全息投影技術(shù)原理論文范文
投影技術(shù)的發(fā)展，全息投影技術(shù)也在不斷的發(fā)展，它是真正呈現(xiàn)立體的影像。下面是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的全息投影技術(shù)論文，歡迎大家閱讀。
全息投影技術(shù)論文篇一：《試談全息投影技術(shù)應(yīng)用研究》
【摘 要】目前，全息成像工藝復(fù)雜，制作成本高，暫不能普遍應(yīng)用到生活?yuàn)蕵分?，而消費(fèi)者對(duì)新的視覺體驗(yàn)形式的需求越來越急迫，因此我們以一種可以方便實(shí)現(xiàn)，視覺效果與全息成像相近的的技術(shù)來滿足消費(fèi)者的需求，這就是全息投影技術(shù)。本文從全息投影技術(shù)構(gòu)成、視覺效果、應(yīng)用例舉等方面論述了全息投影技術(shù)應(yīng)用的可行性。
【關(guān)鍵詞】全息投影;展示;應(yīng)用;全息投影照片
科幻影片中常常出現(xiàn)全息技術(shù)，人或物體以及圖形文字以三維的形式在空氣中顯示，就像電影《星球大戰(zhàn)》中的全息通訊、《鋼鐵俠》中的全息電腦、《普羅米修斯》中全息沙盤等等?？苹秒娪爸械募夹g(shù)多數(shù)是虛構(gòu)的，而往往這些虛構(gòu)的、幻想的技術(shù)卻表達(dá)社會(huì)的需求，指引著科研的方向，全息也是一樣。
目前，全息成像工藝相當(dāng)復(fù)雜，制作成本高，還不能普遍地應(yīng)用到在社會(huì)生活和娛樂中，因此全息投影有了其生長(zhǎng)和發(fā)展的空間。全息投影技術(shù)不同于平面銀幕投影僅僅在二維表面通過透視、陰影等效果實(shí)現(xiàn)立體感，它是真正呈現(xiàn)立體的影像，理論上可以360°觀看影像。[1]這種全息投影技術(shù)可以呈現(xiàn)出圖像浮現(xiàn)在空中的效果，但是所投射出的影像需要依靠透明的介質(zhì)作為載體，并且對(duì)空間的光環(huán)境要求相對(duì)較高。雖然這樣，但這種全息投影技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)成本底、制作方便、趣味性高、視覺效果逼近全息等等，在無介質(zhì)全息技術(shù)應(yīng)用到我們的生活中之前，全息投影技術(shù)有較高的應(yīng)用空間?？此坪?jiǎn)單的產(chǎn)品只要能夠滿足人們的需求，那就會(huì)有較高的應(yīng)用價(jià)值。
一、全息投影主要構(gòu)成
全息投影顯示設(shè)備是多塊透明的顯示器，通過多塊透明顯示器的圍合，形成的一個(gè)錐體，椎體的每一面對(duì)應(yīng)顯示影像內(nèi)容的每一個(gè)面，形成了全息投影的兩個(gè)視覺特點(diǎn)，一是可以全方位的顯示立體影像，二是可以使虛擬影像與周圍的現(xiàn)實(shí)環(huán)境融合到一起，形成虛擬與現(xiàn)實(shí)的互動(dòng)。形成“全息”的視覺效果。
全息投影其簡(jiǎn)單的構(gòu)成和實(shí)現(xiàn)方式是其能夠普及應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)之一。全息投影的技術(shù)構(gòu)成分兩部分，一是硬件，二是軟件。硬件部分包括成像、顯示、控制、電源等設(shè)備，軟件部分為內(nèi)置控制軟件和分屏影像。成像設(shè)備、顯示設(shè)備、分屏影像為其核心構(gòu)成。
