基于佩珀爾幻象原理的三維全息展示系統的原理及應用

吳承遠，代曉冬，梁蘇來，張智成

中國民航大學理學院

基于佩珀爾幻象原理的三維全息展示系統的原理及應用

吳承遠，代曉冬，梁蘇來，張智成

中國民航大學理學院

電影《侏羅紀世界》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，這種展示技術稱為三維全息投影技術，利用空氣等氣體作為介質，將影像投射在介質上，產生立體逼真的影像。這也是當今大火的VR虛擬現實技術的終極目標，但是其技術尚未成熟，而且對設備要求高，造價成本更是高得離譜。我們設計了一種結構簡單，操作方便，且成本低的三維全息展示系統，本文將介紹其原理及應用前景。

三維全息投影；佩珀爾幻象原理；偽全息投影；應用前景；創新優勢

一.佩珀爾幻象原理及偽全息技術

首先解釋一下什么是佩珀爾幻象，在十九世紀六十年代，一位名叫亨利·德克斯的發明家在古老的意大利光幻象的基礎上進行了創新，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。由于這種視覺效果的產生極其復雜且成本高昂，需要完全重建劇院才能將特技展現出來，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院演講時提出，用一種簡單的方法在既有的劇院環境中實現德克斯的視覺效果，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，平板等視頻播放設備使光線折射45度成像在幻像成像膜的全息投影技術。要完成這一目的，需要兩大核心裝置，第一是投影源，前面已經提到了手機，投影機等等有視頻播放功能的設備都可作為輸入源，播放相應的全息視頻即可；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，調整距離，便可以在金字塔內呈現出令人震撼的三維影像。

二.偽全息技術運用前景拓展

1.教學方面偽全息投影的主要優點是結構簡單，成本較低（相比與其他三維顯示技術）。聯系到我校的實際情況，所有學生都要上《民航概論》這一必修課，有很多時候老師都是用圖片或者機模來展示，但是都有其缺點，圖片不直觀而機模無法看到飛機內部構造，有的圖片甚至模糊不清，很難讓同學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來解決，不但能夠非常直觀地顯示飛機、結構、零件等的外觀，而且還能顯示內部的三維結構。與此同時，視覺效果更好，更炫目，適用于介紹高科技產品，讓學生有種“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，規避了貴重珠寶被盜和損壞的風險。又如在房地產展示的運用，目前的樓盤展示絕大多數為沙盤展示，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，更能吸引眼球，使可客戶直觀的了解項目以及房屋結構設計，對銷售有很好的促進作用。

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晶，雖說目前還無法實現這種空氣等介質型的全息投影技術，但是偽全息投影是可以實現這樣的功能，可以通過觸屏“金字塔”全息膜實現圖片的拖拽和拉伸以及旋轉等功能，讓士兵們對目標建筑、物品有更直觀深刻的認識，對戰術設計和任務布置有很大的幫助。

4.除此之外，三維全息投影技術還有著更廣泛的應用，如博物館、圖書館、展廳、體育館、演唱會、藝術展廳等大型活動場所。總而言之，只要是需要展示物品的地方就有三維全息投影系統的用武之地。

三.總結

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品，并且對其應用前景進行了展望，這一技術掌握難度并不大，成本也比較低，它還有著更加寬廣的應用市場，因此我們要更加努力開發其用途，讓這項技術得以普及，使它創造出真正的價值。

中國民航大學大學生創新創業基金項目支持(項目號：201610059099)。