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元宇宙中的动态全息三维显示:发展与挑战(特邀)

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红外与激光工程 2022年第1期51卷 259-273页

作者：曹良才何泽浩刘珂瑄隋晓萌清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器国家重点实验室北京100084

相比二维显示,三维显示可以提供更接近真实世界的图像内容,是5G、大数据、元宇宙和物联网领域的关键性技术。计算全息三维显示可以提供所有种类的深度线索,被认为是三维显示的终极实现方式,在智能制造、远程教育、异地办公和娱乐社交等... 详细信息

相比二维显示,三维显示可以提供更接近真实世界的图像内容,是5G、大数据、元宇宙和物联网领域的关键性技术。计算全息三维显示可以提供所有种类的深度线索,被认为是三维显示的终极实现方式,在智能制造、远程教育、异地办公和娱乐社交等领域都具有广阔的应用前景。文中首先介绍了计算全息技术的发展历史和重要技术节点,分析了高质量全息动态三维显示面临的挑战,主要包括计算全息图重建质量不足、波前调制器件和全息显示系统性能受限以及三维内容源匮乏等,进一步介绍了已有的解决方案,比较了各类方案的优势与不足,进而分析了高质量全息动态三维显示的主要研究方向,包括低噪声全息图的获取、像质优化和畸变校正技术的开发以及三维内容源的构建。实现高质量、低噪声、无畸变、高刷新、真三维的动态全息三维显示,是计算全息显示发展的必由之路,也是元宇宙等典型应用对全息三维显示提出的必然要求。

关键词：三维显示元宇宙计算全息计算全息图全息显示系统三维内容源

面向纯相位型全息显示的自适应混合约束迭代算法

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物理学报 2023年第2期72卷 73-81页

作者：高乾程何泽浩刘珂瑄韩超曹良才安徽工程大学高端装备先进感知与智能控制教育部重点实验室芜湖241000 清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器国家重点实验室北京100084

纯相位型计算全息图舍弃全息面上的振幅信息,降低了全息显示的图像质量.迭代法通过多次正、逆向的波前传播计算,优化了纯相位型计算全息图的相位轮廓,提升了全息再现的图像质量.然而,传统迭代法可能存在迭代发散、收敛速度偏慢以及再现... 详细信息

纯相位型计算全息图舍弃全息面上的振幅信息,降低了全息显示的图像质量.迭代法通过多次正、逆向的波前传播计算,优化了纯相位型计算全息图的相位轮廓,提升了全息再现的图像质量.然而,传统迭代法可能存在迭代发散、收敛速度偏慢以及再现质量受限等问题.本文提出了一种基于角谱传播模型的自适应混合约束迭代算法,通过在迭代中加入自适应的反馈机制和频带约束策略,增加了迭代优化的自由度,提升了迭代的收敛性和全息再现的图像质量.仿真和实验结果表明,提出的算法能够在较短的计算时间内获得更高重建质量的纯相位型计算全息图,对于高质量的全息显示具有重要应用价值.

关键词：计算全息图全息显示纯相位全息图相位优化

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Pattern-adaptive error diffusion algorithm for improved phase-only hologram generation

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Chinese Optics Letters 2021年第5期19卷 1-5页

作者： Kexuan Liu Zehao He Liangcai Cao State Key Laboratory of Precision Measurement Technology and Instrument Department of Precision InstrumentTsinghua UniversityBeijing 100084China

The bidirectional error diffusion(BERD) algorithm is free from random phase modulation that introduces speckle noise on the reconstructed images, compared with other computer-generated phase-only hologram(POH) approaches. During the POH generation process, the amplitudes of all pixels are traditionally set to one for diffusing the errors to their neighborhood of unprocessed pixels. In this paper, we reveal that the reconstruction quality depends on the uniform amplitude value for different object pattern. The pattern-adaptive BERD(PA-BERD) algorithm is proposed for high-quality holographic reconstruction. The optimized amplitude value can be acquired for each object pattern and each propagation *** PA-BERD-based POHs have shown higher reconstruction quality than traditional BERD-based POHs in simulations as well as optical experiments.

关键词： holography computer holography holographic display

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基于深度学习的计算全息显示进展

液晶与显示 2023年第6期38卷 819-828,I0002页

作者：刘珂瑄吴佳琛何泽浩曹良才清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器国家重点实验室北京100084

计算全息作为一种三维显示手段,能够基于衍射计算实现对目标光场的精确重建,在元宇宙通讯、AR/VR头戴显示、车载抬头显示等方向均有着重要的应用。如何实现高速且高质量的相位全息图生成是计算全息领域发展的关键问题,也是当前该方向的... 详细信息