成像設(shè)備，即可以生成影像的設(shè)備，如顯示器、顯示屏、投影儀、幻燈機(jī)等等，理論上來說可以自發(fā)光顯示圖像的設(shè)備都可以用作全息投影，但成像設(shè)備的優(yōu)劣會(huì)直接影響全息投影影像的視覺效果。成像設(shè)備起到將數(shù)字影像內(nèi)容第一次成像的作用，為顯示設(shè)備提供充足的光線。
顯示設(shè)備，即前文中提到的“透明顯示器”，這里的“透明顯示器”其實(shí)是一種高反光的透明膜或者透明板，甚至是玻璃。我們不必在意它是由什么原料制成，我們只要求它具備兩個(gè)特性，一是良好的通透性，二是盡量的高反光。這兩點(diǎn)是全息投影能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬與現(xiàn)實(shí)融合的核心。顯示設(shè)備可以反射成像設(shè)備所投射出的畫面和光線，并且由于其透明的特性，將虛擬影像與實(shí)體環(huán)境空間形成視覺上的融合，給人新的視覺感受。
分屏影像，全息投影所用的影像是在我們常見的平面影像的基礎(chǔ)上進(jìn)行了再設(shè)計(jì)，通過多個(gè)將物體的多視角畫面先分別拍攝再組合拼接到一起，同時(shí)播放和控制，這樣的影像配合全息投影特殊的多面錐體顯示器就能呈現(xiàn)出一個(gè)多視角可視的影像，影像給觀眾一種體量感，并且能夠清晰分辨其在空間中的位置。
二、全息投影應(yīng)用舉例
目前全息投影技術(shù)和批量生產(chǎn)條件相對(duì)成熟，但其應(yīng)用范圍還相對(duì)較窄，國內(nèi)主要將全息投影技術(shù)應(yīng)用到小型展柜、小型舞臺(tái)中。
全息投影在展柜的商業(yè)運(yùn)用中，多是用于展示企業(yè)標(biāo)識(shí)、小型電子產(chǎn)品、珠寶首飾的360°展臺(tái)和270°展臺(tái)，內(nèi)容多數(shù)是比較簡(jiǎn)單的旋轉(zhuǎn)動(dòng)畫，當(dāng)然也有用于展示游戲角色的，角色有比較簡(jiǎn)單的動(dòng)作。在舞臺(tái)的商業(yè)運(yùn)用中，為滿足舞臺(tái)的觀賞角度，以180°的單片全息幕居多。應(yīng)用方式有虛擬表演、虛擬與真人互動(dòng)、真人表演全息特效等。2011年3月，日本世嘉公司舉辦了一場(chǎng)名為“初音未來日感謝祭(Miku's Day)”的全息投影演唱會(huì)引起了社會(huì)的強(qiáng)烈反響和熱烈追捧。
經(jīng)過對(duì)全息投影的研究、試驗(yàn)以及調(diào)查，本人認(rèn)為全息投影在如今這個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件下可以得到更大的應(yīng)用空間，甚至達(dá)到普及的程度，下面筆者試舉出一些領(lǐng)域和行業(yè)，探討如果將全息投影應(yīng)用到這些行業(yè)中去，全息投影所帶來的作用及其意義。
1.房地產(chǎn)展示
房地產(chǎn)行業(yè)可以涉及到的有全息沙盤、全息樣板間、三維全息平面圖、三維全息結(jié)構(gòu)圖等。
目前我國房地產(chǎn)行業(yè)所使用的沙盤主要為電子沙盤，對(duì)于樣板房，房地產(chǎn)行業(yè)的普遍是以三維效果圖、樣板間模型和實(shí)地參觀考察來向客戶展示樣板房。而幾乎所有的樓盤宣傳資料上都配有房屋平面圖以及一些效果圖。綜合來看，房地產(chǎn)行業(yè)高速發(fā)展，但其展示手段相對(duì)傳統(tǒng)，將全息投影應(yīng)用到其中將極大提升展示效果。
