论文部分内容阅读
[摘要]将全息投影技术应用到教学仪器设备制作和演示当中，目的是使一些枯燥且复杂的图纸和零件被生动形象的三维展示出来。该教学仪器的机械部分包括外箱体、链条链轮传动机构、二级齿轮减速器和转台及立柱等，投影装置是市面上应用较广的四棱锥接收玻璃板和播放图纸或视频的手机或平板电脑支架，实现学生们在一个角度，可以看到一个物体360°的成像。全影息投影桌结构简单、操作方便，成本低廉，是一个性价比很高的产品。
[关键词]：全息投影技术 投影 虚拟成像
一.全息投影技术及其应用
全息投影技术也称虚拟成像技术，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。全息投影技术是全息摄影技术的逆向展示，本质上是通过在空气或者特殊的立体镜片上形成立体的影像。不同于平面银幕投影仅仅在二维表面通过透视、阴影等效果实现立体感，全息投影技术是真正呈现3D的影像，可以从360°的任何角度观看影像的不同侧面。
全息投影是一种无需配戴眼镜的诺利德3D技术，观众可以看到立体的虚拟人物。这项技术在一些博物馆应用较多；也可做成全息幻影舞台，产品立体360度的演示、真人和虚幻人同台表演、科技馆的梦幻舞台等。应用与广告、展会等产品展示：适合表现细节或内部结构较丰富的个体物品， 如名表、名车、珠宝、工业产品、也可表现人物、卡通等，给观众感觉是完全立体的；还可应用于数码橱窗：一种玻屏成像，设备由特种玻璃、成像膜和触控膜组成，如果无需触控互动则不覆触控膜。在科幻电影中我们经常看到类似的设置，即竖起透明的屏幕上，出现各类数字信息，类似如今的触摸屏手机，观众可以实现的简单操作功能，这里不得不提的是令人震撼的那部《阿凡达》；现在也有一些知名企业的商务会议在会议室应用全息技术，隐藏式设计不妨碍视觉美观，而在会议演示时则极具前沿商务气息。这也是企业追求自身品牌质感的体现；随着该项技术的不断发展，现在的一些酒店客服、运动场馆指引、银行、餐馆等场所也在不断尝试全息展示的应用。
二.全息投影教学仪器设计背景
鉴于目前全息投影技术的广泛应用，其展示物品的直观、形象、立体、透明等优点无疑可以考虑应用在现代大学课堂教学中，作为理工科教师，多年的教学上应用的无非就是：图片、视频、动画、图纸及实物等，仅就《机械制图》课程复杂零件图及装配图讲解上，除动画和三维制图软件应用外，如何利用现有的二维CAD图纸在课堂上生动形象的为学生展示出三维效果，这是一个值得思考的问题。
结合本年度第六届全国大学生机械创新设计大赛的主题“梦幻课堂”，笔者自然想到了如何把该项技术应用在教学仪器设计上。如果学生能够看到枯燥的图纸经过全息投影设备幻化出实物影像，那么上课的兴趣一定会越来越高，在刚刚进入大一阶段还没有掌握三维绘图软件的情况下，这样的课堂教学一定能够更加的吸引学生上课的注意力，因此，一种全新的教学仪器——全影息投影桌被设计并制作完成，它可以实现让教师把要讲授的零件的二维图纸输入到数据库中，通过手机或者平板电脑将图纸投射在全影息装置上，从而形成三维影像，同时该装置还可以上下移动和转动，从而使学生从不同的角度观看到最直观的画面，这样的教学仪器制作费用低、便于操作，具有极好的可推广性。
三、设计方案
全影息投影桌机械部分用来实现投影装置的安放、带动其升降和转动两个功能，因此要实现Z方向的移动和绕其转动两个动作，所以采用了两个直流步进电机，电机1的运动经过链轮链条传动，在链条上固定有一根立柱，在立柱顶端安装转台，当电机1转动时带动链轮旋转，进而转换为链条的传动，于是链条带动其上的立柱实现Z向移动，同时带动转台上下运动，当进行教学演示时使转台升起，不用的时候为了节省空间同时也能保护立柱，转台降下。
同时转台中间轴上安装有电机2，通过一个齿轮二级减速器来实现转台的转动，电机开关设在转台下方，操作方便，从而实现投影装置360度全方位演示投影效果。机械部分结构图如图2所示：
