韓若冰 江松 郝以鳳 張尚書 劉杰 劉琳琳

概述

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，引導(dǎo)系統(tǒng)也在不斷地進(jìn)行更新?lián)Q代。當(dāng)人們進(jìn)入到一個(gè)陌生的地點(diǎn)時(shí)，快速高效地了解周圍環(huán)境并找到自己的目的地一直都是亟待解決的問題。近年來，引導(dǎo)系統(tǒng)從人工向?qū)У阶詣?dòng)化向?qū)У姆较虿粩喟l(fā)展，而自動(dòng)化向?qū)б矎碾娮拥貓D向智能機(jī)器人等形式不斷演進(jìn)，提高了人們的辦事效率。但是這些系統(tǒng)也存在不足之處，例如對(duì)于商場(chǎng)、展會(huì)等面積較大且布局復(fù)雜的場(chǎng)地來說，僅僅在入口處擺放場(chǎng)館地圖來指引路線是不夠的，而且實(shí)際路線與地圖的標(biāo)識(shí)也有所區(qū)別，所以人們對(duì)準(zhǔn)確率高、簡(jiǎn)單易用且直觀性強(qiáng)的引導(dǎo)系統(tǒng)有著迫切的需求。

使用全息投影技術(shù)搭建一個(gè)集歡迎訪客、樓層指引、辦公引導(dǎo)和推送信息等功能為一體的新型交互性引導(dǎo)系統(tǒng)，成為一種新的發(fā)展趨勢(shì)。這樣的系統(tǒng)通過人體紅外線感受器感應(yīng)用戶的靠近并喚醒各功能模塊，進(jìn)而識(shí)別和分析用戶的操作，利用投影光源產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象以及全息膜的光處理特性，將對(duì)應(yīng)的視頻形式的反饋結(jié)果，以背投的成像方式，經(jīng)投影儀播放展示在平面玻璃表面的全息膜上。這種全新的技術(shù)將在一定程度上增強(qiáng)多媒體的表達(dá)效果，優(yōu)化用戶使用體驗(yàn)，減少用戶不必要的操作且能用最直觀的方式顯示出反饋信息。

根據(jù)全息投影技術(shù)，可以為教學(xué)場(chǎng)所設(shè)計(jì)一種交互式“立知”專屬向?qū)到y(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)學(xué)校教學(xué)樓場(chǎng)景的引導(dǎo)，包括樓層介紹、辦公引導(dǎo)、信息查詢和新聞推送等功能，師生可通過交互手段（語(yǔ)音控制或Leap Motion手勢(shì)等）查詢各樓層的具體結(jié)構(gòu)及相關(guān)信息，以便對(duì)大樓的分工分區(qū)有一個(gè)直觀且清晰的認(rèn)識(shí)。同時(shí)在這樣的系統(tǒng)中還能顯示辦公室辦公職能及其常駐教師的信息，師生可根據(jù)自己的需要直接查詢各辦公地點(diǎn)獲取指引，也可以得知辦公人員是否在崗，從而根據(jù)情況進(jìn)行或調(diào)整自己的計(jì)劃。此外，該系統(tǒng)還具備學(xué)院介紹、教師個(gè)人介紹、天氣信息和教室信息查詢等功能，師生可通過語(yǔ)音互動(dòng)來調(diào)用所需要的信息，而且通過實(shí)時(shí)監(jiān)控程序，還可以提供空教室的信息以及教室狀態(tài)查詢的功能，這樣人性化的功能系統(tǒng)將大大提高師生的辦公效率。最后，在無人使用引導(dǎo)系統(tǒng)的空閑時(shí)間，該系統(tǒng)可以自動(dòng)推送本學(xué)院近期動(dòng)態(tài)以及學(xué)校近期動(dòng)態(tài)信息，幫助校園資訊的宣傳和推廣，也進(jìn)一步提高了整個(gè)系統(tǒng)的利用效率。

全息投影技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

目前為止，全息投影技術(shù)的科技水平還不是很高，在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用不太普及，其應(yīng)用領(lǐng)域也比較有限，大多數(shù)是商業(yè)方面的應(yīng)用，如全息餐廳、全息舞臺(tái)、全息展柜、全息互動(dòng)等。通俗來講，全息虛擬投影技術(shù)就是在人們的視線中營(yíng)造出一個(gè)三維圖像，這種三維圖像與人們觀看3D電影時(shí)所佩戴的3D視覺有著本質(zhì)的區(qū)別，因?yàn)樵谟^看3D電影的時(shí)候往往需要佩戴紅藍(lán)光眼鏡，而紅藍(lán)光眼鏡的最主要功能就是過濾屏幕中的一些光線，從而營(yíng)造出三維圖像。