如沙盤，傳統(tǒng)沙盤和電子沙盤都是以實(shí)體模型為主要展示方式，模型固定不可變，不能向客戶展示細(xì)節(jié)。從環(huán)保和節(jié)能方面看，沙盤模型都是根據(jù)每個(gè)樓盤訂制的，不可重復(fù)利用，一旦樓盤售馨就淪為廢品，這是對(duì)資源的浪費(fèi)和對(duì)環(huán)境的污染。再如樣板間，有的開發(fā)商基于實(shí)際情況的考慮，將樣板間直接建設(shè)在建筑工地中，客戶需要看樣板間就需要進(jìn)入建筑工地，而普通客戶對(duì)于建筑工地的安全常識(shí)和意識(shí)并不專業(yè)，相對(duì)增加了危險(xiǎn)度。而樣板間模型則和沙盤有同樣的問題。
全息投影沙盤的模塊化硬件可以實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用，而且展示內(nèi)容以數(shù)字影像方式存在，展示內(nèi)容靈活可變，展示內(nèi)容量巨大，還可以很好的完成客戶與樓盤間的互動(dòng)。全息投影沙盤可將傳統(tǒng)的沙盤展示、建筑動(dòng)畫、樣板間展示、房屋結(jié)構(gòu)展示等融合到一起，只用一套全息投影沙盤即可滿足整個(gè)樓盤的從外至內(nèi)、從大環(huán)境到局部細(xì)節(jié)的展示。全息投影沙盤唯一的消耗就是電能，不但起到了很好的展示效果，也順應(yīng)環(huán)保節(jié)能的時(shí)代趨勢(shì)。
2.全息投影照片
社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，攝影攝像技術(shù)的簡(jiǎn)化和人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的審美需求加快了攝影攝像的普及，我們可以輕易的在身邊找到攝影攝像設(shè)備，我們的生活被無數(shù)的影像所包圍，有趣的是我們對(duì)于膠卷相機(jī)和紙制照片的需求越來越少，我們將數(shù)字形式的照片放在電腦、電子相框、手機(jī)等設(shè)備上來欣賞，這可以看出消費(fèi)者對(duì)于新技術(shù)的認(rèn)可和追捧。
在電子相框、MP4等設(shè)備的基礎(chǔ)上，全息投影照片將傳統(tǒng)的二維平面圖像轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)的、有體感的、可全方位視角觀看的圖像，消費(fèi)者可將自己、親友甚至偶像的全息投影照片放置在全息投影相框中，操作方式同將電子照片放電子相框一樣方便簡(jiǎn)單，但相對(duì)于電子照片，全息投影照片的視覺效果和感官體驗(yàn)是全新的、震撼的。
將全息投影應(yīng)用到攝影中讓消費(fèi)者得到一種全新的視覺體驗(yàn)，給予消費(fèi)者更高一級(jí)的美的享受。全息投影照片可以像站在巨人的肩膀上一樣，在高度普及的平面攝影的基礎(chǔ)上向社會(huì)進(jìn)行推廣，讓更多的人得到全息投影帶來的視覺享受與體驗(yàn)樂趣。
其實(shí)，全息投影的應(yīng)用還有很多方式，如全息投影博物館、全息投影伴舞、全息投影視頻電話、全息投影智能引導(dǎo)員等，全息投影不光可以單獨(dú)使用，也可以同其它多媒體設(shè)備一同配合使用，其應(yīng)用的目的在于在真正的全息影像技術(shù)普及之前以一種方便的、低廉的、新穎的技術(shù)，使人們體驗(yàn)到一種有別于平面媒體的視覺享受。
【參考文獻(xiàn)】
[1]許秀文，薄建業(yè)，楊銘，等.淺析3D、全息、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)[J].中國教育信息化高教職教，2011(7).
