楊文峰 馮學偉 鄧 哲 王可瑤 常祎雯 黃新玥

(1、延安大學 數(shù)學與計算機科學學院，陜西 延安716000 2、蒲城興鎮(zhèn)初級中學，陜西 渭南714000 3、杭州鉅功環(huán)保科技有限公司，浙江 杭州310000)

1 概述

在經(jīng)濟快速發(fā)展的今天，旅游已經(jīng)成為了人們生活中必不可少的一部分，紅色旅游景區(qū)更能在游覽的同時學習歷史、了解中國革命精神。傳統(tǒng)景區(qū)講解為人工講解員對靜態(tài)展品或場景進行解說，通過引入多種全息投影技術與智能語音相結合的虛擬講解員，解決了傳統(tǒng)講解的形式單一、講解抽象等問題，通過場景的還原、再現(xiàn)，使得講解過程更加豐富，游覽體驗更加深入、真實。

2 空氣投影和交互技術

空氣投影技術的主要原理，如圖1 所示。以一層水霧為屏幕，將圖像投影到霧屏成像，看起來好似在空氣中成像，同時可以直接觸碰圖像，以實現(xiàn)全息投影的效果。

圖1 空氣投影技術原理

3 激光束投射實體的3D 影像

本技術主要利用氮氣和氧氣在空氣中散開時，氣體混合為灼熱的漿狀物質(zhì)，短時間在空氣中形成一個3D 圖像。該方法主要依靠在空氣中不斷進行小型爆破來實現(xiàn)。

為了保持圖像的穩(wěn)定持久，其圖像刷新率可達到33 次/秒。但該技術本質(zhì)上是類全息投影，是利用激光在高反光性氣體中的暫留成像，如圖2。

4 邊緣消隱技術

該技術成像載體為全息膜，全息膜是一種透明的薄膜。實現(xiàn)原理是將畫面投影到全息膜上，再利用環(huán)境布置暗場暗場來隱藏全息膜，從而實現(xiàn)圖像懸浮在空中的效果。常見的實現(xiàn)方式有以下兩種。

4.1 平面型

以一張矩形全息膜為幕，將圖像投影在上面，而后利用暗場對其邊框進行隱藏，原理如圖3 所示。

圖2 激光束投射實體的3D 影像原理

圖3 平面型全息膜原理

4.2 棱臺型

棱臺型由四個相等的等腰梯形全息膜組成，如圖4 所示。

圖4 棱臺型結構圖

將其組合成棱臺形，以光的折射呈現(xiàn)出全息投影的狀態(tài)，具體原理圖如圖5 所示。

圖5 棱臺型全息投影原理圖

5 旋轉(zhuǎn)LED 顯示技術

本技術主要依靠人眼的視覺暫留，通過LED 的高速旋轉(zhuǎn)，在人眼中暫留圖像片段，通過視覺暫留實現(xiàn)3D 效果?？赏ㄟ^增加LED 的數(shù)量來提高畫質(zhì)。單機原理圖如圖6。

圖6 旋轉(zhuǎn)LED 結構原理圖

通過多個LED 條的疊加，組成矩陣式，能夠拓寬顯示范圍，呈現(xiàn)更豐富的內(nèi)容，具體結構原理圖如圖7 所示。

圖7 旋轉(zhuǎn)LED 矩陣

6 智能語音

通過采集大量景區(qū)講解詞以及歷史知識，訓練語音交互機器人，讓機器人對景區(qū)相關知識有更加充分與準確的認識，通過與虛擬講解員形象相結合，讓虛擬講解員能夠與游客進行對話，保留傳統(tǒng)講解模式，讓游客體驗更加親切。

7 結論

激光束投射實體的3D 影像技術適合于大型氛圍的營造，激光的優(yōu)勢使得無論室內(nèi)室外均可取得好的效果，尤其在夜晚更能收獲極佳的效果。噴出的氧氣和氮氣的結合氣體類似舞臺效果，可以起到很好的氛圍烘托的作用，加上激光束的投射，對大面積顏色進行渲染，可以使游客感受沉浸式體驗。

邊緣消隱技術更適合用于室內(nèi)，并且大面積的使用在各個墻壁附近，甚至屋頂上。將平面型全息膜大面積部署，可以使得整個展廳內(nèi)全息虛擬講解員的自由度大大提高，講解員可以出現(xiàn)在每一個位置，只需要調(diào)整投影儀的投射方向即可。

旋轉(zhuǎn)LED 顯示技術適用于物理位置固定的內(nèi)容呈現(xiàn)，可用于大廳的墻壁上進行宣傳類的展示，包括圖片和影片，將LED矩陣擴大可呈現(xiàn)更好的效果。

在使用部署過程中能發(fā)現(xiàn)，LED 矩陣的框架對整體美感有很大的影響，這里可以采取邊緣消隱技術對邊框的處理辦法。選擇透明材料，改變邊框顏色，或結合激光束投射實體技術中的氧氣與氮氣的結合氣體，將邊框覆蓋，并投射出需要的氛圍顏色。