基于嵌入式平臺(tái)的偽全息3D動(dòng)態(tài)展示系統(tǒng)的研究

文/譚婧 楊梓瓏 曾莉潔 劉逸文

1 引言

偽全息又名3D全息投影，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)?，F(xiàn)在的商業(yè)表演所謂的“全息投影”，基本上都是一種叫做“佩玻爾幻象”的光學(xué)錯(cuò)位現(xiàn)象，其原理是：將區(qū)域劃分為兩個(gè)空間，表演空間與隱藏空間，在表演空間前通常放置有沿垂直方向旋轉(zhuǎn)45°的有機(jī)玻璃或者全息膜，使其向觀眾反射隱藏空間。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是利用跟鏡子一樣的鏡面反射成像，其成像效果好，但需要借助膜（鏡面反射）來(lái)成像。

真正的全息是，可以不借助任何東西，直接在空氣中成像。根據(jù)查閱到的相關(guān)文獻(xiàn)，目前存在一種利用水制造的屏幕，在屏幕上可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)可以動(dòng)態(tài)的人型頭像的全息成像。但是這種儀器價(jià)格昂貴，完全實(shí)現(xiàn)商業(yè)化難度大，且所呈像大小有限。

偽全息投影的技術(shù)前景是很好的，拿IMAX影院來(lái)說(shuō)，IMAX電影能夠覆蓋觀眾的大部分可視區(qū)域，盡管具備了震撼的視覺(jué)體驗(yàn)，但是仍有不真實(shí)的感覺(jué)。在偽全息投影技術(shù)上，從全視角的覆蓋、更真實(shí)的音效和更逼真的氛圍等方面進(jìn)行突破，讓觀眾有更加真實(shí)的體驗(yàn)。

2 基于四棱錐模型的偽全息投影模型的制作

我們采用的金字塔形四棱錐全息膜框架，四個(gè)面是貼(鍍)膜(全息膜)的半透明玻璃(或者其他滿足條件的材料),其形狀為正三角形或者等腰三角形,與底面成45度角。作用是分別對(duì)應(yīng)映射分屏視頻源的四個(gè)不同畫(huà)面。采用亞克力板與透明全息背投膜制作。用三維分屏輸出的視頻源，通過(guò)專業(yè)軟件將3D動(dòng)畫(huà)分解成四個(gè)側(cè)面不同的畫(huà)面,然后進(jìn)行幀同步合成輸出到一個(gè)視頻中。四幀畫(huà)面成十字形排列同步顯示三維模型的四個(gè)側(cè)面畫(huà)面。最后，采用的是MMDAgent引擎.通過(guò)該軟件可以將三維模型四個(gè)角度視頻導(dǎo)出然后合成拼接即可完成視頻制作。制作全息投影對(duì)vmd文件有幾個(gè)要求，第一個(gè)最好是黑色背景，第二個(gè)去除vmd文件里面自帶的鏡頭旋轉(zhuǎn)變換什么的。場(chǎng)景什么的最好也去掉，只保留人物。處理好后首先需要導(dǎo)出同一套舞蹈動(dòng)作的前后左右四個(gè)方向的視頻，也就是說(shuō)先設(shè)置前面導(dǎo)出視頻，然后分別后側(cè)，左側(cè)后側(cè)導(dǎo)出。這樣子我們就得到了前后左右四個(gè)視頻文件，接下來(lái)就可以利用視頻處理軟件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)拼接處理，已達(dá)成所需效果。

3 基于對(duì)模型材料的比選進(jìn)行優(yōu)化

我們通過(guò)視頻源的比選，全息膜的選用，平臺(tái)角度的變化來(lái)對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化。首先是對(duì)于視頻源的比選，我們需要注意的是串?dāng)_度、亮度、視覺(jué)變形、眼鏡重量、視野、對(duì)比度、飽和度和清晰度等方面考慮。通過(guò)實(shí)驗(yàn)比對(duì)我們發(fā)現(xiàn)用了串?dāng)_度中等，亮度極高，視覺(jué)變形小，對(duì)比度高，清晰度不夠高的視頻可以達(dá)到最佳效果。

對(duì)于全息膜的選用，我們采用的是透明背投與鏡面膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在夜間的成像效果與白天基本無(wú)差，且影響成像的是膜的粗糙程度與透光率。

對(duì)于全息角度變化，主要是360度和270度的較為普遍。360度：該系統(tǒng)是基于“實(shí)物模型”和“立體幻影”的光學(xué)成像結(jié)合，利用多機(jī)多方位攝像技術(shù)及人眼視覺(jué)心理特性，獲得“立體幻影”與實(shí)物模型結(jié)合及相互作用的逼真的視覺(jué)效果。270度：即四棱錐模型。 全息-逼真的虛擬立體成像特性使它在展示各種商品、文物時(shí)有著非常卓越的表現(xiàn)，同時(shí)也能降低風(fēng)險(xiǎn)和成本。 在商業(yè)、旅游、展覽、廣告等領(lǐng)域使用非常廣泛。角度不同對(duì)成像的效果基本沒(méi)有太大的影響，只有對(duì)觀看舒適度的影響。其中最佳的角度為45度與180全息膜。

4 基于偽全息投影模型的成像效果和優(yōu)化的創(chuàng)新

（1）我們?cè)谒睦忮F模型上創(chuàng)新的將模型亞克力板上重新覆蓋一層透明的背投膜，使其成像效果更加清晰。

（2）我們?cè)?5度全息投影上增加了暗盒和不透光背板，增加了圖像的逼真度。同時(shí)對(duì)反射板增加了背投膜，就能在不加背投板的情況下使圖像依然清晰。

（3）使用投影儀和背投膜，增加蒸汽霧幕，使畫(huà)質(zhì)清晰度100%，調(diào)整光源亮度，矯正視覺(jué)變形

在研究過(guò)程中，對(duì)現(xiàn)在偽全息投影在商業(yè)上的應(yīng)用做了仔細(xì)分析，并根據(jù)我們所做的的項(xiàng)目，在基于嵌入式平臺(tái)的基礎(chǔ)上，對(duì)偽全息3D投影技術(shù)的動(dòng)態(tài)展示系統(tǒng)進(jìn)行分析，對(duì)所制作的模型成像效果進(jìn)行反復(fù)對(duì)比進(jìn)一步得出結(jié)論。雖然全息的前景很好，但是普遍推廣依然困難重重，所以更好將偽全息優(yōu)化在近些年將會(huì)是一種另辟蹊徑，也有研究?jī)r(jià)值。本項(xiàng)目在基于嵌入式平上對(duì)偽全息3D投影進(jìn)行研究，可降低以后商業(yè)演出的成本，并實(shí)現(xiàn)廣泛的推廣。

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