基于佩珀爾幻象原理的三維全息展示系統(tǒng)的原理及應(yīng)用

吳承遠(yuǎn)，代曉冬，梁蘇來，張智成

中國民航大學(xué)理學(xué)院

基于佩珀爾幻象原理的三維全息展示系統(tǒng)的原理及應(yīng)用

吳承遠(yuǎn)，代曉冬，梁蘇來，張智成

中國民航大學(xué)理學(xué)院

電影《侏羅紀(jì)世界》中，有這樣幾個場景，在公園的展廳中小朋友到處跑動，突然眼前出現(xiàn)一只虛擬看恐龍，而他們卻能穿過恐龍的身體，這種展示技術(shù)稱為三維全息投影技術(shù)，利用空氣等氣體作為介質(zhì)，將影像投射在介質(zhì)上，產(chǎn)生立體逼真的影像。這也是當(dāng)今大火的VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的終極目標(biāo)，但是其技術(shù)尚未成熟，而且對設(shè)備要求高，造價成本更是高得離譜。我們設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，且成本低的三維全息展示系統(tǒng)，本文將介紹其原理及應(yīng)用前景。

三維全息投影；佩珀爾幻象原理；偽全息投影；應(yīng)用前景；創(chuàng)新優(yōu)勢

一.佩珀爾幻象原理及偽全息技術(shù)

首先解釋一下什么是佩珀爾幻象，在十九世紀(jì)六十年代，一位名叫亨利·德克斯的發(fā)明家在古老的意大利光幻象的基礎(chǔ)上進(jìn)行了創(chuàng)新，利用玻璃和光來操控視覺效果，這種光幻象稱為德克斯幻覺效應(yīng)。由于這種視覺效果的產(chǎn)生極其復(fù)雜且成本高昂，需要完全重建劇院才能將特技展現(xiàn)出來，因此并未得到推廣。約翰H.佩珀爾于同一時期在倫敦皇家理工學(xué)院演講時提出，用一種簡單的方法在既有的劇院環(huán)境中實現(xiàn)德克斯的視覺效果，即僅僅使用一片玻璃。由于佩珀爾使這種幻象普及開來，因此被稱為佩珀爾幻象。

這里我們所說的全息投影實際上是偽全息投影，是一種利用投影儀，手機(jī)，平板等視頻播放設(shè)備使光線折射45度成像在幻像成像膜的全息投影技術(shù)。要完成這一目的，需要兩大核心裝置，第一是投影源，前面已經(jīng)提到了手機(jī)，投影機(jī)等等有視頻播放功能的設(shè)備都可作為輸入源，播放相應(yīng)的全息視頻即可；第二是投影成像裝置，我們采用的是亞克力板和全息膜，并將其切割組成正四棱錐。將視頻輸入源放到金字塔上端，調(diào)整距離，便可以在金字塔內(nèi)呈現(xiàn)出令人震撼的三維影像。

二.偽全息技術(shù)運用前景拓展

1.教學(xué)方面?zhèn)稳⑼队暗闹饕獌?yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，成本較低（相比與其他三維顯示技術(shù)）。聯(lián)系到我校的實際情況，所有學(xué)生都要上《民航概論》這一必修課，有很多時候老師都是用圖片或者機(jī)模來展示，但是都有其缺點，圖片不直觀而機(jī)模無法看到飛機(jī)內(nèi)部構(gòu)造，有的圖片甚至模糊不清，很難讓同學(xué)們直觀感受到其樣貌。鑒于此，我們想到了用偽全息投影技術(shù)來解決，不但能夠非常直觀地顯示飛機(jī)、結(jié)構(gòu)、零件等的外觀，而且還能顯示內(nèi)部的三維結(jié)構(gòu)。與此同時，視覺效果更好，更炫目，適用于介紹高科技產(chǎn)品，讓學(xué)生有種“高大上”的感覺，便于他們更加積極地接受知識。

2.商品展示方面如珠寶店櫥窗展示珠寶，既炫目能夠吸引大家的眼球，又無需實物展示，規(guī)避了貴重珠寶被盜和損壞的風(fēng)險。又如在房地產(chǎn)展示的運用，目前的樓盤展示絕大多數(shù)為沙盤展示，千篇一律，不能給潛在客戶留下深刻印象，然而運用三維全息投影技術(shù)，更能吸引眼球，使可客戶直觀的了解項目以及房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計，對銷售有很好的促進(jìn)作用。

3.軍事方面如同電影《鋼鐵俠》中各種炫酷的虛擬觸摸屏幕，象征著人類智慧的最高結(jié)晶，雖說目前還無法實現(xiàn)這種空氣等介質(zhì)型的全息投影技術(shù)，但是偽全息投影是可以實現(xiàn)這樣的功能，可以通過觸屏“金字塔”全息膜實現(xiàn)圖片的拖拽和拉伸以及旋轉(zhuǎn)等功能，讓士兵們對目標(biāo)建筑、物品有更直觀深刻的認(rèn)識，對戰(zhàn)術(shù)設(shè)計和任務(wù)布置有很大的幫助。

4.除此之外，三維全息投影技術(shù)還有著更廣泛的應(yīng)用，如博物館、圖書館、展廳、體育館、演唱會、藝術(shù)展廳等大型活動場所?？偠灾灰切枰故疚锲返牡胤骄陀腥S全息投影系統(tǒng)的用武之地。

三.總結(jié)

上文我們介紹了偽全息投影的基本原理，展示了我們所制作的產(chǎn)品，并且對其應(yīng)用前景進(jìn)行了展望，這一技術(shù)掌握難度并不大，成本也比較低，它還有著更加寬廣的應(yīng)用市場，因此我們要更加努力開發(fā)其用途，讓這項技術(shù)得以普及，使它創(chuàng)造出真正的價值。

中國民航大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基金項目支持(項目號：201610059099)。