计算机生成全息术（CGH）是一项利用计算机技术对虚拟对象进行动态重建的先进技术，它在三维显示、光信息存储与处理、娱乐及加密等多个领域有着广泛的应用前景。然而，目前的全息显示技术还面临着诸多挑战，如视场角小、分辨率低、计算速度慢、显示效果差等。
近日，华中科技大学研究团队提出了一种新型的动态交互位超表面全息术(Bit-MH)技术，实现了高计算帧率和显示帧率的超表面全息显示系统，并首次搭建了实用化的可交互式超表面全息显示系统。该技术有望为未来的三维动态显示和高级人机交互提供新的解决方案。
基于Bit-MH实现的俄罗斯方块游戏的系统架构
超表面是由大量亚波长尺寸的超原子(meta-atom)排列而成的平面阵列，能够对电磁波进行振幅、相位、偏振等多维度的调控。基于超表面的全息术可以实现大视场、无色差成像、彩色显示、信息容量扩展、多维多路复用等方面的效果，是实现动态全息显示的有力工具。
然而，动态超表面全息术仍然存在着计算和显示帧率低的问题，这影响了其在实时、流畅的动态显示和交互方面的能力。为了解决这一问题，该研究团队提出了这种动态交互位超表面全息术技术，将超表面的显示功能划分为不同的空间信道，每个信道可以投影一个重建的子全息图案。通过光寻址空间通道复用技术，将所有信道的开关状态映射到一组比特值，进而将动态全息的更新过程映射为了操纵这组比特值来控制对应的信道的开启或关闭状态。这种方法利用映射的按位运算，大大提高了计算和显示刷新的速度。
在此基础上，该团队利用低功耗的树莓派计算平台搭建了全球首台实用化的可交互式超表面全息显示系统。该系统实现了高达800kHz的计算帧率和23kHz的显示帧率。作为对这一技术的概念验证，研究团队还在可见光波段构建了一个用于俄罗斯方块游戏的交互全息游戏系统，实现了与外部输入设备的实时交互和流畅的视觉体验。
实验重建出的图案
据悉，此项研究为未来的超表面全息显示系统提供了一种高效和可编程的方法，有望为未来实现流畅、高效的超表面全息显示系统铺平道路，该研究也证明了Bit-MH技术在人机交互、实时3D可视化以及下一代虚拟和增强现实系统等多个领域的广阔应用前景。
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