详解3d全息投影技术

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转自 百度贴吧 黄泉摆渡人

全息投影技术也称虚拟成像技术是利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像的记录和再现的技术。毫不夸张的说这项技术它包含了未来,谁最先使用这项技术,谁就最先走入未来的先进技术行列。

全息投影技术不同于平面银幕投影仅仅在二维表面通过透视、阴影等效果实现立体感,它是真正呈现3D的影像,可以从360°的任何角度观看影像的不同侧面。然而:真正的全息技术需要在激光照下才能拍摄,后期成像制作成本过高。对于电影、电视剧之类的生活娱乐的应用还为时过早!所以,目前商业应用的大多都是低成本的伪全息技术而非真正的全息。

尽管如此,近年的初音演唱会、周杰伦在演唱会上与“复活”的邓丽君对唱、G20峰会室外水上晚会、迈克尔杰克逊的复活歌唱会等大型活动都对全息投影技术进行了充分的应用,如此之多的应用案例显示出全息投影技术强劲的商业潜力。

因此,我们在此帖不做针对“真全息”与“伪全息”的论述,姑且按效果说话。把二者都归纳为“全息”

就当前来看,主要应用还是在展览展示、庆典、婚礼、新型媒体等诸多行业,其发展趋势偏向于大中型,所以外界的人对其了解不深。全息技术的展现往往需要结合着创意,而创意又是无法量产的,这也是全息项目自出现以来,成本居高不下的一个重要原因。

准全息投影:
主要表现形式:投影仪直接背投在全息投影膜上,也就是初音未来演唱会上运用的那种方式
原理:用灯光、暗场把透明幕边缘消融在视野中。用普通的二维投影上去就像是在空中成像一样。(见下图)

右图为做完边缘消融处理后的效果

全息成像主要的表现方式是透明成像,利用影像源把影像投射在透明的材质上,影像基材有纱幕、全息膜。纱幕材质有很多种,其中有棉纱、纤维较多,棉纱原材料网孔较大,纱线略粗,投影效果和纤维材质相比有明显的高低档次之分。这里简单的带过

这里主要介绍一下全息膜,全息膜在幕投体系中可以说是核心中的核心。其屏幕是将一层全息薄膜压在半透明的亚克力薄板上。这全息薄膜只对从35°背投的光线有作用。其它光线如太阳光和其它周围光线被忽略。简单的来说,就是忽略35°以外的光线,而从35°摄入的光线中,环境光的亮度远远不及投影仪的出射光,导致环境光被人眼忽略。看见的只有投射出来的像,因此会感觉看见的像孤立的漂浮在空中。
全息屏幕在35° 水平投影角度的增益为3.2。全息屏幕对它所接受的光线的方向非常挑剔。屏幕十分适用于外部光线较强的环境,比如橱窗展示。

全息展示柜:以360°展柜为例,结构上是以全息玻璃制成的四面锥体,只是由前后左右四个不同角度拍摄的二维物体的视频,并不是真正的360°成像;45°反射成像后形成具有感官上的立体影像。可以从锥体的四个面看到物体的不同侧面,外行人都以为真全息。可实际上是二维平面镜成像旋转了45°角,看起来飘浮在空中而已

 

为什么我们会感觉画面在展柜中呢?很简单,就是个简单的反射原理,在很多权威的网站上看见讲解原理时解释说是衍射。不存在的,就是反射,跟干涉、衍射没有任何关系。下面以180°展柜为例做出解释

如图,取全息玻璃上方任意一物点A所发射光线中的两条,经过反射后被人眼睛所接收。由于成的是虚像,所以我们所看到的像点A‘ 就在所接受到光线的反向延长线的交点上。因此才感觉画面在展柜中。

 

上面是以点为代表,还有疑问可以看看以图像为代表的这个图(360°)

 

