三维立体幻影成像、空气立体成像.doc

中国美术学院上海设计学院三维动画与互动设计系王蒙研究生论文论三维立体幻影成像、空气立体成像、三维全息投影技术在展馆多媒体互动实例中的运用展馆及博物馆多媒体互动陈列方式的新形式王蒙目录前言3摘要4Abstract51.当今展馆多媒体互动陈列的趋势与发展71.1 当今展馆多种形式的多媒体互动介绍71.2 展馆多媒体互动技术的趋势与发展92.三维立体虚拟成像在展馆多媒体互动案例中的运用 102.1 三维立体虚拟成像的硬件设备及成像原理介绍 102.2 三维立体虚拟成像的硬件设备与三维视频制作软件的接口问题解析 112.3 三维立体虚拟成像在实例中的运用 123.空气立体成像在展馆多媒体互动案例中的运用 143.1 空气立体成像的硬件设备及成像原理介绍 143.2 空气立体成像的硬件设备与三维视频制作软件的接口问题解析 153.3 空气立体成像在实例中的运用 164.全息投影技术在展馆多媒体互动案例中的运用 174.1 全息投影技术的硬件设备及成像原理介绍 174.2 全息投影技术的硬件设备与三维视频制作软件的接口问题解析 184.3 全息投影技术在实例中的运用 205.增强现实（Augmented Reality）直播追踪技术在影视案例中的运用 215.1增强现实的硬件设备及成像原理介绍 215.2增强现实的硬件设备与三维视频制作软件的接口问题解析 225.3 增强现实在影视实例中的运用 236.楼房建筑3D投影技术266.1楼房建筑3D投影的硬件设备及成像原理介绍 267.总结 288参考文献28前言 本人本科毕业于中国美术学院艺术设计系三维动画虚拟互动专业，现就读于中国美术学院三维动画与虚拟互动专业的研究生硕士学位，同时也在上海三维公司兼职负责制作三维动画。 在全面熟悉三维动画制作全过程之后，有机会接触到了一些关于高科技陈列三维动画视频的项目，例如博物馆内的幻影成像、空气成像与全息投影等。在三维动画技术不断发展的当今时代，呈现方式也在不断的更新，所以在此特地对幻影成像的几种较前沿的表现类型进行分析与研究，从三维视频制作后期与硬件设备的配合与接口，现场陈列三维视频与硬件设备的调试等方面，从美工设计角度进行论述，希望对广大进行3D内容制作的同行们有所帮助。 在信息时代，视频与多媒体发展的黄金时期，幻影成像这块较新的领域必定会有可观的发展前景，在观众、客户等不同人群的审美提升较快的时代，幻影成像、空气成像以及全息投影等高科技呈现方式可以应用在多个领域，如舞台美术、展馆、产品发布会、游戏发布会、明星演唱会等，如今应用到实例的也有较多领域，如世博会，产品广告的现场促销以及明星现场演唱会等，而且较多的视频呈现方式也从单一的展示，到加入了感应互动等技术，适应了潮流的发展，是设计领域的一次革命。摘要 当今的多媒体展现方式多种多样，大多有投影形式、LED电子屏、液晶显示器等，不同的展现方式有不同的优缺点，在本文中会简单的阐述现在一些常用的展示设备，这些常用的设备在三维动画制作中的影响也是较大的，而幻影成像、空气成像以及全息投影，在三维视频制作中，与设备后台操控技术接口的交流则更是必不可少的，在制作中的各环节配合都直接影响着最后实物展出的最终效果，所以在本文我会着重阐述三维动画制作与成像硬件设备后台技术的操作同步性与制作方法。 本文也会对现在流行的增强现实技术进行简单阐述，分析其与全息投影的不同之处，会结合到一些实例，例如大家广泛周知的中央电视台“世界杯豪门盛宴”电视节目中的3D球场效果等实例的制作方法。 幻影成像与全息投影技术在国内已经有了一定实例的运用，像一些演唱会会用到幻影成像，成像出多个相同的人物，世博会的多个展馆（如巴基斯坦馆，印尼馆）更是比比皆是。在NIKE球鞋的发布会上也会运用到一些全息投影技术的来展示新产品，而在空气立体成像这方面国内运用的还是较少的，空气立体成像技术不同于平面的雾幕成像系统，只有在日本、美国等发达国家有较多的应用实例，在国内的上海、广州地区也有空气立体成像较新的案例，本人接触到了这个方面的制作经验，所以在下文中会具体阐述，与广大学者们分享知识与经验。关键词：幻影成像、空气立体成像、三维动画、后台接口、全息投影Abstract The now multimedia development way are many and varied, mostly has the projection form, the LED electron screen, the liquid-crystal display and so on, the different development way has the different good and bad points, in this paper the simple elaboration now some commonly used demonstration equipment, these commonly used equipments in three dimensional animation manufacture influence also will be big, but the illusory image formation, the air image formation as well as the total information projection, in the three dimensional video frequency manufacture, with the equipment backstage control technology connections exchange will be essential, in manufacture various links coordination immediate influence final material object display final effect, therefore I will elaborate the three dimensional animation manufacture and the image formation hardware equipment emphatically in this article Backstage technology operation synchronism and manufacture method. this article will also carry on the simple elaboration to the present popular enhancement realistic technology, will analyze it with the total information projection