计算全息作为一种三维显示手段,能够基于衍射计算实现对目标光场的精确重建,在元宇宙通讯、AR/VR头戴显示、车载抬头显示等方向均有着重要的应用。如何实现高速且高质量的相位全息图生成是计算全息领域发展的关键问题,也是当前该方向的重要研究课题。近年来,深度学习技术的飞跃式发展为上述问题的解决提供了一条新的技术路径。本文介绍了计算全息技术的基本原理及算法分类,综述了近年来所提出的基于深度学习的计算全息解决方案,比较了各类方案的优势与不足,展望了深度学习技术在计算全息领域的发展与挑战。

关键词：计算全息深度学习三维显示卷积神经网络液晶空间光调制器

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人工智能+全息技术

知识就是力量 2023年第9期 16-17页

作者：曹良才刘珂瑄清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室

随着科技的迅猛发展,人工智能和全息技术正逐渐从科幻影视作品中的想象变为现实。二者相辅相成,不断打破现实世界与虚拟世界的边界,影响着生活的方方面面,赋能智慧城市的高速发展。“人工智能+全息”打破现实边界相信大家对于人工智能... 详细信息

随着科技的迅猛发展,人工智能和全息技术正逐渐从科幻影视作品中的想象变为现实。二者相辅相成,不断打破现实世界与虚拟世界的边界,影响着生活的方方面面,赋能智慧城市的高速发展。“人工智能+全息”打破现实边界相信大家对于人工智能和全息技术的概念都不陌生,近年来时常能在新闻报道中看到它们的最新进展。

关键词：人工智能虚拟世界全息技术新闻报道智慧城市相辅相成影视作品边界

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计算全息综合性光电教学实验设计

实验室研究与探索 2024年第2期43卷 132-134,168页

作者：刘珂瑄朱昊何泽浩李玉和曹良才清华大学精密仪器系北京100084

基于傅里叶光学原理实现对目标光场进行精确重建,设计了从显示目标绘制,相应计算全息图生成到光学重建的综合性教学实验。具体的实验流程包含基于Visio的显示目标设计,基于MATLAB的相位型计算全息图生成算法编写和基于相位型液晶空间光... 详细信息

基于傅里叶光学原理实现对目标光场进行精确重建,设计了从显示目标绘制,相应计算全息图生成到光学重建的综合性教学实验。具体的实验流程包含基于Visio的显示目标设计,基于MATLAB的相位型计算全息图生成算法编写和基于相位型液晶空间光调制器的目标重建光路搭建。实验设计结合了光学、数字电路和计算机软件技术,具有流程清晰、易于教学、学生参与度高和获得感强的优势,可有效增强学生对计算全息技术与光电信息技术的理论理解与实操能力。

关键词：实验教学计算全息光场重建液晶空间光调制器

金属有机骨架材料光热/光动力联合治疗的策略及进展

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中国组织工程研究 2025年第16期29卷 3476-3485页

作者：陈小瑄裴锡波盖阔万乾炳口腔疾病防治全国重点实验室国家口腔医学中心国家口腔疾病临床医学研究中心四川大学华西口腔医学院修复科四川省成都市610041

背景:金属有机骨架(metal-organic frameworks,MOFs)是一种由金属节点和有机配体组成的新型多孔材料。部分MOFs自身即具备光热转化能力或光动力效应,亦可作为载体负载光热剂或光敏剂,在激光诱导下产生活性氧或升高温度发挥光疗作用,被... 详细信息

背景:金属有机骨架(metal-organic frameworks,MOFs)是一种由金属节点和有机配体组成的新型多孔材料。部分MOFs自身即具备光热转化能力或光动力效应,亦可作为载体负载光热剂或光敏剂,在激光诱导下产生活性氧或升高温度发挥光疗作用,被广泛应用于抗菌及抗肿瘤等生物医学领域。当MOFs同时具有这两种光疗作用时,可发挥协同治疗的效应,以弥补单独使用一种光疗方法的不足。目的:按照不同的结构总结目前提出的MOFs光热/光动力联合治疗策略,以期为联合治疗材料MOFs的结构设计、功能负载及临床应用场景提供新的思路。方法:以“金属有机骨架/金属有机框架,光动力治疗,光热治疗”为中文检索词,“Metal-organic frameworks,photodynamic therapy,photothermal therapy,phototherapy”为英文检索词,检索了PubMed、Web of Science、ScienceDirect、中国知网和万方数据库的文献,最终纳入76篇进行综述分析。结果与结论:①光热/光动力联合治疗可发挥相互增强的协同作用。②现有光热/光动力联合治疗策略主要包括了改性MOFs骨架赋予其光热、光动力效应,将光疗剂封装于MOFs,光疗剂与MOFs形成核壳结构,光疗剂在MOFs内原位还原,将光疗剂附着于MOFs表面以及热解MOFs以形成MOFs衍生的碳材料等其他特殊改性方法。③要构建特定的光疗MOFs结构,必须综合考虑光疗剂和MOFs的种类、尺寸、结合方式,选择不同的合成策略。封装结构合成过程简单,但仅适用于小粒径光疗剂;核壳结构稳定,但合成过程繁复;原位还原对光疗剂尺寸无特殊限制,但难以精确控制光疗剂在MOFs内部的生长;表面附着结构的合成步骤简便,但不能避免光疗剂提前聚集猝灭;热解MOFs合成条件要求高,且只有特定的MOFs才能实现。④现有的光热/光动力联合治疗策略主要被应用于抗菌、抗肿瘤治疗并表现出优异性能,具体的应用领域与光疗剂和MOFs自身的性质有关,还有部分用于类风湿性关节炎、抗凝溶栓治疗,其潜在应用场景十分广阔。⑤光热剂和光敏剂的临床转化目前仍处于起步阶段,其面临的关键挑战包括生物安全性评估激光照射参数的优化以及高效大规模合成方法的开发。