空气成像(雾屏)
空气雾幕成像系统包括一台投影机和一个空气屏幕系统,空气屏幕系统可以制造出由水蒸气形成的雾墙,采用背投技术将影像投映至几乎看不见的空气墙中,观看者看到的将会是漂浮在空气中的影像或影片。也被称为空气成像、空气成像、空中立体成像、雾屏成像等。

雾屏可虚幻成像及可穿行性的独有特性,使其广泛运用于舞台剧中、媒体展览中、大型商场门口、KTV、旅游景区、公园、娱乐场所、科技馆、博物馆等,均可做为一种新的展示媒体。其工作原理是使用雾化设备产生大量人工雾,结合空气流动学原理而制造出来的能产生形成平面雾气的屏幕。利用其雾化屏幕的平面特性作为光路载体。投影机投射图象在该载体上便可以在空间中形成虚幻立体的影像,形成一种三维空间立体图象,给人一种新的立体视觉享受。人们可以从中穿过而不影响图像的展示,是能够直接感触到且可以穿越的投影成像系统。

互动投影
互动投影系统是一种新型的多媒体展示平台。采用先进的计算机视觉技术和投影显示技术来营造一种奇幻动感的交互体验。与传统的触摸屏不同,不需要其它介质,用户即可以直接使用脚或手与投影区域上的虚拟场景进行交互。
互动投影系统系统具有很高的新奇性和观赏性,可以很好的起到活跃展厅气氛,增加展览科技含量,提高展览现场人气度的目标。
互动投影系统包含一组渲染模块和一组信号采集处理模块,两系统之间通过网络交换机通讯。图像采集子系统的硬件主要包含一个红外信号感应器,其功能是捕捉观展者的动作对其进行分析与处理,并将处理结果发送给渲染服务器。渲染子系统主要包含一台投影仪,其功能是接收图像采集子系统的处理结果,生成相应的图像通过投影仪显示到圆形展台上,从而实现最自然的展示效果。所有的图像采集处理/渲染工作均在工作站上完成。
整个系统通过对用户的红外感应捕捉,获取观众在投影视窗上的精确位置,并转换为计算机内部的坐标和控制指令,对多媒体内容进行相应的操作,即可实现用户在投影视窗上进行内容的选择和交互。跟踪精度可以达到像素级别。对于投影区域由两个或两个以上的投影仪拼接而成的展项,通过软件形式解决多个投影区域间的图像拼接、融合问题。

互动投影系统的原理:
互动投影系统的运作原理首先是通过捕捉设备(感应器)对目标影像(如参与者)进行捕捉拍摄,然后由影像分析和系统分析,从而产生被捕捉物体的动作,该运作数据结合实时影像互动系统,使参与者与屏幕之间产生紧密结合的互动效果。
互动投影系统运用的技术为混合虚拟现实技术与动感捕捉技术,是虚拟现实技术的进一步的发展。虚拟现实是通过计算机产生三维影像,提供给用户一个三维的空间并与之互动的一种技术。通过混合现实,用户在操控虚拟影像的同时也能接触真实环境,从而增强了感官性。
互动投影系统的组成:
互动系统由四个部分组成第一部分:信号采集部分,根据互动需求进行捕捉拍摄,捕捉设备有红外感应器、视频摄录机、热力拍摄器等;第二部分:信号处 理部 分,该部分把实时采集的数据进行分析,所产生的数据与虚拟场景系统对接;第三部分:成像部分,利用投影机或其他显像设备把影像呈现在特定的位置,显像设备 除了投影机外,等离子显示器、液晶显示器、LED屏幕都可以作为互动影像的载体.第四部分:辅助设备,如传输线路,安装构件,音响装置等。

旋转显示
南加利福尼亚大学创新科技研究院的研究人员目前宣布他们成功研制一种360度全息显示屏,这种技术是将图像投影在一种高速旋转的镜子上从而实现三维图像,只不过好像有点危险;它的成像原理是由顶部投影仪垂直投影,底部是由一个60度斜面角的玻璃反射台(可以高速旋转,以至于多角度成像,不过此款全息投影技术还不成熟,因为他的成像方式比较耗电,危险性高,耗损率达,而且成像大小完全取决于三角镜面台的大小,所以此款全息投影技术还没有得到广泛的应用,但是他的研究成果充分体验了科研人员智慧的结晶。

