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2020年11月总第349期
ISSN1672-1438
CN11-4994/T 基于全息投影技术的3D 教具与课件制作 逆王水
王文润1,2,3 王阳萍1,2,3 雍 玖1,2,3 岳 彪1,2,3
1.兰州交通大学计算机科学与技术国家级实验教学示范中心 甘肃兰州 730070 2.兰州交通大学轨道交通信息与控制国家级虚拟仿真实验教学中心 甘肃兰州 730070 3.甘肃省人工智能与图形图像处理工程研究中心 甘肃兰州 730070
摘 要：3D 全息投影技术是虚拟现实领域一个重要的研究方面，该技术在展览、汽车服装展示、舞台节目等领域都有广泛的应用。应用3D 全息投影技术研发了一款简易轻便的“3D 全息投影”教具，通过该教具可展示3D 虚拟模型，并在全息视频素材中添加了音频讲解、模型拆解等功能，丰富了教师的课堂演示
教具，增加了课堂教学的趣味性，有效提高了学生的学习效率。同时，通过该教具能够帮助更多的教师和学生认识到将新技术运用于课堂教学中的重要性。关键词：3D 教具；全息投影；三维模型
作者简介：王文润，工程硕士，工程师；王阳萍，工学博士，教授；雍玖，工学硕士，助理工程师；岳彪，工学硕士，助理工程师。
基金项目：兰州交通大学实验教学改革研究项目 “区间移频自动闭塞轨道电路虚拟仿真实验教学项目研发”(编号：2020007)；兰州市科技计划项目“虚拟现实与先进制造企业研发机构”(编号：2019－4－49)。
3D 全息投影技术(3D front-projected holographic display)属于3D 技术的一种，也称虚拟成像技术，它是利用光的干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像的技术[1-3]。由于全息投影技术难度大、成本高，人们平时所了解到的全息往往并非严格意义上的全息投影，而是使用珮珀尔幻象、边缘消隐等方法实现3D 效果的一种类全息投影技术，也被称为“伪全息”投影技术[4]。
目前，在高校教学中，教师常运用视频、PowerPoint 等方式进行教学演示，但从学生角度来看，他们看到的实物及画面仍然是以平面的形式存在的。本文运用全息投影技术，利用高清显示屏、聚酯薄膜、铝塑板等生活中常见的实验材料，设计制作了一款简易的“3D 全息投影”教具，将其作为一款辅助教学用具用于教学，取得了较好的演示效果。该教具通过虚实结合的方式，营造出虚拟的教学环境，
学生通过情境体验，在教学应用中进行了虚拟现实技术的全新体会，同时将课程资源与教学模式进行了深层次的融合，构建了虚拟的教学体系。
1 全息教具制作
shenh伪全息技术实际是通过光的反射，再结合特制全息投影膜，带给人一种物体浮空的假象[5]。全息投影膜具有的透明特性，在全息成像时，能达到特殊的3D 效果。伪全息术通过利用金字塔形全息膜结构实现全
息投影效果。
1.1 金字塔制作原理节能灯生产设备
金字塔是由四片相同的等腰三角形黏合而成，根据光的反射，要确保全息投影金字塔的斜面与地面成45°夹角，等腰三角形的顶角就固定为70°31′。
山楂提取物计算公式如下[6]：
底边长=屏幕高度 式(1)等腰三角形的高度=底边长
底边长*0.707 式(2)等腰三角形的斜边长=底边长
os54°75'
=底边长*0.866 式(3) 注意：底边长不是投影屏幕的长度，而是投影屏幕最短的那条边。因为全息投影视频在播放时是正方形的，以屏幕的宽度为准。
1.2 计算参数
等腰三角形的底边要根据选择的播放屏幕尺寸来定，尽量要用大的屏幕，效果才更好。本实验案例选择15.6寸的播放屏幕(适于教师演示与携带)，宽度为19.5 cm ，根据公式计算，等腰三角形的底边长即为19.5 cm ，斜边长为16.887 cm 。
1.3 全息金字塔制作
已知等腰三角形的尺寸之后，根据对应的尺寸剪出4个等腰三角形。全息金字塔的制作选用贴有专业全息膜聚酯薄膜进行等腰三角形的裁剪、黏合。为了放置高清显示器，用黑的铝塑板搭建了一个支架，
光电烤箱
异形玻璃方便固定位置，黑底部也能使全息投影视频观看更
虚拟仿真技术应用
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