全息投影方案.docx

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全息投影方案

全息投影实现方案

一全息投影技术原理

全息投影技术（front-projectedholographicdisplay）也称虚拟成像技术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。

其第一步是利用干涉原理记录物体光波信息，此即拍摄过程：

被摄物体在激光辐照下形成漫射式的物光束；另一部分激光作为参考光束射到全息底片上，和物光束叠加产生干涉，把物体光波上各点的位相和振幅转换成在空间上变化的强度，从而利用干涉条纹间的反差和间隔将物体光波的全部信息记录下来。

记录着干涉条纹的底片经过显影、定影等处理程序后，便成为一张全息图，或称全息照片。

其第二步是利用衍射原理再现物体光波信息，这是成象过程：

全息图犹如一个复杂的光栅，在相干激光照射下，一张线性记录的正弦型全息图的衍射光波一般可给出两个象，即原始象（又称初始象）和共轭象。

再现的图像立体感强，具有真实的视觉效应。

全息图的每一部分都记录了物体上各点的光信息，故原则上它的每一部分都能再现原物的整个图像，通过多次曝光还可以在同一张底片上记录多个不同的图像，而且能互不干扰地分别显示出来。

二全息投影技术的应用

2.1全息投影技术在博物馆中的应用

全息投影技术已经在我国有了一定的发展，应用到实例的也有较多领域。

例如，世博会，产品的现场促销以及明星演唱会等。

2013年周杰伦演唱会上与虚拟邓丽君的跨时空对唱掀起了演唱会最高潮，运用的是全息投影技术。

在这样的信息时代，观众的素养和审美大幅提升，博物馆单以实体展品或文字图片展现已不能满足民众日益增长的文化生活的需要，利用全息投影技术可以生动形象的再现事件的发生过程，让本来已经过去的事或人能够活灵活现的再次出现在人们眼前，是展览陈列设计领域的一次革命，渐渐成为现代博物馆里不可缺少的演绎方式。

以下以几个实例运用介绍全息投影技术在博物馆陈列设计中的几种常见方式：

（1）运用幻影成像技术展示文物。

苏州博物馆基本陈列“宝藏虎丘”展厅运用3D幻影成像系统构建出一个半透明空间，通过对文物的三维扫描和影像制作，将动态影像悬浮于空间的中心部位，全方位展示苏博一级文物——五代秘色瓷莲花碗，观众可以从各个角度观察到悬浮在空中的文物立体影像。

这样在同一展厅中既能看到文物实体展品，又能通过动态影像进一步了解文物的组成结构、局部和细节部分，虚实结合直观而有很强的视觉冲击力，在增加展览观赏性的同时使观众对馆藏文物有了更清晰地认识，这种展示方式得到了观众的一致好评。

（2）运用幻影成像技术讲述故事。

博物馆是文化传递的地方，要把尘封多年的历史通俗易懂、老少咸宜的展示出来，让参观者可以很好地领略到其中的文化精神，那么还有什么比让其身临其境更加生动具体呢？

由TheShirleySpectra公司完成的陕西汉阳陵的《走进汉阳陵》幻影成像项目，是我国较早利用全息投影技术讲述历史故事的成功案例，当时在国内引起了轰动，还得到了来自世界很多国家朋友的好奇和赞美。

影视厅中利用全息投影技术形成四幕历史场景，演示前，首先看到汉景帝时期的古代文物和兵俑、宦官俑；演示开始，一批批精致的陶俑随着人们的视线逐一还原为当时的形象，栩栩如生地呈现在观众眼前，“复活”了的汉景帝、王皇后以及宫女、宦官、甲士等依次出现，游客看到当年天子临朝时的威武庄严，金碧辉煌的殿堂内臣子们俯首高呼万岁，王皇后怎样从一个农家女子蜕变为一个母仪天下的王后，从一个麻衣粗布的村姑成为绫罗绸缎的华丽贵妇人。

逼真的复原了历史文物和主人当年的生活场景，让那些锈迹斑斑的文物与主人一起把观众带回到那个遥远的年代，使人如痴如醉、流连忘返。

（3）观众参与互动类。

博物馆常用的多媒体互动形式有签名留言触摸感应系统，常用于展馆内领导参观后的签字留言；地面墙面投影互动，多运用于展馆内的通道或者墙体上，通过捕捉设备对参与者进行捕捉拍摄，使参与者与屏幕之间产生紧密结合的互动效果；虚拟拍照虚拟翻书互动技术，手臂挥舞就触动视频动画，播放翻书的效果或者挥动手臂触发拍照按钮，互动性与趣味性很强。

