全息投影技術(shù)在煙花上的應(yīng)用創(chuàng)意研究

張 鵬

（上海工程技術(shù)大學(xué)，上海 201620）

煙花文化是世界精神文化的代表，也是世代中國(guó)人的智慧結(jié)晶，煙花爆竹更是國(guó)務(wù)院確定的中國(guó)優(yōu)秀傳統(tǒng)文化產(chǎn)品。但是近幾年由煙花爆竹引起的安全事故頻頻發(fā)生，并且煙花的燃放對(duì)城市環(huán)境和人體健康都有極大影響，我國(guó)對(duì)環(huán)境的保護(hù)力度日漸加強(qiáng)。為保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全，減少環(huán)境污染，創(chuàng)建良好居住環(huán)境，各地政府陸續(xù)出臺(tái)“煙花爆竹禁放政策”?！敖帕睢背雠_(tái)之后，環(huán)境確實(shí)得到了重大改善，但是曾經(jīng)的煙花文化卻大大受挫。

當(dāng)前面臨環(huán)境保護(hù)與人文習(xí)俗的沖突，環(huán)境保護(hù)是為了老百姓生活得更舒適安全，人文習(xí)俗的開(kāi)展則充實(shí)了老百姓的精神文化，為解決這個(gè)矛盾目前有學(xué)者研究了“電子煙花”，但它們?cè)泶蠖家訪ED 或發(fā)光二極管來(lái)呈現(xiàn)煙花的光彩[1]，而本文則提出全息投影的新型煙花創(chuàng)意。

1 全息投影技術(shù)的發(fā)展及原理

“光波的記錄與再現(xiàn)”由英國(guó)籍匈牙利科學(xué)家丹尼斯?斯蓋伯（Dennis.Gabor）提出，從而誕生了光學(xué)全息及光學(xué)信息處理這一對(duì)人類(lèi)文明有重大貢獻(xiàn)的光學(xué)新科學(xué)，并因此獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。之后，越來(lái)越多的科學(xué)家熱衷研究全息顯示，到20 世紀(jì)90 年代全息圖的記錄與再現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，2001 年德國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室首創(chuàng)研發(fā)了全息膜技術(shù)使三維圖像再現(xiàn)成為可能，2003 年首次成功應(yīng)用于全息投影技術(shù)中，而后全息顯示領(lǐng)域得到高速發(fā)展，并逐步應(yīng)用于視覺(jué)藝術(shù)領(lǐng)域中[2]。

全息投影技術(shù)是利用光的干涉和衍射原理[3]，將記錄樣本的信息以干涉條紋的形式記錄下來(lái)，并通過(guò)再現(xiàn)光照射記錄介質(zhì)還原記錄樣本的一種技術(shù)。該技術(shù)是全息攝影技術(shù)的逆向展示，本質(zhì)上是通過(guò)在空氣或者特殊的立體鏡片上形成立體的影像，創(chuàng)造了一個(gè)真實(shí)和虛幻相結(jié)合獨(dú)特的效果，具有強(qiáng)烈的縱深感，且似有似無(wú)，真假難辨，讓觀看者有一種身臨其境的感覺(jué)，好像真實(shí)的東西就發(fā)生在眼前一樣。

目前全息投影技術(shù)分為三種：（1）在美國(guó)一位叫Chad Dyne 的29 歲理工研究生發(fā)明了一種空氣投影和交互技術(shù)，這是顯示技術(shù)上的一個(gè)里程碑，它可以在氣流形成的墻上投影出具有交互功能的圖像。此技術(shù)來(lái)源海市蜃樓的原理，將圖像投射在水蒸氣上，由于分子震動(dòng)不均衡，可以形成層次和立體感很強(qiáng)的圖像。（2）日本公司Science and Technology 發(fā)明了一種可以用激光束來(lái)投射實(shí)體的3D 影像，這種技術(shù)是利用氮?dú)夂脱鯕庠诳諝庵猩㈤_(kāi)時(shí)，混合成的氣體變成灼熱的漿狀物質(zhì)，并在空氣中形成一個(gè)短暫的3D 圖像。這種方法主要是不斷在空氣中進(jìn)行小型爆破來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（3）南加利福尼亞大學(xué)創(chuàng)新科技研究院的研究人員宣布他們成功研制一種360 度全息顯示屏。

2 全息投影的廣泛應(yīng)用

當(dāng)前全息投影技術(shù)的應(yīng)用在攝影上是最普遍的，與普通攝影技術(shù)相比，全息照片記錄了物體光波的全部信息，所以再現(xiàn)的物像是與原物像一模一樣的立體像，而且優(yōu)于普通立體像的效果。

在建筑行業(yè)中，它在沙盤(pán)上投影呈現(xiàn)樓房模型或是室內(nèi)裝潢設(shè)計(jì)模型，不需要像傳統(tǒng)模型那樣費(fèi)時(shí)費(fèi)力地組裝，它簡(jiǎn)單清晰全面地向觀看者提供了房屋構(gòu)造[4]。

在舞美應(yīng)用中，不僅可以產(chǎn)生立體的空中幻像，還可以使幻像與表演者產(chǎn)生互動(dòng)，一起完成表演，產(chǎn)生令人震憾的演出效果[5]。2013 年周杰倫在演唱會(huì)上與鄧麗君實(shí)現(xiàn)跨時(shí)空同臺(tái)演唱，以及人們熟知的日本虛擬歌手“初音未來(lái)”、亮相央視春晚的虛擬歌手“洛天依”都是依靠全息投影技術(shù)。

