基于嵌入式平臺的偽全息3D動態展示系統的研究

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物體真實的三維圖像的記錄和再現的技術。現在的商業表演所謂的“全息投影”，基本上都是一種叫做“佩玻爾幻象”的光學錯位現象，其原理是：將區域劃分為兩個空間，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45°的有機玻璃或者全息膜，使其向觀眾反射隱藏空間。簡單來說，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。根據查閱到的相關文獻，目前存在一種利用水制造的屏幕，在屏幕上可以實現一個可以動態的人型頭像的全息成像。但是這種儀器價格昂貴，完全實現商業化難度大，且所呈像大小有限。

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

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。作用是分別對應映射分屏視頻源的四個不同畫面。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，通過專業軟件將3D動畫分解成四個側面不同的畫面,然后進行幀同步合成輸出到一個視頻中。四幀畫面成十字形排列同步顯示三維模型的四個側面畫面。最后，采用的是MMDAgent引擎.通過該軟件可以將三維模型四個角度視頻導出然后合成拼接即可完成視頻制作。制作全息投影對vmd文件有幾個要求，第一個最好是黑色背景，第二個去除vmd文件里面自帶的鏡頭旋轉變換什么的。場景什么的最好也去掉，只保留人物。處理好后首先需要導出同一套舞蹈動作的前后左右四個方向的視頻，也就是說先設置前面導出視頻，然后分別后側，左側后側導出。這樣子我們就得到了前后左右四個視頻文件，接下來就可以利用視頻處理軟件進行旋轉拼接處理，已達成所需效果。

3 基于對模型材料的比選進行優化

我們通過視頻源的比選，全息膜的選用，平臺角度的變化來對模型進行優化。首先是對于視頻源的比選，我們需要注意的是串擾度、亮度、視覺變形、眼鏡重量、視野、對比度、飽和度和清晰度等方面考慮。通過實驗比對我們發現用了串擾度中等，亮度極高，視覺變形小，對比度高，清晰度不夠高的視頻可以達到最佳效果。

對于全息膜的選用，我們采用的是透明背投與鏡面膜。實驗結果顯示，在夜間的成像效果與白天基本無差，且影響成像的是膜的粗糙程度與透光率。

對于全息角度變化，主要是360度和270度的較為普遍。360度：該系統是基于“實物模型”和“立體幻影”的光學成像結合，利用多機多方位攝像技術及人眼視覺心理特性，獲得“立體幻影”與實物模型結合及相互作用的逼真的視覺效果。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、文物時有著非常卓越的表現，同時也能降低風險和成本。 在商業、旅游、展覽、廣告等領域使用非常廣泛。角度不同對成像的效果基本沒有太大的影響，只有對觀看舒適度的影響。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化的創新

（1）我們在四棱錐模型上創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）我們在45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。同時對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，使畫質清晰度100%，調整光源亮度，矯正視覺變形

在研究過程中，對現在偽全息投影在商業上的應用做了仔細分析，并根據我們所做的的項目，在基于嵌入式平臺的基礎上，對偽全息3D投影技術的動態展示系統進行分析，對所制作的模型成像效果進行反復對比進一步得出結論。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化在近些年將會是一種另辟蹊徑，也有研究價值。本項目在基于嵌入式平上對偽全息3D投影進行研究，可降低以后商業演出的成本，并實現廣泛的推廣。

參考文獻

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