全息投影技術(shù)論文篇二：《試談分析全息投影技術(shù)在演藝活動(dòng)中的應(yīng)用》
摘 要：科技的發(fā)展推動(dòng)影視媒體、新媒體的產(chǎn)生和發(fā)展，虛擬藝術(shù)體驗(yàn)也應(yīng)運(yùn)而生。技術(shù)的進(jìn)步，媒體藝術(shù)中的虛擬體驗(yàn)也呈現(xiàn)出多元化趨勢(shì)，人們可以體驗(yàn)到身臨其境的真實(shí)感。尤其是在演藝活動(dòng)中開始逐漸應(yīng)用全息投影技術(shù)，制造逼真立體的藝術(shù)情境，使觀看者的視覺、聽覺產(chǎn)生震撼感受。該文針對(duì)全息投影技術(shù)進(jìn)行分析，總結(jié)出全息投影技術(shù)在演藝活動(dòng)中的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞：虛擬世界;藝術(shù)體驗(yàn);全息投影;三維立體;演藝活動(dòng)
虛擬藝術(shù)體驗(yàn)廣泛應(yīng)用于影視藝術(shù)和多媒體藝術(shù)中，人們通過沉浸感和存在感強(qiáng)化了體驗(yàn)的真實(shí)感?？萍嫉陌l(fā)展推動(dòng)影視媒體、新媒體的產(chǎn)生和發(fā)展，虛擬藝術(shù)體驗(yàn)也應(yīng)運(yùn)而生。技術(shù)的進(jìn)步，媒體藝術(shù)中的虛擬體驗(yàn)也呈現(xiàn)出多元化趨勢(shì)，演藝活動(dòng)中開始逐漸應(yīng)用全息投影技術(shù)，許多演唱會(huì)晚會(huì)等大型演藝活動(dòng)都運(yùn)用了全息投影技術(shù)，營造虛擬幻象與表演者之間互動(dòng)的效果，亦真亦假，惟妙惟肖，使表演產(chǎn)生震撼的效果。
1 全息投影技術(shù)的應(yīng)用
全息投影技術(shù)創(chuàng)造的是一種以藝術(shù)美學(xué)標(biāo)準(zhǔn)營造虛擬世界的方法。全息投影技術(shù)實(shí)質(zhì)是一種虛擬成像技術(shù)，主要是利用干涉和衍射原理記錄并再現(xiàn)物體真實(shí)的三維圖像的記錄和再現(xiàn)的技術(shù)。目前一般通過兩種方式實(shí)現(xiàn)虛擬成像，一種方式是直接用投影機(jī)背投在全息投影膜上，產(chǎn)生虛擬場(chǎng)景或者虛擬影像;另一種方式通過投影機(jī)、LED 屏折射光源至45度成像在幻影成像膜，產(chǎn)生全息投影，全息投影技術(shù)不僅可以產(chǎn)生立體的空中幻象，還可以營造連續(xù)動(dòng)態(tài)的影像。全息投影構(gòu)建的虛擬世界可以是基于現(xiàn)實(shí)的藝術(shù)場(chǎng)景，也可以是超現(xiàn)實(shí)的、任憑想象的場(chǎng)景，這種營造過程就是藝術(shù)場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)的過程，技術(shù)人員通過計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)和動(dòng)作捕捉和表情捕捉系統(tǒng)，最終展現(xiàn)出一個(gè)或逼真或夢(mèng)幻或新奇的藝術(shù)世界，這種虛擬藝術(shù)體驗(yàn)給人們帶來新奇有趣，逼真震撼的視聽感受。