整个机构装在箱体中，转台和立柱在箱体外，投影装置是把4片等腰三角形接收板胶粘成四棱锥形状，用塑料薄片制作相应尺寸的一个支架，用来放置存图纸的手机或平板电脑，使用时先打开电源开关，启动电机1升起转台，把要演示的图纸调出来并把手机或平板电脑扣在支架上（手机和电脑尺寸不同，要制作并使用相应尺寸的支架），经过投影的三维效果即可出现在四棱锥上，开电机2转动转台，可以全方位观看投影效果了。如图3所示：
需要强调的是有专门的软件处理预演示的图纸零件等，需要使用者事先把图纸按要求输入数据库中，有必要的话还要有前、后、左、右四个面的视频文件，通过软件处理后即可进行演示操作了。
四、创新及展望
全影息投影桌首次把全息投影技术运用到了教学仪器里面，达到了很好的展示效果。
今后不仅是机械制图课程里边可以应用该教学仪器，其他机械类课程，比如机械原理、机械设计、力学等课程中的一些传动机构及传递运动的效果，任课教师都可以考虑把图纸录入数据库，采用该仪器为学生展示传动效果等，尤其它还可以把结构较为复杂的零件直观的展示出来三维效果，在展示实体不方便的情况下这无疑比三维彩色图片更吸引人；不仅是机械类课程，像动漫或者一些艺术设计，应用该仪器演示动态效果和设计效果图，让课堂效果更加生动形象，具有很好的可推廣性和普及性；
全影息投影桌机械结构简单，制作成本低，可以根据要演示的内容不同考虑不同的结构尺寸和运动设计，将全息投影技术应用到不同的领域。
参考文献：
[1]赵亮.三维全息影像成像原理和产品探析.科技信息[M].北京，2011年，第4期
[2]李丽柏.3D技术原理及发展状况和前景.无线互联科技[M].北京，2013年，第11期
[3] 濮良贵，纪名刚. 机械设计. 8版. 北京：高等教育出版社，2006.
[4] [美]Neil Sclater，Niecholas P.Chironis. 机械设计实用机构与装置图册. 邹平译. 北京：机械工业出版社，2010.
[5] 曲继方，安子军，曲志刚. 机构创新原理. 北京：高等教育出版社，2001.
[关键词]：全息投影技术 投影 虚拟成像
一.全息投影技术及其应用
全息投影技术也称虚拟成像技术，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。全息投影技术是全息摄影技术的逆向展示，本质上是通过在空气或者特殊的立体镜片上形成立体的影像。不同于平面银幕投影仅仅在二维表面通过透视、阴影等效果实现立体感，全息投影技术是真正呈现3D的影像，可以从360°的任何角度观看影像的不同侧面。
全息投影是一种无需配戴眼镜的诺利德3D技术，观众可以看到立体的虚拟人物。这项技术在一些博物馆应用较多；也可做成全息幻影舞台，产品立体360度的演示、真人和虚幻人同台表演、科技馆的梦幻舞台等。应用与广告、展会等产品展示：适合表现细节或内部结构较丰富的个体物品， 如名表、名车、珠宝、工业产品、也可表现人物、卡通等，给观众感觉是完全立体的；还可应用于数码橱窗：一种玻屏成像，设备由特种玻璃、成像膜和触控膜组成，如果无需触控互动则不覆触控膜。在科幻电影中我们经常看到类似的设置，即竖起透明的屏幕上，出现各类数字信息，类似如今的触摸屏手机，观众可以实现的简单操作功能，这里不得不提的是令人震撼的那部《阿凡达》；现在也有一些知名企业的商务会议在会议室应用全息技术，隐藏式设计不妨碍视觉美观，而在会议演示时则极具前沿商务气息。这也是企业追求自身品牌质感的体现；随着该项技术的不断发展，现在的一些酒店客服、运动场馆指引、银行、餐馆等场所也在不断尝试全息展示的应用。
二.全息投影教学仪器设计背景