湘阴左宗棠纪念馆的多媒体情景剧《一代名将左宗棠》是目前我国全息投影技术中让观众参与互动较为成功的案例。

《一代名将左宗棠》情景剧中所出现的左宗棠书房是按1︰1的比例复原，书桌、茶几、屏风都是生活中的尺寸，幻影演员如真人一般大小。

通过影像介绍了左宗棠一生的功绩，特别是左宗棠出征新疆收复新疆的伟绩。

演示结束后，观众可以进入到幕布后与幻影演员合影，与情景剧主角“左宗棠”合影。

这样大的实物布景让人可以进入到剧中的场景，通过虚拟的影像实现了现代人和古代人的对话，这样的时空“穿越”在我国博物馆陈列设计中属首创，很有借鉴意义。

2.2在博物馆中运用全息投影技术的优点

（1）不受场地等因素的限制，布景箱可以根据场地的大小来调节，人物形象外观一般为25～35CM，当然也可以做成真人大小。

既可以让幻影演员来完成表演，也可以让真人进入景箱进行表演增加神秘效果。

（2）具有强烈的纵深感，视觉层次感好、立体感强真假难辨。

中间还可结合实物，实现影像与实物的结合，使观众产生穿越时空隧道的奇异感受。

（3）使博物馆陈列设计从较占空间人力的实物展示到环保、信息量大的不同投影技术的视频数据转换，极大地节省了展馆空间。

更使以往那些难以用文字表述的古代奇迹的承载物，以生动直观的方式重现出来。

（4）在不停地与观众互动方面创新，加入了光感应，红外感应，声波感应等不同形式的科学技术，提高观展的趣味性和互动性，综合推动了人类文明的进步。

（5）使过去仅能让那些专家们心灵震撼的古代文明，能让普通观众，以及对伟大的中华文明即感神秘，又一知半解的国际友人领阅其神奇和伟大，在亲临其境中感受其博大精深、灿烂辉煌。

三实施方案设计

3.1方案一360度全息投影展示柜

360度全息投影系统简称360全息,也称360度全息成像、三维全息影像、全息三维成像。

360全息是由透明材料（玻璃或者透明有机板）制成的四面锥体，通过四个视频源在锥体上边或者下边投射到锥体中的特殊棱镜上，根据光学原理，汇集到一起后形成具有真实维度空间的立体影像。

360度全息投影系统主要是由柜体，分光镜面，成像锥体，图像投影和图像处理器五部分组成，对产品进行实拍和构建三维模型，再用电脑数字处理制作成360度旋转动画，通过图像投影设备将动画投射到分光镜面上，再折射到四个面的成像锥体上边，形式360度立体成像，参观者可以360度参观产品，不需要佩戴任何偏光眼镜，在完全没有束缚下就可以尽情观看3D幻影立体显示特效，给人以视觉上的强烈冲击，是一种科技含量高，新颖性强，广受大中型展馆欢迎的多媒体展项。

3.1.1环境要求：

避免强光高亮度，亮度越暗效果越好。

3.1.2设备及相关要求：

1）1.5mm厚镀膜全息玻璃，是整个展示柜的分光镜面，尺寸根据展示柜大小而定，预计为210cm×210cm，即面积为4.41平方米。

2）展示柜柜体，尺寸及材料根据需要定做。

3）成像椎体，通常为透明材质的玻璃或者亚克力板，四块等腰三角形构成成像椎体，厚度为5mm，每个大小底长210cm，腰长186cm，高为153.53cm，面积为16.12065平方米，四块共64.4826平方米。

（按重量计算价格：

1.2×厚度mm×面积㎡）

4）投影设备，可采用3D全息投影机、工程投影机、一般商用投影机（流明度在3000以上）

5）图像处理设备，用于与投影仪相连接，存放播放展示内容。

普通计算机即可，公司文化遗产与保护中心计算机完全满足要求。

6）其他辅助设备：

音响，线材，灯光设备等。

7）软件：

3DMax，Premiere，格式转换软件

3.1.3数据要求：

若使用四台投影仪进行展示，展示视频为1024×768，图像360度旋转；若只使用一台投影仪，视频为1024×768，图像360度旋转并且分为四个部分。

用3DMax软件将现有模型数据等进行四个方向渲染，输出四个动画，之后用视频剪辑软件Premiere进行视频合成。

3.1.4资金预算：

设备

单价

数量

总价

镀膜全息玻璃

400元/平方米

5平方米

2000元

展示柜

800-3000元

1个

800-3000元

成像椎体

30元/千克

386.8956千克

11606.868元

投影仪

5599元

1台

5599元

音响

2000元

1套

2000元

线材

500元

人工等其他费用

1000-1500元

合计

23505.868-26205.868元

注：

有整体定制的全息投影展示柜，价格6000元至1.5万元，但根据尺寸价格会有变动；音响、计算机可用公司现有设备；投影仪公司现有设备即可用；价格为均价，人工等其他费用可能有变化。