在媒體藝術(shù)中，全息投影產(chǎn)生的虛擬影像給觀眾帶來的感官刺激最直接，這種藝術(shù)感官體驗(yàn)可以源自對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的模擬再現(xiàn)，也可以是超現(xiàn)實(shí)的，藝術(shù)創(chuàng)造者想象中的各種新奇場(chǎng)景的創(chuàng)造，要實(shí)現(xiàn)這些場(chǎng)景或者影像的藝術(shù)體驗(yàn)是離不開技術(shù)支持的。藝術(shù)家可以通過全息投影技術(shù)構(gòu)建或者營造各類藝術(shù)情境和場(chǎng)景，引導(dǎo)觀眾進(jìn)入虛擬情境中，使人產(chǎn)生身臨其境的逼真感覺，仿佛真的置身于營造的虛擬世界中。尤其是在演藝活動(dòng)中，藝術(shù)家或者設(shè)計(jì)者，通過全息投影技術(shù)的營造，引導(dǎo)觀眾進(jìn)入虛擬情境中，體驗(yàn)前所未有的虛擬藝術(shù)體驗(yàn)和感官刺激。
2 影像互動(dòng)式虛擬體驗(yàn)在演藝活動(dòng)中的運(yùn)用
20世紀(jì)中期，互動(dòng)式虛擬體驗(yàn)最早運(yùn)用于美國軍事模擬訓(xùn)練，尤其是空軍飛行訓(xùn)練。美國軍方為了降低飛行訓(xùn)練中的損失以及人員傷亡，發(fā)明了虛擬飛行駕駛系統(tǒng)。模擬出真實(shí)的飛行訓(xùn)練過程，進(jìn)行飛行員訓(xùn)練。隨著技術(shù)的發(fā)展，模擬訓(xùn)練已經(jīng)延伸到了其他軍事訓(xùn)練領(lǐng)域中，可以模擬出復(fù)雜的戰(zhàn)斗情境，提高實(shí)戰(zhàn)水平，同時(shí)也減少真實(shí)訓(xùn)練或者演習(xí)中的損失和傷亡。這種互動(dòng)式虛擬技術(shù)的真實(shí)體驗(yàn)使得現(xiàn)實(shí)世界和虛擬世界之間的建立起了一座互相作用的橋梁。
隨著技術(shù)的發(fā)展以及媒體藝術(shù)的發(fā)展，虛擬體驗(yàn)與媒體藝術(shù)擦出了絢麗的火花。虛擬感官體驗(yàn)創(chuàng)造的虛擬世界非常接近人類觀察體驗(yàn)，在技術(shù)的推動(dòng)下衍生出全新的媒體表現(xiàn)形式和藝術(shù)情境，這些新奇的藝術(shù)創(chuàng)作方式和藝術(shù)表達(dá)方式為觀眾營造了更加豐富多彩的實(shí)體體驗(yàn)和感受。虛擬藝術(shù)體驗(yàn)作為一種傳播方式和手段，徹底顛覆了傳統(tǒng)形式的影像體驗(yàn)，擦出了新的傳播藝術(shù)的火花。
例如，2011年在某國際知名服裝品牌的新品發(fā)布會(huì)上，設(shè)計(jì)者就把全息投影技術(shù)搬上了T臺(tái)秀，模特表演秀中通過全息投影營造出虛擬模特和真人模特交替出現(xiàn)的場(chǎng)景，在燈光和特效技術(shù)的配合下，一場(chǎng)惟妙惟肖、亦真亦假的服裝表演完美演繹。在T臺(tái)上人物和藝術(shù)場(chǎng)景忽而產(chǎn)生、忽而消失，模特在虛擬和真實(shí)交替中完成瞬間換裝的效果，給觀看者的視覺和聽覺產(chǎn)生了意想不到的震撼效果，觀看者完全沉浸于這種逼真立體的影像和真人秀中，這場(chǎng)秀給觀者帶來了前所未有的魔幻效果，在整個(gè)藝術(shù)傳播領(lǐng)域開創(chuàng)了一個(gè)全新的場(chǎng)景。
在我國國內(nèi)演藝活動(dòng)中，全息投影營造的互動(dòng)式虛擬情境的舞臺(tái)也給觀眾留下深刻印象。湖南衛(wèi)視2011跨年演唱會(huì)中，有一首歌曲表演中就很成功地運(yùn)用了全息投影技術(shù)，《再見我的愛人》這首歌是鄧麗君早起經(jīng)典作品之一，被觀眾熟知，許多觀眾都十分懷念鄧麗君深情的演繹，湖南衛(wèi)視的技術(shù)人員就通過全息投影技術(shù)把立體逼真的鄧麗君演唱的場(chǎng)景搬上舞臺(tái)，場(chǎng)景中看起來如同鄧麗君與歌手的同臺(tái)對(duì)唱，并且兩人之間還有恰當(dāng)?shù)膭?dòng)作眼神交流。在舞臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了歌手與影像的完美互動(dòng)，呈現(xiàn)在觀眾面前的就是真實(shí)的表演場(chǎng)景，給觀看者的視覺、聽覺帶來極大的滿足。