简易三维立体投影装置制作

房若宇

（浙江大学，浙江 杭州 310027）

简易三维立体投影装置制作

房若宇

（浙江大学，浙江 杭州 310027）

本文报道了一种便携式简易三维立体投影装置:用四个透明反射板拼接成空心梯台，视线能从任何一面穿透，通过投影口放置的视频播放设备产生图像，图像经表面镜射和反射，从而在空心梯台的空间内形成可见的三维影像。该装置制作简单，便于携带，很好地实现了手机等便携式电子设备所播放图像或视频的三维立体投影显示。

三维影像；反射；投影

三维立体投影技术，可以把图像以三维的形式投影在空气之中，使得观众在不需要佩戴3D眼镜的情况下就可以观看到立体的图像［1-3］。其中全息投影技术利用干涉和衍射原理记录并再现物体的三维图像［4-10］，首先利用干涉原理记录物体光波信息（拍摄过程），得到全息照片，继而利用衍射原理再现物体光波信息（成象过程），得到具有立体感的图像［11-14］。但是该方法技术要求较高，并且在动态图像的三维立体投影方面受到限制。商用的空气雾幕投影成像系统由投影机和产生水蒸气雾墙的空气屏幕组成，由空气中存在的微粒将光影图像呈现为虚幻立体的影像。另外采用激光束投射在空气中可形成物体的短暂三维影像，或者是将图像投影在高速旋转的镜子上从而实现三维图像；另外一种方法是由投影设备将不同角度影像投影至全息膜上以达到显示立体影像的目的。上述技术普遍成本昂贵，操作复杂，并且不便携带。

大学物理实验课堂教学需要为基础，针对现有技术在实现三维立体投影方面所存在的局限性，设计和制作了一种便携式简易三维立体投影装置，用于手机等便携式电子设备所显示图像或视频的三维立体投影显示，取得了良好的效果。

1 反射锥设计

三维立体投影成像原理为，由透明材料制成具有四个面的反射锥体，视线能从任何一面穿透，通过对置于其顶部电子图像的表面镜射和反射，从而在锥形空间形成可见的三维影像。选择透明板材制作反射锥的四个反射面，为相同的等腰梯形形状，然后把四个反射面粘合起来形成具有顶部开口的四面反射锥，手机或其他用于图像或视频演示的电子设备显示屏向下置于反射锥顶部，即可在椎体内以三维的形式显示所播放的图像，达到良好的视觉效果。为了使成像具有三维感和距离感［15］，实验采用了透明度较好的聚甲基丙烯酸甲酯板材。

图1 反射锥设计图

反射锥设计图如图1所示，每一个等腰梯形反射面的底角均为70.5°，所构成四棱锥的每一个面（反射面）与水平面的夹角均为45°。反射面的两边和上下底具体尺寸（也即整个反射锥的大小）根据所使用的电子播放设备屏幕大小而定。

2 反射锥制作

选用市售聚甲基丙烯酸甲酯（亚克力）板材（规格300×300×2 mm）制作反射面，该材料板性质稳定，可塑性强，透明度高（透光率90%以上），密度低并且强度高，尤其是其良好的绝缘性能使得该材料适合电器设备的使用。把该亚克力板剪切成四个相同的等腰梯形形状，其上底长度为2.8 cm，下底长度为7.0 cm，腰长为6.1 cm。各梯形反射面边缘平整以利于拼接和紧密贴合电子播放设备的屏幕。然后把该四片反射面以热熔胶粘合成具有顶部开口的四面反射锥，各反射面和底面的二面角为45°，即得到目标的便携式简易三维立体投影装置。制作和使用过程中保持反射面洁净。亚克力板梯形反射面的整体大小以及反射锥顶部开口的大小依所使用的电子设备显示屏大小而定，上述尺寸适用于苹果手机所显示图像的三维立体投影显示，图2为所制作的反射锥产品的照片。

图2 便携式简易三维立体投影装置的成品照片

3 三维立体投影效果

用于三维立体投影显示的视频文件使用一台可以运行MMD，3Ds MAX和Corel VideoStudio Pro的电脑制作。首先由MMD建模建立体模型，然后通过Corel VideoStudio Pro连接音频、四个方向的视频。制作完成的视频文件导入苹果手机，播放时，将反射四棱锥倒放在播放视频的手机屏幕上。图3是播放效果图，在四棱锥腔体内可见悬浮的三维影像，立体投影效果良好。

图3 三维立体投影的播放效果

4 结 论

本文利用透明亚克力板制作了一种便携式简易三维立体投影装置，用于手机等便携式电子设备所显示图像或视频的三维立体投影，达到了对特定电子设备如手机所播放图像和视频的三维立体投影显示，效果良好。该装置和已有的相关装置相比，制作简单，使用方便，可灵活地用于大学物理实验教学演示，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