3.1.5场地要求

计划做一个长为210cm，宽210cm，高170cm的360度全息投影展示设备。

需要放在公司展示区。

3.1.6预期效果

3.1.7优缺点：

1.占地面积小，可根据客户意愿设定大小尺寸。

2.360度展示，安装便捷，可以永久放置。

3.展示内容可以更换。

4.虽可360度观看，但不可触摸，有距离感。

3.2方案二空气成像

气体投影机的设计灵感来自于海市蜃楼的成像原理，一套投影系统包括一台投影机和一个空气屏幕系统，空气屏幕系统可以制造出由水蒸气形成的雾墙，投影机将画面投射在上面，由于空气与雾墙的分子震动不均衡，可以形成层次感和立体感很强的图像。

‘Heliodisplay’的研制者ChadDyne最早发明了气体投影成像和交互技术，运用电子和热动力学系统，将空气吸进系统，然后转换其成像特性，再重新射出，形成气体屏幕；而其交互技术则采用了激光跟踪系统，通过它来控制浮在半空的投影图像。

3.2.1环境要求：

室内环境，光线尽量较暗，建立暗色布幕或者呈现强烈黑白对比度的背景板。

3.2.2设备及要求：

空气成像投影机，计算机（公司文物部门计算机均可满足）

空气成像投影机设备对比：

产品名称：

Heliodisplay P36i空气成像投影机

Heliodisplay P55i空气成像投影机

编　　号：

2009062316460297

2009062317263291

产品单价：

RMB：

￥248,300

RMB：

￥387,500

产品型号：

P36i

P55i

生产商：

IO2Technology

产品简介：

HeliodisplayP36i多媒体解决方案能够生成对角线长度为36英寸可视图像，虚拟触摸屏控制器可与浮动图片或视频互动，效果与普通触摸屏相同，支持点击、拖放等动作。

