鞠金勇 張 晨 梁杰榮 智 閣 蘇雅欣 李 琛*

（東北林業(yè)大學工程技術學院，黑龍江 哈爾濱150040）

隨著科技的發(fā)展，3D 影像的技術越來越成熟，目前已被廣泛運用于博物館的展品介紹和演唱會的虛擬人物再現。全息投影技術需要專用設備且成本較高，不適合于日常應用，利用光的折射原理來實現3D 投影，是將全息投影技術與裸眼3D 技術相結合，不同于真正的全息投影技術，其成本比較低廉，制作門檻也相對較低，并能夠充分滿足人們的需求，所以從長遠發(fā)展來看，它具有很大的發(fā)展前景[1]。同時隨著人們物質生活水平的提高，精神方面的需求也越來越被重視，這種簡單但有趣的3D 投影技術必將受到人們特別是情侶之間的追捧，有著巨大的市場需求[2]。

市面上現有的投影儀都是投影源和投影器材相分離的，使用起來不是很方便，同時也缺乏一定的趣味性，沒有明確特定的市場受眾，難以被推廣和使用。為了解決以上的問題，本設計研發(fā)一款情侶款趣味3D 投影儀，該3D 投影儀可以實現裸眼3D 的全息投影儀，通過視頻的輸入和輸出，無需專用屏幕即可展示立體視頻。同時，方便攜帶、實用性強，能夠隨時隨機記錄情侶日常生活點滴，為情侶間留下美好回憶，提供一種簡單便捷的途徑。

1 3D 成像的類型與特點

1.1 全息投影型

全息投影技術也稱虛擬成像技術，是利用干涉和衍射原理記錄并再現物體真實的三維圖像的技術，其本質是全息攝影技術的逆向展示。目前已實現的全息投影技術共分為三種，空氣投影與交互技術，透射全息投影技術，360 度全息投影。

1.2 視覺差型

這種類型用于電影院或3D 電視，其利用人雙眼觀察物體的角度有差異來實現3D 視頻的播放。因為人眼觀察物體的角度不同，因此能夠辨別物體遠近，產生立體的視覺。通過把左右眼所看到的影像分離后，在將其輸送到屏幕上，就能令用戶體驗立體感覺[3,4]。

1.3 裸眼3D 型

裸眼3D 顯示是利用人眼視差特性，使左右眼看到不同的圖像，形成3D 縱深效果。傳統(tǒng)的裸眼3D 技術分為光屏障式(Barrier) 技術、柱狀透鏡 (Lenticular Lens) 技術和指向光源(Directional Backlight) 技術。

1.4 虛擬現實技術型

虛擬現實技術的本質是計算機模擬技術，并非通過投影設備為觀眾呈現三維畫面，而是通過VR 頭盔在局部空間營造出不同的畫面深度感知，從而使用戶的大腦視覺系統(tǒng)中形成虛擬三維視場，讓人有種身臨其境的感覺；同時，虛擬現實具有一切人類所擁有的感知功能，比如聽覺、視覺、觸覺、味覺、嗅覺等感知系統(tǒng)；最后，它具有超強的仿真系統(tǒng)，真正實現了人機交互，使人在操作過程中，可以隨意操作并且得到環(huán)境最真實的反饋。正是虛擬現實技術的存在性、多感知性、交互性等特征使它受到了許多人的喜愛[5]。

2 裸眼3D 的投影儀設計原理

情侶款3D 投影儀通過光的折射原理，可以將特制的視頻以全息的形式呈現，可以讓用戶隨時隨地的體驗裸眼3D。通過視頻的輸入和輸出，將特制的視頻以3D 投影的方式呈現出來。投影儀由一個投影源主體和一個折射主體以及兩個起外接設備作用的吊墜組成，而兩個情侶吊墜則分別起著存儲器和開關的作用，只有將兩個情侶吊墜同時插入外部設備連接凹槽中，投影儀主體才會工作并投射出3D 立體視頻，這種設計的理念是希望給情侶制造一個只有兩個人在一起才能打開視頻的特殊親昵感，增加情侶間的互動性。

