隐形斗篷真的存在吗？

2009-04-13刘建

发明与创新·中学生 2009年3期

关键词：头戴式斗篷投影仪

刘　建

如果你是哈里·波特迷，那么你肯定对隐身斗篷非常熟悉。在霍格沃茨学院的第一年，父亲传给哈里一件隐身斗篷。正如它的名字一样，只要哈里钻到这块亮闪闪的银布下面，马上就可以隐身。

在小说世界，这似乎是完全可信的，但在现实世界里，有没有可能制造出一件这样的衣服呢?东京大学科学家开发的光学伪装技术就让隐身斗篷成为了现实。

光学伪装技术

光学伪装的工作原理：

光学伪装是利用了一种称为“增强现实”的技术。最早对这项技术进行研究的是20世纪60年代任教于哈佛大学和犹他大学的伊凡·苏泽兰及其学生。

什么是增强现实技术呢?

就是将电脑生成的信息添加到用户的感官知觉中。比如说，假设你走在某个城市的街上，你看着街道两边的各种场所，额外信息浮现在眼前，可以丰富、增强正常视野。额外信息可能是某个餐厅当日的精选菜式，或剧场的演出时间表，甚至是车站的公车时间表。区分增强现实和虚拟现实的不同非常重要。虚拟现实的目的是取代真实世界，而增强现实是将有用的额外内容作为现实世界的补充。

多数增强现实系统需要用户透过特殊的观察设备进行观察，从而看到带有合成图像的、增强的真实世界场景；另外还需要功能强大的电脑。光学伪装除了以上条件外，还需要一些其他部件。以下是让一个人隐身所需要的所有设备：1、一件由高反射性材料制成的外套；2、一台摄影机；3、一台电脑；4、一台投影仪；5、特殊的半涂银面镜，称为合成仪。

下面仔细研究一下各个部件。

斗篷：具有光学伪装功能的斗篷由一种称为回复反射材料的特殊材料制成。回复反射材料表面由成千上万个细小的珠子构成。光线碰到珠子后，将逆着入射方向反射出去。回复反射材料很常见，交通灯、路标、自行车反光灯以及电影院银幕等，都利用了回复反射的原

摄影机和电脑：回复反射外套实际上并不能让人隐身，而且，它本身也是完全不透明的。它的实际作用类似于电影银幕，将背景图像投射到前面，造成隐身的幻像。捕捉背景图像需要使用摄影机，该摄影机放在穿斗篷的人背后。摄影机的图像必须是数码格式，以便传输到电脑中进行处理。为了实现光学伪装，计算机的硬件和软件首先获取摄影机捕捉的图像，计算模拟现实图像需要的透视图，并将捕捉图像转化为投射到回复反射材料上的图像。

投影仪和合成仪：电脑处理后的图像需要投射到外套上。投影仪通过由可变光圈控制的阑孔投射光线来完成这一任务，可变光圈由不透明的薄片构成，转动光圈可以改变中心阑孔的直径。合成仪实际上是一种特殊的镜子，它既能反射投射到斗篷上的图像，又能让斗篷上弹回的光线返回到用户的眼睛。将合成仪放在用户眼睛前面的适当位置，用户通过合成仪既可以看到电脑增强后的图像，又能接收周围环境中的光线。这点非常关键，因为电脑生成的图像必须和真实世界的场景完美结合，才能造成隐形的幻像，令人感觉更加真实。用户必须通过镜子中的窥孔才能看到增强现实世界。

隐身斗篷的完整系统

隐身斗篷究竟是如何让一个人变成透明的呢?

一个人穿上由回复反射材料制成的斗篷之后，整个隐身的过程如下：

1、使用数码摄像机捕捉穿斗篷的人背后的场景；

2、电脑处理捕捉到的图像后进行必要的计算，调整静态图像或视频，让它在投射后显得真实；

3、投影仪接收电脑传送的增强图像，通过针孔大小的阑孔，将图像投射到合成仪上；

4、镜面涂银部分能够完全反射光线，将投射的图像传送到穿斗篷的人身上；

5、斗篷的作用与电影银幕类似，将光线直接返回光源处，也就是镜面处；

6、从斗篷上反射回来的光线通过镜面透明部分，进人用户的眼睛。注意，斗篷上反射回来的光线包含了穿斗篷的人背后场景的图像。

由于背景场景在回复反射材料上显示出来，穿斗篷的人看起来好像就隐身了。同时，周围环境中的其他光线也进入用户眼睛，看起来好像一个完全正常的世界中存在隐身人。

头戴式显示器

当然，让观察者一直站在固定的合成仪后面是不实际的。如果用户必须站在一个固定的位置，任何增强现实系统都没有多少实际用处了。因此，多数的现实增强系统需要用户在后背或髋部携带一台电脑。这也是多数系统利用头戴式显示器的原因，头戴式显示器将合成仪和光学系统结合在一起，做成了便于佩带的设备。