用户可以把手指放在图像上，并点击浮动的图片或视频。

HeliodisplayP55i多媒体解决方案，其中包括姿态控制、无线控制功能，互动版产品还包括虚拟触摸屏控制功能。

系统分为天花板安装、底座安装两种，配备全部必要的硬件，以便于用户直接从PC或闪驱上传文件。

主要参数

亮度

2500流明

2700流明

色彩

16.7百万

分辨率

1024×768像素（支持1600×1200像素）

浏览角度

正面180度

3.2.3数据要求：

普通图片、视频格式

3.2.4资金预算：

设备

单价

数量

总价

Heliodisplay P55i空气成像投影机

387500元

1台

387500元

人工等其他费用

1000-1500元

合计

388500-389000元

注：

投影机价格为未税价。

3.2.5预期效果

3.2.6优缺点：

1.可在空气中成像，给人以3D效果。

2.可触摸，没有距离感。

3.安装简单，受空间场地限制小。

4.只有正面180度成像，无法全方位角度观看。

5.成本昂贵，真实实现效果未知。

3.3方案三投幕式全息投影成像

采用光源折射45度成像在幻影全息膜上，进而形成全息影像。

原理图如下：

3.3.1环境要求：

光线尽量较暗，避免强光高亮度，若要效果更好可设置灯光效果。

3.3.2设备及要求：

设备一：

1.投影仪仪1台；2.呈像板（2.2m×2m）；3.全息投影膜（2m×3m）；4.全息投影膜支架；5.音响，灯光设备，线材等（效果较好）；6影像控制系统：

公司计算机即可。

设备二：

1.LED显示器；2.全息投影膜（2m×3m）；3.全息投影膜支架；4.音响，灯光设备，线材等（效果一般）。

两种设备均要求搭建相应展示舞台（多层防火板）及背景屏幕。

3.3.3数据要求：

普通视频格式，可以单独使用一台投影仪，公司数据即可。

3.3.4资金预算：

设备一

设备

单价

数量

总价

投影仪

5599元

1台

5599元

呈像板

30元/千克

36千克

1080元

全息投影膜

300-500元/平方米

6平方米

1800-3000元

全息投影膜支架

300元/米

12米

3600元

音响

2000元

1套

2000元

线材设备

500元

多层防火板

200元/块

6块

1200元

背景板

60元/平方米

6平方米

360元

人工及其他费用

1500-2000元

合计

17639-19339元

设备二

设备

单价

数量

总价

LED显示屏

2000-6000元

1个

2000-6000元

全息投影膜

300-500元/平方米

6平方米

1800-3000元

全息投影膜支架

300元/米

14米

4200元

音响

2000元

1套

2000元

线材设备

500元

多层防火板

200元/块

6块

1200元

背景板

60元/平方米

6平方米

360元

人工及其他费用

1500-2000元

合计

13560-19260元

注：

屏幕尺寸按照3m×2m设计，投影仪可以采用公司现有设备

3.3.5优缺点：

1.画面立体，真实感强。

2.数据制作相对容易，方便获取，且展示内容可更换。

3.180度角度观看，不能全方位立体展示。

4.制作成本昂贵，需要较大空间。

四总结

方案一实现可能性高，效果也相对较好，现在已经有多家公司专营360度和180度全息投影设备，对公司来说可实现性更高，展示效果也较好，但有空间局限性；方案二仪器费用较高，目前并没有查到有关真正购买实现的案例，但效果较震撼；方案三实现可能性也较高，已有较多实现案例，多用于舞台表演，对场地大小，灯光环境有一定的要求。

根据公司实际情况，建议选用第一种实施方案，更易实现，对场地灯光要求也较低，效果更直观，也可以在展示柜添加触摸控制屏来控制播放展示的内容。

展示地点建议选择公司无人机展厅，会议室空间不够。

五增强现实技术

5.1增强现实技术原理

增强现实技术（AugmentedReality，简称AR），是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像、视频、3D模型的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。

通俗的讲就是利用电脑技术在现实世界上叠加上新的虚拟内容，相当于是现实世界的增强版。

因此，AR设备通常需要保持透明或半透明状态，必须保证体验人员能看到现实场景，并利用集成影像投射原件，丰富现实场景。

增强现实技术，它是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息（视觉信息，声音，味道，触觉等），通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。

真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。

增强现实技术，不仅展现了真实世界的信息,而且将虚拟的信息同时显示出来，两种信息相互补充、叠加。

在视觉化的增强现实中，用户利用头盔显示器，把真实世界与电脑图形多重合成在一起，便可以看到真实的世界围绕着它。

增强现实技术包含了多媒体、三维建模、实时视频显示及控制、多传感器融合、实时跟踪及注册、场景融合等新技术与新手段。

增强现实提供了在一般情况下，不同于人类可以感知的信息。

增强现实技术正常实现需要的设备：

1头戴显示器2跟踪设备3移动计算能力。

增强现实的开发人员的目标是将这三个组件集成到一个单元中，放置在用带子绑定的设备中，该设备能以无线方式将信息转播到类似于普通眼镜的显示器上。

5.2增强现实技术特点

1）融合虚拟和现实：

与VR技术不同的是，AR技术不会把使用者与真实世界隔开，而是将计算机生成的虚拟物体和信息叠加到真实世界的场景中来，以实现对现实场景更直观深入的了解和解读，在有限的时间和有限的场景中实现与现实相关知识领域的理解。

增强的信息可以是与真实物体相关的非几何信息，如视频、文字，也可以是几何信息，如虚拟的三维物体和场景。

2）实时交互：

通过增强现实系统中的交互接口设备，人们以自然方式与增强现实环境进行交互操作，这种交互要满足实时性。

3）三维注册：

“注册”（这里也可以解释为跟踪和定位）指的是将计算机产生的虚拟物体与真实环境进行一一对应，且用户在真实环境中运动时，也将继续维持正确的对准关系。

5.3增强现实技术发展现状

国内的AR从业者并不是太多，但现在有不少创业团队着手AR方向的各种产品的进行开发。

目前应用最为广泛的当属Vuforia+Unity的开发流程，此外也有不少Metaio的用户。

目前借助几个AR的SDK，已经可以做到稳定的有标记AR和简单的无标记AR。

但是这些AR实现的效果离真正的AR相去深远。

不论是有标记AR还是简单的无标记AR，都是基于简单的2D图像识别技术，这样的技术只能由于静止物体，无法应用到复杂场景。

在AR设备方面，似乎并没有真正的消费级产品在市场中推出。

微软HoloLens目前仅向开发者开放，售价高达3000美元，另外还有Meta2、神秘的MagicLeap等产品。

现在AR技术多用于手机游戏中，通常有两种运行方式：

第一种方式是手机摄像头拍摄到一张照片，SDK识别改照片内是否有拍到想要的物体，若拍到，每一帧都跟踪该物体位置，之后基于该物体的位置计算3D坐标系，最后在3D坐标系中绘制虚拟的人物、场景等。

