吴承远，代晓冬，梁苏来，张智成
中国民航大学理学院
基于佩珀尔幻象原理的三维全息展示系统的原理及应用
吴承远，代晓冬，梁苏来，张智成
中国民航大学理学院
电影《侏罗纪世界》中，有这样几个场景，在公园的展厅中小朋友到处跑动，突然眼前出现一只虚拟看恐龙，而他们却能穿过恐龙的身体，这种展示技术称为三维全息投影技术，利用空气等气体作为介质，将影像投射在介质上，产生立体逼真的影像。这也是当今大火的VR虚拟现实技术的终极目标，但是其技术尚未成熟，而且对设备要求高，造价成本更是高得离谱。我们设计了一种结构简单，操作方便，且成本低的三维全息展示系统，本文将介绍其原理及应用前景。
三维全息投影；佩珀尔幻象原理；伪全息投影；应用前景；创新优势
一.佩珀尔幻象原理及伪全息技术
首先解释一下什幺是佩珀尔幻象，在十九世纪六十年代，一位名叫亨利·德克斯的发明家在古老的意大利光幻象的基础上进行了创新，利用玻璃和光来操控视觉效果，这种光幻象称为德克斯幻觉效应。由于这种视觉效果的产生极其复杂且成本高昂，需要完全重建剧院才能将特技展现出来，因此并未得到推广。约翰H.佩珀尔于同一时期在伦敦皇家理工学院演讲时提出，用一种简单的方法在既有的剧院环境中实现德克斯的视觉效果，即仅仅使用一片玻璃。由于佩珀尔使这种幻象普及开来，因此被称为佩珀尔幻象。
这里我们所说的全息投影实际上是伪全息投影，是一种利用投影仪，手机，平板等视频播放设备使光线折射45度成像在幻像成像膜的全息投影技术。要完成这一目的，需要两大核心装置，第一是投影源，前面已经提到了手机，投影机等等有视频播放功能的设备都可作为输入源，播放相应的全息视频即可；第二是投影成像装置，我们采用的是亚克力板和全息膜，并将其切割组成正四棱锥。将视频输入源放到金字塔上端，调整距离，便可以在金字塔内呈现出令人震撼的三维影像。
二.伪全息技术运用前景拓展
1.教学方面伪全息投影的主要优点是结构简单，成本较低（相比与其他三维显示技术）。联系到我校的实际情况，所有学生都要上《民航概论》这一必修课，有很多时候老师都是用图片或者机模来展示，但是都有其缺点，图片不直观而机模无法看到飞机内部构造，有的图片甚至模糊不清，很难让同学们直观感受到其样貌。鉴于此，我们想到了用伪全息投影技术来解决，不但能够非常直观地显示飞机、结构、零件等的外观，而且还能显示内部的三维结构。与此同时，视觉效果更好，更炫目，适用于介绍高科技产品，让学生有种“高大上”的感觉，便于他们更加积极地接受知识。
2.商品展示方面如珠宝店橱窗展示珠宝，既炫目能够吸引大家的眼球，又无需实物展示，规避了贵重珠宝被盗和损坏的风险。又如在房地产展示的运用，目前的楼盘展示绝大多数为沙盘展示，千篇一律，不能给潜在客户留下深刻印象，然而运用三维全息投影技术，更能吸引眼球，使可客户直观的了解项目以及房屋结构设计，对销售有很好的促进作用。
3.军事方面如同电影《钢铁侠》中各种炫酷的虚拟触摸屏幕，象征着人类智慧的最高结晶，虽说目前还无法实现这种空气等介质型的全息投影技术，但是伪全息投影是可以实现这样的功能，可以通过触屏“金字塔”全息膜实现图片的拖拽和拉伸以及旋转等功能，让士兵们对目标建筑、物品有更直观深刻的认识，对战术设计和任务布置有很大的帮助。
4.除此之外，三维全息投影技术还有着更广泛的应用，如博物馆、图书馆、展厅、体育馆、演唱会、艺术展厅等大型活动场所。总而言之，只要是需要展示物品的地方就有三维全息投影系统的用武之地。
三.总结
上文我们介绍了伪全息投影的基本原理，展示了我们所制作的产品，并且对其应用前景进行了展望，这一技术掌握难度并不大，成本也比较低，它还有着更加宽广的应用市场，因此我们要更加努力开发其用途，让这项技术得以普及，使它创造出真正的价值。
中国民航大学大学生创新创业基金项目支持(项目号：201610059099)。