同樣，我們記憶深刻的還有2012龍年春晚就在LED的基礎(chǔ)上加入全息投影的電視美術(shù)布景，晚會(huì)的多數(shù)歌舞都動(dòng)用了全息技術(shù)。例如，薩頂頂在演唱《萬物生》時(shí)，營造立體花朵飄落的藝術(shù)情境，演唱者和現(xiàn)場(chǎng)觀看者就仿佛是置身花的世界一樣，設(shè)計(jì)者將藝術(shù)情境完美結(jié)合歌曲的意境，完美演繹了萬物生的藝術(shù)情境。但是，在演藝活動(dòng)中全息投影技術(shù)只是作為亮點(diǎn)出現(xiàn)在演出的某個(gè)環(huán)節(jié)，并沒有被用于制作整場(chǎng)演出的舞美效果，全息投影技術(shù)的使用是希望引起觀眾高潮達(dá)到最佳的表演效果。
3 全息投影虛擬互動(dòng)體驗(yàn)的發(fā)展趨勢(shì)
(1)渲染偶像，美化表演意境。虛擬體驗(yàn)從純粹的感官體驗(yàn)到交互體驗(yàn)再延伸到情感體驗(yàn)，逐漸呈現(xiàn)出體驗(yàn)融合的趨勢(shì)，虛擬藝術(shù)體驗(yàn)的逼真度和沉浸感也進(jìn)一步提高和加強(qiáng)。藝術(shù)工作者可以在演唱會(huì)場(chǎng)景設(shè)計(jì)上營造多個(gè)偶像同時(shí)演繹的各種酷炫效果，對(duì)觀看者的視覺、聽覺造成震撼沖擊，同時(shí)也滿足觀看者對(duì)自己偶像的崇拜心理。
(2)重塑經(jīng)典，賦予藝術(shù)強(qiáng)大生命力。虛擬技術(shù)為藝術(shù)體驗(yàn)提供了新的機(jī)遇。在當(dāng)下強(qiáng)大的科技條件支持下，可以為觀眾再現(xiàn)那些懷念的經(jīng)典，虛擬世界的感官真實(shí)性，互動(dòng)性，情感化，特性的逐漸體現(xiàn)。例如，“復(fù)活”歷史上的巨星，令其完成與當(dāng)代明星同臺(tái)對(duì)唱等的現(xiàn)場(chǎng)表演，或是彌補(bǔ)某位不能到場(chǎng)的巨星給觀眾造成的遺憾，還可以把某個(gè)不可能再現(xiàn)的經(jīng)典為觀眾重現(xiàn)，對(duì)其造成極大的視覺與心理震撼。
(3)打造虛擬偶像，衍生虛擬情感。虛擬藝術(shù)體驗(yàn)是調(diào)動(dòng)了視覺、聽覺、觸覺、嗅覺及肢體行為互動(dòng)等多種感知體驗(yàn)，也可以是意識(shí)心理的思維沉浸，意識(shí)和思維沉浸在虛擬世界之中，身體卻處于現(xiàn)實(shí)之中，身體被虛擬世界中的意識(shí)驅(qū)動(dòng)，虛擬和現(xiàn)實(shí)之間的界限模糊化，全身心投入到虛擬世界中并享受心醉神迷的沉浸體驗(yàn)，這便是虛擬偶像。越來越多的虛擬偶像會(huì)隨著人們的不同需求而產(chǎn)生，并且延伸到情感體驗(yàn)的高度。
從感官虛擬體驗(yàn)、互動(dòng)虛擬體驗(yàn)到情感虛擬體驗(yàn)，這些藝術(shù)體驗(yàn)和互動(dòng)都是基于人們對(duì)虛擬世界的幻想和憧憬，引發(fā)人們感官和情感的存在感和代入感。從唯物的角度來說，虛擬體驗(yàn)和虛擬互動(dòng)都是基于人們對(duì)真實(shí)世界中各種客觀事物的反映，并且在人們豐富的想象中得到進(jìn)一步的藝術(shù)升華，在演藝活動(dòng)或者新媒體藝術(shù)中完美地展現(xiàn)出來，迸發(fā)出無比絢爛的藝術(shù)火花，給觀看者帶來前所未有的美妙體驗(yàn)和感官享受。因此，虛擬藝術(shù)體驗(yàn)是一種很好地表達(dá)藝術(shù)情感的手段。
參考文獻(xiàn)：
[1] 王燕鳴.論新媒體藝術(shù)在虛擬世界中的互動(dòng)體驗(yàn)[J].大眾文藝，2010(2).
