簡(jiǎn)易三維立體投影裝置制作

房若宇

（浙江大學(xué)，浙江 杭州 310027）

簡(jiǎn)易三維立體投影裝置制作

房若宇

（浙江大學(xué)，浙江 杭州 310027）

本文報(bào)道了一種便攜式簡(jiǎn)易三維立體投影裝置:用四個(gè)透明反射板拼接成空心梯臺(tái)，視線能從任何一面穿透，通過投影口放置的視頻播放設(shè)備產(chǎn)生圖像，圖像經(jīng)表面鏡射和反射，從而在空心梯臺(tái)的空間內(nèi)形成可見的三維影像。該裝置制作簡(jiǎn)單，便于攜帶，很好地實(shí)現(xiàn)了手機(jī)等便攜式電子設(shè)備所播放圖像或視頻的三維立體投影顯示。

三維影像；反射；投影

三維立體投影技術(shù)，可以把圖像以三維的形式投影在空氣之中，使得觀眾在不需要佩戴3D眼鏡的情況下就可以觀看到立體的圖像［1-3］。其中全息投影技術(shù)利用干涉和衍射原理記錄并再現(xiàn)物體的三維圖像［4-10］，首先利用干涉原理記錄物體光波信息（拍攝過程），得到全息照片，繼而利用衍射原理再現(xiàn)物體光波信息（成象過程），得到具有立體感的圖像［11-14］。但是該方法技術(shù)要求較高，并且在動(dòng)態(tài)圖像的三維立體投影方面受到限制。商用的空氣霧幕投影成像系統(tǒng)由投影機(jī)和產(chǎn)生水蒸氣霧墻的空氣屏幕組成，由空氣中存在的微粒將光影圖像呈現(xiàn)為虛幻立體的影像。另外采用激光束投射在空氣中可形成物體的短暫三維影像，或者是將圖像投影在高速旋轉(zhuǎn)的鏡子上從而實(shí)現(xiàn)三維圖像；另外一種方法是由投影設(shè)備將不同角度影像投影至全息膜上以達(dá)到顯示立體影像的目的。上述技術(shù)普遍成本昂貴，操作復(fù)雜，并且不便攜帶。

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)需要為基礎(chǔ)，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)在實(shí)現(xiàn)三維立體投影方面所存在的局限性，設(shè)計(jì)和制作了一種便攜式簡(jiǎn)易三維立體投影裝置，用于手機(jī)等便攜式電子設(shè)備所顯示圖像或視頻的三維立體投影顯示，取得了良好的效果。

1 反射錐設(shè)計(jì)

三維立體投影成像原理為，由透明材料制成具有四個(gè)面的反射錐體，視線能從任何一面穿透，通過對(duì)置于其頂部電子圖像的表面鏡射和反射，從而在錐形空間形成可見的三維影像。選擇透明板材制作反射錐的四個(gè)反射面，為相同的等腰梯形形狀，然后把四個(gè)反射面粘合起來形成具有頂部開口的四面反射錐，手機(jī)或其他用于圖像或視頻演示的電子設(shè)備顯示屏向下置于反射錐頂部，即可在椎體內(nèi)以三維的形式顯示所播放的圖像，達(dá)到良好的視覺效果。為了使成像具有三維感和距離感［15］，實(shí)驗(yàn)采用了透明度較好的聚甲基丙烯酸甲酯板材。

圖1 反射錐設(shè)計(jì)圖

反射錐設(shè)計(jì)圖如圖1所示，每一個(gè)等腰梯形反射面的底角均為70.5°，所構(gòu)成四棱錐的每一個(gè)面（反射面）與水平面的夾角均為45°。反射面的兩邊和上下底具體尺寸（也即整個(gè)反射錐的大?。└鶕?jù)所使用的電子播放設(shè)備屏幕大小而定。

2 反射錐制作

選用市售聚甲基丙烯酸甲酯（亞克力）板材（規(guī)格300×300×2 mm）制作反射面，該材料板性質(zhì)穩(wěn)定，可塑性強(qiáng)，透明度高（透光率90%以上），密度低并且強(qiáng)度高，尤其是其良好的絕緣性能使得該材料適合電器設(shè)備的使用。把該亞克力板剪切成四個(gè)相同的等腰梯形形狀，其上底長(zhǎng)度為2.8 cm，下底長(zhǎng)度為7.0 cm，腰長(zhǎng)為6.1 cm。各梯形反射面邊緣平整以利于拼接和緊密貼合電子播放設(shè)備的屏幕。然后把該四片反射面以熱熔膠粘合成具有頂部開口的四面反射錐，各反射面和底面的二面角為45°，即得到目標(biāo)的便攜式簡(jiǎn)易三維立體投影裝置。制作和使用過程中保持反射面潔凈。亞克力板梯形反射面的整體大小以及反射錐頂部開口的大小依所使用的電子設(shè)備顯示屏大小而定，上述尺寸適用于蘋果手機(jī)所顯示圖像的三維立體投影顯示，圖2為所制作的反射錐產(chǎn)品的照片。

圖2 便攜式簡(jiǎn)易三維立體投影裝置的成品照片

3 三維立體投影效果

用于三維立體投影顯示的視頻文件使用一臺(tái)可以運(yùn)行MMD，3Ds MAX和Corel VideoStudio Pro的電腦制作。首先由MMD建模建立體模型，然后通過Corel VideoStudio Pro連接音頻、四個(gè)方向的視頻。制作完成的視頻文件導(dǎo)入蘋果手機(jī)，播放時(shí)，將反射四棱錐倒放在播放視頻的手機(jī)屏幕上。圖3是播放效果圖，在四棱錐腔體內(nèi)可見懸浮的三維影像，立體投影效果良好。

圖3 三維立體投影的播放效果

4 結(jié) 論

本文利用透明亞克力板制作了一種便攜式簡(jiǎn)易三維立體投影裝置，用于手機(jī)等便攜式電子設(shè)備所顯示圖像或視頻的三維立體投影，達(dá)到了對(duì)特定電子設(shè)備如手機(jī)所播放圖像和視頻的三維立體投影顯示，效果良好。該裝置和已有的相關(guān)裝置相比，制作簡(jiǎn)單，使用方便，可靈活地用于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示，起到了良好的效果。

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Fabrication of a Simple Three-dimensional Stereoscopic Projection Device

FANG Ruo-yu
（Zhejiang University，Zhejiang Hangzhou 310027）

This work presents the fabrication of a portable and simple three-dimensional stereoscopic projection device，which is assembled by four transparent trapezoidal reflecting plates to form a hollow tetrahedral cage where the optical line of sight can penetrate from all the side panels.By placing a video playback device on the upper side of the cage to play images，visible three-dimensional images are formed inside the hollow chamber of the cage due to the surface reflection.This device is easy to make and carry，achieving the well-displaying of the images or videos that played by the portable electronic devices such as mobile phones in the form of threedimensional stereoscopic projection.

three-dimensional image；reflection；projection

O435.1

A

10.14139/j.cnki.cn22-1228.2015.01.018

1007-2934（2015）01-0054-03

2014-10-15