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全息投影技术也称虚拟成像技术，利用干涉原理和衍射原理，记录并再现可以与表演者互动的立体空中幻象，具有震撼的演出效果。自激光在 20 世纪 60 年代被发现后，全息投影技术飞速发展，其原理就是利用干涉和衍射，记录并再现物体真实三维图像。
全息技术第一步是利用干涉原理记录物体光波信息，即拍摄过程。被摄物体在激光辐射下形成漫射式的物光束；另一部分的激光则照射到全息底片上并与物体上的光束进行叠加，将物体光波上各点的相位和振幅转换成空间上变化的强度，利用干涉条纹间的反差和间隔记录物体光波全部的信息，再将记录着干涉条纹的底片经过显影、定影等处理程序后，形成一张全息图。
全息技术第二步是利用衍射原理再现物体光波信息，即成像过程。在激光照射下，一张线性记录的正弦型全息图衍射光波产出原始像（初始像）和共轭像，可再现立体感强的图像，具有真实的视觉效应。如今全息投影主要依靠水雾投影、全息投影等形式进行呈现，全息投影技术凭借较低的成本已大规模商业化，如舞台上的立体影像等。
全息投影技术最早通过娱乐行业进入大众视野，在舞台展演方面大放光彩。随着技术迅速发展，全息投影逐渐渗透到各个领域，我们对于全息投影技术的应用也越来越广泛。2010 年，日本世嘉公司将一个日本知名的虚拟少女歌手“初音未来”展示在观众面前，其利用的就是3D激光全息图像技术。初音未来这个虚拟歌手借助全息技术突破二维屏幕的束缚走到观众环绕的舞台中间，活灵活现地表演歌曲，还能够与观众互动，大大提升了观众的现场体验，仿佛真人出现在面前，大大调动了现场的气氛，产生了令人震撼的演出效果。
2014 年，好莱坞视觉特效团队——数字王国特效公司，通过数字全息影像技术使迈克尔·杰克逊在舞台首秀新单曲《节奏奴隶》，他身穿着金色夹克和红色裤子在舞台中央亮相，再度表演经典太空步。
2015 年 5 月 9 日，台北小巨蛋举办了一场华语天后邓丽君逝世 20周年虚拟人纪念演唱会。邓丽君身穿华丽礼服，演唱《甜蜜蜜》等经典歌曲。之后费玉清跨时空和虚拟邓丽君合唱《你怎么说》和《但愿人长久》等歌曲，就像同邓丽君真人在进行互动。两人默契配合近乎完美。继两年前和周杰伦合唱后，虚拟邓丽君再次和费玉清隔空对唱，令台下许多观众感动得落泪。