3 結構設計構想

情侶款趣味3D 投影儀利用光的折射原理來制造全息投影效果，將視頻文件通過小型投影鏡頭投射到固定在下方的折射體上，通過光的折射將特殊的投影視頻合成一個完整的立體視頻，從而實現裸眼看3D 視頻影像的效果。其原理主要是通過光在透明晶體之間的折射來實現，將已經制作好的3D 影像成像在成像區(qū)中，以實現裸眼3D 的效果，可以通過以下幾個構件實現其主要功能：

3.1 投影儀的3D 影像內置在產品內部，由生產者根據使用者的要求進行制作，制作完成后將儲存設備固定在儀器中，制作者可以通過更換儀器中的儲存設備來變更3D 影像。

3.2 投影儀的電源內置在儀器頂端的黑盒中，并且使用安卓數據線進行充電，電池容量較大的同時投影儀本身的耗電量較小，因此可以獲得單位充電次數的長時間使用。

3.3 投影儀的開關被制作成兩部分的菱形晶體，分別由使用者的雙方來進行保管，只有在雙方使用者同時將鑰匙插入投影儀盒體中，投影儀才會進行工作。

3.4 投影儀的光學反射裝置由位于投影儀盒體四周以及頂端的透明晶體組成，該晶體位于上下外殼的保護中，能夠保證投影儀具有一定的抗跌落性，從而防止出現不必要的損傷。

4 裸眼3D 的投影儀結構設計

情侶趣味3D 投影儀的結構，如圖1 所示。

圖1 3D 投影儀結構圖

如圖1 所示，情侶款趣味3D 投影儀，包括底座，底座的上表面有整體結構支柱，整體結構支柱的上下兩端分別安裝有黑色遮光板，整體結構支柱上安裝有折射主體，折射主體由四片高透玻璃板組成，呈金字塔形狀，整體結構支柱的上端安裝有投影源主體，投影源主體內設有投影電路，投影電路由電源、總開關、常開觸點、小型投影儀組成，投影源主體上對稱開設兩個設備連接口，設備連接口內插設有兩個連接設備，第一連接設備內設有視頻存儲器，第二連接設備內設有金屬連接絲。

兩個鏈接設備制成吊墜形狀，增加情侶使用趣味性，在使用該全息投影儀時，必須先將投影視頻文件儲存在起存儲器作用的第一連接設備中，然后將此情侶吊墜和另一個內部設有金屬連接絲的第二連接設備同時插入投影源主體的第一設備連接口和第二設備連接口中，之后投影電路開始工作，將視頻投射在下方的折射主體上，折射主體由四片高透玻璃板組成，呈金字塔形狀，由于光的折射，視頻會在折射主體上合成為一個立體影像，從而實現全息投影視頻的播放。

投影源電源電路，如圖2 所示，電路由電源、開關元器件、視頻存儲器元器件、小型投影元器件組成，小型投影儀可以外接外部視頻存儲器并發(fā)出投影視頻。

5 裸眼3D 的投影儀設計特點

5.1 結構小巧易于攜帶，本投影儀將投影源與折射主體集成在一起，可以隨時隨地觀看3D 視頻。

5.2 投影儀的鑰匙可以分為兩部分，分別由情侶雙方保存，可以增加情侶之間的趣味。

圖2 電路示意圖

5.3 投影儀不需要額外的電源，而且一次充電后能夠保持較長的使用時間，且使用壽命長。

5.4 投影儀能夠更換或者儲存多種視頻，保持了情侶間的新鮮性，有助于和諧關系的保持。

6 結論

隨著科學技術的發(fā)展，以及人們對精神生活追求的提升，視頻影像從2D 逐步轉變?yōu)?D ，本情侶款3D 投影儀的定位在于趣味性，目標用戶為情侶。通過光的折射原理，可以將特制的視頻以全息的形式呈現，可以讓用戶隨時隨地的體驗裸眼3D，滿足了情侶間的趣味要求。

新時代，新機遇，新發(fā)展，新挑戰(zhàn)。未來的情侶款投影儀將會不斷地根據使用者的反饋，積極進行改善與改良。用發(fā)展的眼光面向每一位使用者，爭做時尚潮流的先鋒，并將重新定義以往的影像視頻。