第二种方式是基于单摄像头SLUM算法的。

首先手机拍摄画面，SDK基于画面序列识别特征，根据不同视角的特征计算摄像头位置以及拍摄到的物体的深度，从而形成特征地图，最后基于3D坐标系和深度特征绘制虚拟场景或者人物。

5.4增强现实技术方案构思

目前可以实现的增强现实技术方案仅仅是在手机上开发相应AR技术的APP。

目前国外有些博物馆已经实现。

利用手机摄像头对文物图片进行扫描，通过APP进行识别，计算，生成相关场景、人物和信息等。

因此开发一款AR应用需要识别算法、应用开发程序和3D美工等，目前识别算法国内做的比较少，多采用国外技术，借助于美国高通公司或者苹果公司收购的Metaio公司的识别算法。

开发平台则是Unity3D平台，还要依据RealmaxSDK。

开发一款可以通过扫描特定图片、画面而产生场景人物等画面的APP。

比如我们将所有古城遗址的照片进行扫描，就会出现古城的介绍，历史原貌等场景；扫面我们建立的实景三维模型的图片，即可在手机或ipad上出现立体的实景三维图像；在数字博物馆中也可以应用，通过该APP对展品或者展品图片进行扫描，相关信息和立体影像就会出现在APP上。

附录

附表1.成像椎体价格参考（亚克力板价格）：

类型

规格

单价

进口亚克力板

2.05×3.05m

40元/千克

国产亚克力板（回料）

1.25×1.85/2.45m、1.22×1.82/2.44m、1.23×1.83m

25元/千克

国产亚克力板（新料）

1.25/1.22/1.24×1.85/2.44/2.46m（3mm-12mm透明）

30元/千克

国产亚克力板（新料）

1.25/1.22/1.24×1.85/2.44/2.46m（14mm-25mm透明）

35元/千克

德固赛（degussa）进口亚克力板材-透明磨砂板

355元/平方米

德固赛进口亚克力防眩光板

220元/平方米

附表2.不同型号投影仪对比

图片

型号

名称

松下UX383C

爱普生CB-X31

爱普生CB-W32

索尼F530HZ

报价

￥8900

117 个商家

￥3449

132 个商家

￥4739

126 个商家

￥6.9万

57 个商家

主要参数

产品

类型

商务投影机，教育投影机

家用投影机，商务投影机

商务投影机

商务投影机，教育投影机

投影

技术

3LCD

显示

芯片

0.63英寸芯片

0.55英寸芯片

0.59英寸芯片

3×0.76英寸芯片

亮度

3800流明

3200流明

5000流明

亮度均匀值

80%

对比度

12000:

15000:

标准分辨率

XGA（1024*768）

WXGA（1280*800）

WUXGA（1920*1200）

扫描

频率

水平：

15-91kHz

垂直：

24-85Hz

水平：

15-92kHz

垂直：

48-92Hz

灯泡参数

灯泡

功率

230W

200W

灯泡寿命

正常模式：

5000小时，经济模式：

6000小时，智能省电模式：

10000小时

正常模式：

5000小时，经济模式：

10000小时

正常模式：

5000小时，经济模式：

10000小时

20000小时

光源

类型

激光

投影参数

变焦

方式

手动变焦

电动变焦

聚焦

方式

手动聚焦

电动聚焦

变焦比

1.2X

1.6X

投影

尺寸

30-300英寸

32-320英寸

40-600英寸

屏幕

比例

16:

梯形

校正

垂直：

±30度（自动，手动）

水平：

±15度（手动）

垂直，自动：

-30-30度

水平：

-30-30度

垂直，自动：

-30-30度

水平：

-30-30度

水平：

±30度

垂直：

±30度

投影

方式

正投，背投，桌上，吊顶

正投，背投，吊顶

色彩

数目

10.7亿色

光轴（偏称轴）

垂直：

-5%，+60%

水平：

±32%

接口参数

输入

接口

1×HDMI输入端口：

HDMI19-pin

1×电脑1输入：

D-SubHD15-pin（雌头）（RGB/S-视频/Y·PB（CB）·PR（CR））

1×视频输入：

Pinjack

1×电脑2输入：

D-sub9-pin（雌头）（RGB）

1×音频输入1：

M3（L，R）

2×音频输入2：

Pinjack（L/R）

1×视频输入：

D-Sub15p

1×视频输入：

RCA（黄）

1×视频输入：

MinDIN4pin：

S-Video

1×视频输入：

HDMI

2×音频输入：

RCA

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