鉴于目前全息投影技术的广泛应用，其展示物品的直观、形象、立体、透明等优点无疑可以考虑应用在现代大学课堂教学中，作为理工科教师，多年的教学上应用的无非就是：图片、视频、动画、图纸及实物等，仅就《机械制图》课程复杂零件图及装配图讲解上，除动画和三维制图软件应用外，如何利用现有的二维CAD图纸在课堂上生动形象的为学生展示出三维效果，这是一个值得思考的问题。
结合本年度第六届全国大学生机械创新设计大赛的主题“梦幻课堂”，笔者自然想到了如何把该项技术应用在教学仪器设计上。如果学生能够看到枯燥的图纸经过全息投影设备幻化出实物影像，那么上课的兴趣一定会越来越高，在刚刚进入大一阶段还没有掌握三维绘图软件的情况下，这样的课堂教学一定能够更加的吸引学生上课的注意力，因此，一种全新的教学仪器——全影息投影桌被设计并制作完成，它可以实现让教师把要讲授的零件的二维图纸输入到数据库中，通过手机或者平板电脑将图纸投射在全影息装置上，从而形成三维影像，同时该装置还可以上下移动和转动，从而使学生从不同的角度观看到最直观的画面，这样的教学仪器制作费用低、便于操作，具有极好的可推广性。
三、设计方案
全影息投影桌机械部分用来实现投影装置的安放、带动其升降和转动两个功能，因此要实现Z方向的移动和绕其转动两个动作，所以采用了两个直流步进电机，电机1的运动经过链轮链条传动，在链条上固定有一根立柱，在立柱顶端安装转台，当电机1转动时带动链轮旋转，进而转换为链条的传动，于是链条带动其上的立柱实现Z向移动，同时带动转台上下运动，当进行教学演示时使转台升起，不用的时候为了节省空间同时也能保护立柱，转台降下。
同时转台中间轴上安装有电机2，通过一个齿轮二级减速器来实现转台的转动，电机开关设在转台下方，操作方便，从而实现投影装置360度全方位演示投影效果。机械部分结构图如图2所示：
整个机构装在箱体中，转台和立柱在箱体外，投影装置是把4片等腰三角形接收板胶粘成四棱锥形状，用塑料薄片制作相应尺寸的一个支架，用来放置存图纸的手机或平板电脑，使用时先打开电源开关，启动电机1升起转台，把要演示的图纸调出来并把手机或平板电脑扣在支架上（手机和电脑尺寸不同，要制作并使用相应尺寸的支架），经过投影的三维效果即可出现在四棱锥上，开电机2转动转台，可以全方位观看投影效果了。如图3所示：
需要强调的是有专门的软件处理预演示的图纸零件等，需要使用者事先把图纸按要求输入数据库中，有必要的话还要有前、后、左、右四个面的视频文件，通过软件处理后即可进行演示操作了。
四、创新及展望
全影息投影桌首次把全息投影技术运用到了教学仪器里面，达到了很好的展示效果。
今后不仅是机械制图课程里边可以应用该教学仪器，其他机械类课程，比如机械原理、机械设计、力学等课程中的一些传动机构及传递运动的效果，任课教师都可以考虑把图纸录入数据库，采用该仪器为学生展示传动效果等，尤其它还可以把结构较为复杂的零件直观的展示出来三维效果，在展示实体不方便的情况下这无疑比三维彩色图片更吸引人；不仅是机械类课程，像动漫或者一些艺术设计，应用该仪器演示动态效果和设计效果图，让课堂效果更加生动形象，具有很好的可推廣性和普及性；
全影息投影桌机械结构简单，制作成本低，可以根据要演示的内容不同考虑不同的结构尺寸和运动设计，将全息投影技术应用到不同的领域。
参考文献：
[1]赵亮.三维全息影像成像原理和产品探析.科技信息[M].北京，2011年，第4期
[2]李丽柏.3D技术原理及发展状况和前景.无线互联科技[M].北京，2013年，第11期
[3] 濮良贵，纪名刚. 机械设计. 8版. 北京：高等教育出版社，2006.
[4] [美]Neil Sclater，Niecholas P.Chironis. 机械设计实用机构与装置图册. 邹平译. 北京：机械工业出版社，2010.
[5] 曲继方，安子军，曲志刚. 机构创新原理. 北京：高等教育出版社，2001.