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(guò)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(jiàn)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(guò)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(guò)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(guò)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(jiàn)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(lái)形成具有頂部開(kāi)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(jué)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)反射錐的大小）根據(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(kāi)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(guò)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(kāi)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(píng)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(guò)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(píng)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(jiàn)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