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全息投影技術(shù)論文篇三：《全息投影的簡(jiǎn)易制作及探究》
摘 要 全息投影是近年來流行的高新技術(shù)，能夠展示神奇的立體全息影像，給參觀者全新的互動(dòng)感受。全息投影設(shè)備價(jià)格較高，應(yīng)用生活中常見的器材，制作一款具有全息效果的實(shí)驗(yàn)演示裝備，揭示其中的科學(xué)原理。
關(guān)鍵詞 全息投影;實(shí)驗(yàn)器材;虛擬成像
1 前言
2013年9月13日，去世18年的歌手鄧麗君“穿越時(shí)空210秒”，與男歌手周杰倫同臺(tái)對(duì)唱，別具一格的全息投影技術(shù)很快成為新聞媒體報(bào)道的熱點(diǎn)，引起人們極大的興趣和關(guān)注。全息投影設(shè)備價(jià)格較高，一般應(yīng)用于商業(yè)展覽或影視特效中。對(duì)于廣大中小學(xué)科學(xué)教師來說，只要應(yīng)用生活中常見的實(shí)驗(yàn)器材，花費(fèi)很低的經(jīng)濟(jì)成本，同樣可以制作簡(jiǎn)易的全息投影演示實(shí)驗(yàn)，帶給學(xué)生新奇的科學(xué)體驗(yàn)與樂趣。
2 全息投影原理
全息投影技術(shù)也稱虛擬成像技術(shù)，利用光的干涉和衍射原理，記錄并再現(xiàn)物體真實(shí)的三維圖像。
第一步是利用干涉原理記錄物體光波信息，被攝物體在激光輻照下形成漫射式的物光束;另一部分激光作為參考光束射到全息底片上，和物光束疊加產(chǎn)生干涉，把物體光波上各點(diǎn)的位相和振幅轉(zhuǎn)換成在空間上變化的強(qiáng)度，利用干涉條紋間的反差和間隔，將物體光波的全部信息記錄下來。記錄干涉條紋的底片經(jīng)過顯影、定影等處理程序后，便成為一張全息圖，或稱全息照片。
第二步是利用衍射原理再現(xiàn)物體光波信息，這是成像過程。全息圖的每一部分都記錄物體各點(diǎn)的光信息，能夠再現(xiàn)原物的整個(gè)圖像，通過多次曝光可以在同一張底片上記錄多個(gè)不同的圖像，互不干擾地分別顯示出來。
全息投影系統(tǒng)將三維立體畫面懸浮在實(shí)景半空中，畫面的對(duì)比度和清晰度高，有空間感和透視感，營造了亦幻亦真的神奇氛圍。
依據(jù)實(shí)現(xiàn)技術(shù)手段與途徑的不同，全息投影分為兩類。
1)透射全息投影：通過向全息投影膠片照射激光，從另一個(gè)方向來觀察重建的圖像。透射全息投影可以使用白色光來照明，廣泛應(yīng)用于信用卡防偽和產(chǎn)品包裝等領(lǐng)域，通常在一個(gè)塑料膠片形成表面浮雕圖案，通過背面鍍上鋁膜，光線透過膠片得以重建圖像。
2)反射全息投影。使用白色光源，從和觀察者相同的方向照射膠片，通過反射重建彩色圖像。鏡面全息投影利用控制鏡面在二維表面上的運(yùn)動(dòng)，制造三維圖像。
3 簡(jiǎn)易全息投影設(shè)備制作
應(yīng)用于商業(yè)展覽或影視特技的全息投影需要復(fù)雜的制作技術(shù)與專業(yè)設(shè)備[1]。為了向青少年普及科學(xué)知識(shí)，介紹前沿科技新成就，教師利用身邊的簡(jiǎn)易器材，同樣可以制作出具有立體效果的全息圖像。
實(shí)驗(yàn)原理 利用4個(gè)半透面對(duì)光線的折射和全反射，把屏幕上的視頻源文件反射。由于視頻源文件同時(shí)有圖像的前、后、左、右4個(gè)面，4個(gè)面同時(shí)投影形成全息效果。原理圖如圖1所示。
制作材料與過程 能夠形成單屏投影的設(shè)備(包括手機(jī)、平板電腦)、各種透明薄板(如亞克力板、塑料板、PVC板、手機(jī)貼膜等)。由于四棱椎體是最簡(jiǎn)單的制作，以下詳細(xì)介紹全息投影制作過程以及注意事項(xiàng)。
