàn)利用手機(jī)即可展示全息三維立體影像。

我國(guó)全息三維技術(shù)在世界處于先進(jìn)水平，未來(lái)5到10年內(nèi)，全息三維立體技術(shù)將逐漸成熟并應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。我國(guó)地理信息科技工作者應(yīng)緊跟這一技術(shù)熱點(diǎn)，思考在該技術(shù)下的前沿技術(shù)，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)我國(guó)地理信息技術(shù)的又一次革命性突破。