全息投影技術(shù)一般是利用相干性較好的激光完成的，它利用相干光干涉，記錄光波的振幅信息和相位信息，因此可以得到物體包括形狀、大小等在內(nèi)的全部信息，而且不同于普通的照相技術(shù)，全息投影技術(shù)可以記錄并再現(xiàn)物體的三維信息。全息投影的制作可分為兩步：第一步是制作全息視頻，比如在采用圖1所示的錐形體來播放全息視頻時(shí)，則需將視頻中包含的物體的前后左右4個(gè)面的畫面合并在一個(gè)視頻里;第二步是通過一定的介質(zhì)來使得光線發(fā)生反射和折射，進(jìn)而形成一個(gè)三維立體圖像。

對(duì)于全息投影技術(shù)來說面臨的最大問題就是介質(zhì)。若是沒有介質(zhì)，光就不會(huì)發(fā)生折射，這也就意味著類似科幻片中的效果不可能實(shí)現(xiàn)。針對(duì)上述問題，世界各國(guó)對(duì)于如何實(shí)現(xiàn)全息投影進(jìn)行了大量的研究，目前除常規(guī)的利用全息投影膜成像的方式之外，更加先進(jìn)的全息投影技術(shù)共有3種。

①空氣投影和交互技術(shù)：美國(guó)麻省理工學(xué)院的研究生達(dá)因發(fā)明了一種空氣投影和交互技術(shù)，這是顯示技術(shù)上的一個(gè)里程碑，它可以在氣流形成的墻上投影出具有交互功能的圖像。此技術(shù)來源于海市蜃樓的原理，將圖像投射在水蒸氣上，由于分子震動(dòng)不均衡，可以形成層次和立體感很強(qiáng)的圖像。

②激光束投射實(shí)體的3D影像：這項(xiàng)技術(shù)是由一家日本公司發(fā)明的，它主要是利用氮?dú)夂脱鯕庠诳諝庵猩㈤_時(shí)，混合成的氣體變成灼熱的漿狀物質(zhì)，并在空氣中形成一個(gè)短暫的3D圖像。這種方法主要是不斷在空氣中進(jìn)行小型爆破來? ? 實(shí)現(xiàn)。

③360°全息顯示屏：南加利福尼亞大學(xué)創(chuàng)新科技研究院成功研制出了一種360°全息顯示屏，這種技術(shù)是利用一種高速旋轉(zhuǎn)的鏡子作為媒介，將圖像投影在這面鏡子上從而實(shí)現(xiàn)三維圖像的形成。

總體來說，這些更加先進(jìn)的全息投影技術(shù)依然沒有擺脫對(duì)介質(zhì)的依賴。目前最通用的投影方式仍然是使用全息投影膜作為媒介，但這種方式的最大弊端就是成本高昂。綜上所述，全息投影技術(shù)還有待進(jìn)一步開發(fā)與研究。

交互式引導(dǎo)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

如今的交互式引導(dǎo)系統(tǒng)以感知交互為發(fā)展重點(diǎn)，感知交互強(qiáng)調(diào)與近眼顯示、渲染處理與網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)鹊募夹g(shù)協(xié)同，通過提高視覺、觸覺、聽覺等多感官通道的一致性體驗(yàn)，以及環(huán)境理解的準(zhǔn)確程度，實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)“感知”能力的持續(xù)進(jìn)化。在感知領(lǐng)域中，由內(nèi)向外追蹤定位、手勢(shì)交互有望在5年內(nèi)成為虛擬現(xiàn)實(shí)主流技術(shù)。其中，追蹤定位作為感知交互領(lǐng)域的基礎(chǔ)能力，業(yè)界投入最大，且日趨成熟。手勢(shì)交互在2016年處于期望高峰，而基于手柄的非裸手交互控制依然是目前的主流方向。

針對(duì)手勢(shì)交互的研究主要分為兩種，分別是基于視覺的非接觸式手勢(shì)交互和基于數(shù)據(jù)手套等設(shè)備的接觸式手勢(shì)交互。基于視覺的非接觸式手勢(shì)交互會(huì)因?yàn)槲矬w之間的遮擋而出現(xiàn)無法識(shí)別的問題，并且對(duì)于使用者周圍的環(huán)境因素要求較高;基于數(shù)據(jù)手套等設(shè)備的接觸式手勢(shì)交互在使用時(shí)必須佩戴交互設(shè)備并連接到計(jì)算機(jī)，這就對(duì)人身體的自由活動(dòng)產(chǎn)生了一定程度的限制。

近年來，有人用Kinect體感控制器識(shí)別手勢(shì)，但是Kinect識(shí)別的是身體的整體動(dòng)作，在手勢(shì)識(shí)別方面提供不了足夠的細(xì)節(jié)信息。Leap Motion是一種專用于追蹤手勢(shì)的交互設(shè)備。它通過內(nèi)部的多個(gè)紅外相機(jī)實(shí)現(xiàn)亞毫米級(jí)的手勢(shì)追蹤，返回追蹤到手的模型供開發(fā)者使用。但是通過Leap Motion返回的手勢(shì)模型并不穩(wěn)定，與現(xiàn)實(shí)中的手相比，存在抖動(dòng)現(xiàn)象。