1)確定四棱椎體的幾何形狀與大小。本實(shí)驗(yàn)制作的投影設(shè)備由透明塑料等材質(zhì)構(gòu)成棱錐、覆蓋在上方的單屏投影源構(gòu)成(圖2)。光線由投影源發(fā)出，在棱錐側(cè)面產(chǎn)生全反射，進(jìn)入觀察者眼睛。如果能夠使每個(gè)側(cè)面反射的光線恰好構(gòu)成三維物體的不同側(cè)面，觀察者從不同方向觀看，就可以看到三維物體的不同側(cè)面[2]。為了保證反射光水平射入眼睛，需要使棱錐的側(cè)面和底面所成的二面角為45°。
由于大家使用的各種手機(jī)或平板電腦的尺寸差異較大，給出的參考建議是：構(gòu)成四棱椎體的等腰三角形底邊約等于屏幕的寬度。如測(cè)量所用的iPad屏幕寬度為12 cm，則等腰三角形的底邊就是12 cm，頂角固定為70.5°，腰長(zhǎng)為10.4 cm，腰長(zhǎng)=底邊×0.865。如果要制作六棱錐投影，則等腰三角形各邊的幾何關(guān)系為腰長(zhǎng)=底邊×1.32。六棱錐的播放效果更佳，環(huán)六棱錐360°無死角觀察到清晰逼真的投影圖像;四棱錐在投影面交接角度處觀察到輕微變形。
2)剪裁和粘貼投影用金字塔。把透明薄板依據(jù)上面的規(guī)格裁剪出4個(gè)等腰三角形，用透明膠條或不干膠依次粘好各三角形的邊，做成一個(gè)投影金字塔。因?yàn)槠桨咫娔X的屏幕要放到金字塔的頂尖，設(shè)計(jì)一個(gè)支架把平板電腦架起來，不能擋住金字塔的四面。也可以用黑色紙盒做成暗箱型的支架，周圍背景越黑，立體投影的顯示效果越好。將平板電腦或手機(jī)屏幕朝下，倒扣在金字塔的塔尖上，確保金字塔尖正對(duì)視頻4個(gè)切分畫面的中心。
3)播放全息投影視頻。利用MikuMikuDance(簡(jiǎn)稱MMD)、會(huì)聲會(huì)影X5與格式轉(zhuǎn)換軟件，先用MMD制作出所需圖像的正面、背面、左右側(cè)面，再將格式轉(zhuǎn)換成為會(huì)聲會(huì)影視頻，便可做出全息視頻源。專業(yè)高手也可以利用動(dòng)畫制作軟件MAYA，設(shè)計(jì)出人物模型、動(dòng)作，分出前、后、左、右4個(gè)視圖，導(dǎo)出播放視頻即可?，F(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上有不少3D全息影像素材，使用者可以根據(jù)需要下載和播放。
4 結(jié)語
由于器材簡(jiǎn)陋，該實(shí)驗(yàn)顯示的并不是真正意義上的全息圖像，可以看作“偽全息”，雖然視覺上看起來有全息的效果，但其本質(zhì)還是2D成像。以圖3所示美少女為例，視頻中的四分屏分別是少女的正面、背面以及左右側(cè)面，這四面分別對(duì)應(yīng)金字塔形投影儀四面的塑料片。四個(gè)畫面分別映射在4個(gè)塑料片上，從塑料片的4個(gè)角度來看，會(huì)產(chǎn)生“圖像就在投影儀中央，能夠360°無死角觀看”的錯(cuò)覺。因此，制作全息投影時(shí)必須選擇表面光滑、沒有太多劃痕的透明薄片，才能有更好一些的視覺效果。播放視頻的清晰度也很重要，最好采用清晰度為720P及以上的視頻圖像。
參考文獻(xiàn)
[1]于麗，楊宇.一種三維全息投影屏的制作方法[J].激光與光電子學(xué)進(jìn)展，2013(2)：115-118.
[2]房若宇.多棱錐三維立體投影裝置的制作[J].物理實(shí)驗(yàn)，2015(6)：23-25.
[3]楊毅.論全息投影技術(shù)中虛擬角色制作設(shè)計(jì)[J].科教文匯，2013(10)：94.
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