关键词：金属有机骨架光热治疗光动力治疗联合疗法抗菌抗肿瘤核壳结构封装原位还原

死也生之始:影视作品的生命叙事与“死亡”的意义建构

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北大新闻与传播评论 2025年第1期 233-245+335页

作者：何天平严梓瑄中国人民大学新闻与社会发展研究中心中国人民大学新闻学院

死亡是一种个体的生命体验,因其普遍性、不可避免性而具有了社会性。生命叙事为回归死亡的个体意义提供了可能性。通过对影视作品中有关“死亡”的生命叙事的拆解,本文提炼出以逝者记忆的消散表征临终过程、以生者身份的重构体现死亡的... 详细信息

死亡是一种个体的生命体验,因其普遍性、不可避免性而具有了社会性。生命叙事为回归死亡的个体意义提供了可能性。通过对影视作品中有关“死亡”的生命叙事的拆解,本文提炼出以逝者记忆的消散表征临终过程、以生者身份的重构体现死亡的意义、以逝者永生以及生者与之的互动想象延展死亡的过程三方面叙事策略。三者均以“死亡”为契机完成对生命的再讲述,构成了影视作品“向死而生”的生命叙事。这一生命叙事通过对“死亡”的表征建构了存在的三重维度,即记忆、身份和技术,并暗含了“灵肉二元”的预设。影视作品中生命叙事将“死亡”建构为对生命形而上的确认,构成其潜在的公共性基础。但同时,生命叙事本身仍要求影视创作更重视“死亡”的具身性和物质性,这就构成了影视作品通过开展生命叙事建构“死亡”意义的深层创作追求。

关键词：生命传播临终关怀数字永生灵与肉

高延性水泥基复合材料拉伸开裂行为多尺度模拟研究进展

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硅酸盐学报 2025年第01期 173-189页

作者：雷东移武志盈贾昊瑄于龙王冰汤金辉李莹李炎隆刘加平青岛理工大学土木工程学院海洋环境混凝土技术教育部工程研究中心东南大学材料科学与工程学院西安理工大学水利水电学院

高延性水泥基复合材料(ECC)克服了普通混凝土延性差、裂缝控制能力弱的缺点，当前针对混凝土断裂力学的机理分析主要依据微、宏观试验数据进行，但该过程耗时耗力且无法直观展示开裂过程中纤维–基体间的应力传递及异相物质间的分子或... 详细信息

高延性水泥基复合材料(ECC)克服了普通混凝土延性差、裂缝控制能力弱的缺点，当前针对混凝土断裂力学的机理分析主要依据微、宏观试验数据进行，但该过程耗时耗力且无法直观展示开裂过程中纤维–基体间的应力传递及异相物质间的分子或原子交互作用，而计算机模拟技术凭借高效、可视化、低成本的优势为精准预测、深入分析试验结果提供了强力支撑。为全面了解当前ECC拉伸开裂行为多尺度模拟的研究现状，将分子动力学、数值模拟(有限元模拟)、近场动力学和人工神经网络按纳、介、宏观3类尺度、4类方法分类概述其对ECC拉伸开裂行为的模拟。纳观尺度方面，分子动力学从分子或原子层面出发，着重分析未改性及改性纤维对ECC变形过程中纤维–基体界面结合性能的影响机理。介观尺度方面，数值(有限元)模拟重点关注纤维、基体及其界面特性等宏、细观因素对ECC拉伸应变硬化行为的影响规律。宏观尺度方面：近场动力学模拟针对ECC多缝开裂特性研究较少，其主要基于非局部作用分析了普通及纤维增强混凝土在不同方向荷载下的开裂演化行为；人工神经网络对ECC的力学性能预测有一定研究，但该方法主要通过建立预测模型，实现混凝土配合比设计并预测相关参数与力学性能之间的关联性。同时，论述了4种模拟技术在ECC拉伸开裂行为中的不足及发展趋势。

关键词：高延性拉伸应变硬化分子动力学数值(有限元) 近场动力学人工神经网络

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