基于嵌入式平台的伪全息3D动态展示系统的研究

文/谭婧 杨梓珑 曾莉洁 刘逸文

1 引言

伪全息又名3D全息投影，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。现在的商业表演所谓的“全息投影”，基本上都是一种叫做“佩玻尔幻象”的光学错位现象，其原理是：将区域划分为两个空间，表演空间与隐藏空间，在表演空间前通常放置有沿垂直方向旋转45°的有机玻璃或者全息膜，使其向观众反射隐藏空间。简单来说，就是利用跟镜子一样的镜面反射成像，其成像效果好，但需要借助膜（镜面反射）来成像。

真正的全息是，可以不借助任何东西，直接在空气中成像。根据查阅到的相关文献，目前存在一种利用水制造的屏幕，在屏幕上可以实现一个可以动态的人型头像的全息成像。但是这种仪器价格昂贵，完全实现商业化难度大，且所呈像大小有限。

伪全息投影的技术前景是很好的，拿IMAX影院来说，IMAX电影能够覆盖观众的大部分可视区域，尽管具备了震撼的视觉体验，但是仍有不真实的感觉。在伪全息投影技术上，从全视角的覆盖、更真实的音效和更逼真的氛围等方面进行突破，让观众有更加真实的体验。

2 基于四棱锥模型的伪全息投影模型的制作

我们采用的金字塔形四棱锥全息膜框架，四个面是贴(镀)膜(全息膜)的半透明玻璃(或者其他满足条件的材料),其形状为正三角形或者等腰三角形,与底面成45度角。作用是分别对应映射分屏视频源的四个不同画面。采用亚克力板与透明全息背投膜制作。用三维分屏输出的视频源，通过专业软件将3D动画分解成四个侧面不同的画面,然后进行帧同步合成输出到一个视频中。四帧画面成十字形排列同步显示三维模型的四个侧面画面。最后，采用的是MMDAgent引擎.通过该软件可以将三维模型四个角度视频导出然后合成拼接即可完成视频制作。制作全息投影对vmd文件有几个要求，第一个最好是黑色背景，第二个去除vmd文件里面自带的镜头旋转变换什么的。场景什么的最好也去掉，只保留人物。处理好后首先需要导出同一套舞蹈动作的前后左右四个方向的视频，也就是说先设置前面导出视频，然后分别后侧，左侧后侧导出。这样子我们就得到了前后左右四个视频文件，接下来就可以利用视频处理软件进行旋转拼接处理，已达成所需效果。

3 基于对模型材料的比选进行优化

我们通过视频源的比选，全息膜的选用，平台角度的变化来对模型进行优化。首先是对于视频源的比选，我们需要注意的是串扰度、亮度、视觉变形、眼镜重量、视野、对比度、饱和度和清晰度等方面考虑。通过实验比对我们发现用了串扰度中等，亮度极高，视觉变形小，对比度高，清晰度不够高的视频可以达到最佳效果。

对于全息膜的选用，我们采用的是透明背投与镜面膜。实验结果显示，在夜间的成像效果与白天基本无差，且影响成像的是膜的粗糙程度与透光率。

对于全息角度变化，主要是360度和270度的较为普遍。360度：该系统是基于“实物模型”和“立体幻影”的光学成像结合，利用多机多方位摄像技术及人眼视觉心理特性，获得“立体幻影”与实物模型结合及相互作用的逼真的视觉效果。270度：即四棱锥模型。 全息-逼真的虚拟立体成像特性使它在展示各种商品、文物时有着非常卓越的表现，同时也能降低风险和成本。 在商业、旅游、展览、广告等领域使用非常广泛。角度不同对成像的效果基本没有太大的影响，只有对观看舒适度的影响。其中最佳的角度为45度与180全息膜。

4 基于伪全息投影模型的成像效果和优化的创新

（1）我们在四棱锥模型上创新的将模型亚克力板上重新覆盖一层透明的背投膜，使其成像效果更加清晰。

（2）我们在45度全息投影上增加了暗盒和不透光背板，增加了图像的逼真度。同时对反射板增加了背投膜，就能在不加背投板的情况下使图像依然清晰。

（3）使用投影仪和背投膜，增加蒸汽雾幕，使画质清晰度100%，调整光源亮度，矫正视觉变形

在研究过程中，对现在伪全息投影在商业上的应用做了仔细分析，并根据我们所做的的项目，在基于嵌入式平台的基础上，对伪全息3D投影技术的动态展示系统进行分析，对所制作的模型成像效果进行反复对比进一步得出结论。虽然全息的前景很好，但是普遍推广依然困难重重，所以更好将伪全息优化在近些年将会是一种另辟蹊径，也有研究价值。本项目在基于嵌入式平上对伪全息3D投影进行研究，可降低以后商业演出的成本，并实现广泛的推广。

参考文献

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