另一种就是群里很多朋友有提到的17年ces展上出现的“全息投影”

 

其实这就是一个LED灯条,根据余晖效应(默认人眼感觉不到闪烁的相隔时间是0.1秒以下)用单片机编写程序。比如我们在灯条上放置了8个led灯,1代表亮灯,0代表灭灯。以LED显示数字12为例,我们先作一个表。
0 1 0 0 1 1 1 1 低四位
1 1 0 0 1 0 0 1
0 1 0 0 0 0 0 1
0 1 0 0 0 0 1 0
0 1 0 0 0 1 0 0 高四位
0 1 0 0 1 0 0 0
0 1 0 0 1 0 0 0
1 1 1 0 1 1 1 1
从下到上将每列看成是一个16进制数,我们得到8个16进制数也就是8个扫描码。
将扫描码写进程序中,编译下载后运行即可看见亮灯的部分显示数字“12”(上标中显示结果为1的部分为亮灯部分,组成数字”12″。抽象思维能力强的朋友可以直接脑补,较弱的朋友可以用线连接起来)
当遇到LED个数多或图文复杂时,用这样直接取码的工作量就会很大,这就需要专门软件,根据显示的字符和图案自动生成扫描码。刚搜索了一下某宝8.8RMB送源码、电路图、上位机改字改图软件等全套资料。算是物美价廉了,动手能力强的朋友可以自己去搜索旋转led看一看

这里附上高一学生自制旋转led的详细过程,不得不承认现在的高中生真是厉害,附原文链接和源代码链接
http://www.51hei.com/bbs/dpj-25231-1.html 原文链接
http://www.51hei.com/f/POVLED.zip 源代码下载链接

 

建筑3D投影的硬件设备及成像原理介绍
3D建筑投影技术已经在国外相当成熟,因为该技术的成本和场地要求都比较高的原因,国内还不多见
3D电影投影在电影院内的白色漫反射布幕上,现在销售商就把3D投影技术投影在楼房上,这样到了夜晚的时候,巨大的建筑楼体墙面就成了放映电影的成像介质了,如果内容是一些关于销售的,或者是楼房爆破的错觉,让人们真实的得到体验,会比如今LED大屏渲染来的效率更高,更受到广大消费人群的兴趣。

技术上需要注意的有非常重要的这几点,因为建筑的墙面与电影院内的白色幕布不一样,他是具有凹凸起伏的,但是也有优势,因为3D投影仪不移动,只在一个方向对墙体进行投影成像,所以在制作视频的时候,在三维软件内页只要固定角度,把建筑的模型制作出来后,在建筑实体比例相同的模型上制作动画,如爆破,或者动物按照墙体凹凸起伏运动之类的,等到现场投影的时候,三维软件中建筑的模型隐藏,这样视频内容与现实中的建筑融合在一起,给人一种真实的错觉感,这样3D楼房建筑投影技术就基本达到效果了。
在投影仪的亮度要求上也是非常高的,因为在室外,又是较大的场地,所以在投影仪的流明上需要有较大的要求,也不是说3D楼房建筑投影技术是完美无缺的,基本楼房室外投影的话夜晚的效果会比较好,而且如果效果好还需配上较大功效的音响音频设备,所以在现场的配合上还是需要较多次的配合,才能达到预期效果。
在设备上的应用与消耗,也是阻碍3D楼房投影技术发展的重要因素,由于在现实楼房中的成像关系必须是立体三维的,所以必须采用双投影,用帧数的偏差来产生左右眼不同的立体厚度,这样,在设备上的消耗上增加了负担,在室外大场景的黑夜中,需要大面积高强度的投射,在维修上也是一笔不少的费用。

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