3 全息投影煙花的創(chuàng)意設(shè)計(jì)

煙花的樂(lè)趣主要有兩點(diǎn)——在夜空中綻放時(shí)的鮮艷亮麗、各式的美麗圖案、爆炸聲響的“除年”習(xí)俗和聲音帶來(lái)的熱鬧歡樂(lè)。一個(gè)是視覺(jué)享受的舒適，一個(gè)是聽(tīng)覺(jué)震撼的體驗(yàn)。我們只要解決了這兩方面的安全進(jìn)行，那么煙花文化是不是可以繼續(xù)盛行了呢？視覺(jué)，或許全息投影可以解決這個(gè)問(wèn)題，而聽(tīng)覺(jué)來(lái)源則可由音響輸出。

利用上文所述“海市蜃樓”原理即空氣投影交互技術(shù)。海市蜃樓的形成是由于全反射原理，全反射的形成條件是光線以一定角度從光密介質(zhì)進(jìn)入到光疏介質(zhì)中，而因?yàn)槔淇諝獾拿芏却笥跓峥諝?，所以冷空氣和熱空氣可形成一?duì)光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)。然后我做了一個(gè)大膽的創(chuàng)意設(shè)計(jì)，底部是一個(gè)與傳統(tǒng)煙花相似的“盒子”為該項(xiàng)目裝置的主體，其內(nèi)部主要有三塊構(gòu)成，全息投影儀器、“水彈”裝置、音響裝置，然后通過(guò)串聯(lián)使之形成整體聯(lián)動(dòng)。其中“水彈”裝置頗為復(fù)雜，它的功能有壓縮空氣、加熱、發(fā)射、噴灑，其大小與爆竹相近，其表面還有一個(gè)引爆裝置，內(nèi)部是壓縮的空氣。以下分別為兩個(gè)創(chuàng)意模型。

1.模型一發(fā)射升空型：“水彈”裝置為發(fā)射型，其發(fā)射原理為氣槍的發(fā)射原理（即使用壓縮空氣為動(dòng)力，使用“空氣壓縮機(jī)”給儲(chǔ)氣倉(cāng)充氣，用一段高壓氣管通過(guò)氣壓表和氣瓶連接達(dá)到一定氣壓值時(shí)“水彈”將被射出），使用前加入一定數(shù)量“水彈”。開(kāi)啟開(kāi)關(guān)后首先會(huì)在“水彈”裝置中對(duì)“水彈”進(jìn)行熱處理，然后發(fā)射，最后在最高點(diǎn)爆炸形成投影所需的水蒸氣。

此時(shí)需要“水彈”、投影儀器和音響三者聯(lián)動(dòng)，在水彈升空的同時(shí)會(huì)伴隨著音響配合仿煙花升空的音效，至水蒸氣形成投影煙花產(chǎn)生，隨即音響配合發(fā)出煙花爆炸聲，流程見(jiàn)圖1。

圖1 模式一運(yùn)行過(guò)程

優(yōu)點(diǎn)：煙花燃放的真實(shí)性高、觀看者體驗(yàn)感強(qiáng)（每升空一次“水彈”會(huì)形成一次煙花）。

缺點(diǎn)：水彈制作難度高、成本高（水彈為一次性、水彈上還得裝配爆炸裝置、并且“水彈”制作麻煩難以自行生產(chǎn)，只能交由工廠制作，需要購(gòu)買(mǎi)）。

2.模型二噴灑型：“水彈”裝置為非發(fā)射裝置，而是一個(gè)噴灑型裝置，也是使用壓縮空氣為動(dòng)力，使用“空氣壓縮機(jī)”給儲(chǔ)氣倉(cāng)充氣，用一段高壓氣管通過(guò)氣壓表和氣瓶連接達(dá)到一定氣壓值，然后內(nèi)部進(jìn)行熱處理，最后噴出熱空氣形成投影所需水蒸氣。

底部持續(xù)噴灑形成水蒸氣，此時(shí)只需要投影儀器與音響的聯(lián)動(dòng)，達(dá)到煙花爆炸的視覺(jué)與聽(tīng)覺(jué)效果，直至“水彈”裝置無(wú)法噴出熱空氣整個(gè)裝置就自動(dòng)停止，流程見(jiàn)圖2。

圖2 模式二運(yùn)行過(guò)程

優(yōu)點(diǎn)：“水彈”制作簡(jiǎn)單、成本低（投影所需“水彈”只需要加入空氣，可以自行直接裝配，自給自足）。

缺點(diǎn)：煙花真實(shí)性低于模型一。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)全息投影技術(shù)的原理、發(fā)展及目前的應(yīng)用情況做了簡(jiǎn)要說(shuō)明，并以全息投影技術(shù)為基礎(chǔ)提出新型煙花的創(chuàng)意設(shè)計(jì)。目前全息技術(shù)正在茁壯成長(zhǎng)中，然而中國(guó)對(duì)此方面的研究還落后于他國(guó)，但我們不會(huì)氣餒，相信只要牢牢地抓住機(jī)遇，我們中國(guó)以其驚人的進(jìn)步速度和科研精神必會(huì)推進(jìn)其發(fā)展。當(dāng)下3D 技術(shù)正在被科技界追捧，全息技術(shù)正被嘗試應(yīng)用在各行各業(yè)，全息投影技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)大好，未來(lái)的發(fā)展前景不可估量。