difference, will unify some examples, for example everybody will widely known by everybody CCTV “World Cup rich and powerful family grand feast” in television program example and so on 3D field effect manufacture methods. the illusory image formation and the total information projection technology in domestic already had certain example utilization, some concerts will use the illusory image formation, the image formation to have many same characters, World Expos many exhibition halls (for example the Pakistani hall, the Indonesian hall) will be everywhere likely. Will also utilize some total information projection technology at the NIKE athletic shoes release conference to demonstrate the new product, what but domestic will utilize in air three-dimensional image formation this aspect will be few, the air three-dimensional image formation technology will be different with the plane fog screen imaging system, only then in Japan, the US and so on developed country will have the many application examples, in domestic Shanghai, Guangzhou area will also have the air three-dimensional image formation new case, myself contacted this aspect manufacture experience, will therefore elaborate specifically in as follows, shared the knowledge and the experience with the general scholars.Key Words: Illusory image formation, air three-dimensional image formation, three dimensional animation, backstage connection, total information projection第一章当今展馆多媒体互动陈列的趋势与发展1. 当今展馆多种形式的多媒体互动介绍当今的展馆陈列方式形式较新内容较多，不再以实体物品展现为主题，大多都是以多媒体放映为主要展现形式来展现，这样有效的节省了展馆室内空间，还进一步的扩充了展现内容和提升了展现趣味性，最关键的是展品的内容（多媒体视频）可以随着时代的进步而不断更新。下面我就对现在国内比较热火比较流行的几种展馆展现方式进行初步介绍。签名留言触摸感应系统是最近比较流行的一种互动方式，经常用于展馆博物馆内领导参观后的签字留言。其技术在以前的普通红外单点触摸屏上新增加了压感感应，是靠增加了电容性的一层薄膜体层来实现的，再在外部加上一层保护玻璃就可以实现了又能单点或多点触摸，又能签名留言的互动功能。地面墙面投影互动也是国内应用较为广泛的一种展现方式，多运用于展馆内的通道中，或者卖场的墙体上。互动投影系统的运作原理首先是通过捕捉设备（红外摄像头感应器）对目标影像（如参与者）进行捕捉拍摄，然后由影像分析系统分析，从而产生被捕捉物体的动作，该动作数据结合实时影像互动系统，使参与者与屏幕之间产生紧密结合的互动效果。（图1-1-1）图1-1-1 地面互动投影系统虚拟拍照虚拟翻书互动技术是博物馆内新发展起来的一种呈现方式，互动性与趣味性都较强，此技术的运作原理是投影一个书的视频内容到站台上，然后点对点支撑红外距离支架感应，红外感应一旦接收到人的手臂挥舞就触动视频动画，播放翻书的效果，以此来达到与观众互动的效果。虚拟拍照原理也是一样，放观众挥动手臂触发拍照按钮。气雾投影（雾幕）技术在上海世博会运用普遍，在展馆通道接口处、科技馆、新产品发布会等场所运用广泛。空气雾幕成像系统包括一台投影机和一个空气屏幕系统，空气屏幕系统可以制造出由水蒸气形成的雾墙，采用背投技术将影像投映至几乎看不见的空气墙中，观看者看到的将会是漂浮在空气中的影像或影片。也被称为空气成像、空气成像、空中立体成像、雾屏成像等。空气投影系统是结合了国外最新技术生产的一套完整的方案，以镭射在空气中成像，不须任何投射屏幕，同时也可以直接在一堆空气中抓来抓去，操作屏幕中的功能，感觉就好像身处电影中的世界一样。若再在空气成像系统上外加点对点红外线感应系统，就可以产生互动，观众在成像上挥舞手臂就能转换视频内容，提高视频展现形式的互动性。超长互动桌、镜面背投显示器与其他展现方式设备的区别在于运用场地广泛和成像原理的不同，互动桌采用的是背投方式加上红外感应设备，由多个投影仪进行拼接完成。镜面背投系统也是由投影仪背投镜面完成，镜面由半透半反材质制作，在房产交易，宾馆等地运用广泛。（图1-2）图1-1-2 镜面背投系统4D影院可以说是现代风靡一时的新型互动形式，从视觉角度讲，采用180度的柱面环幕立体影像它是指银幕保持在有相同圆心的一段弧度上，而不是一个平面（平幕）上。银幕的高宽比例为16 :9，柱面环幕3D物体运动影视范围大为扩展、开阔视野，摆脱了平面视觉束缚，使影视空间和现实空间更为接近，并且可以产生横越、环绕等多种运动方式，从而产生时空变换的感觉。偏振光眼镜和4D特技座椅以及数字音响系统等都是不可或缺的硬件设备。以上所说的只是展馆展示形式的具有代表性的呈现方式，像其他一些沙盘投影，球体感应系统，双屏投影感应系统，LED屏、环形屏幕拼接等多种展现形式在国内发展都比较良好，多种多样的多媒体展现形式都为博物馆，科技馆，商场促销等场所拓宽发展道路，也为不同人群知识普及教育做出了不可磨灭的贡献。2 展馆多媒体互动技术的趋势与发展2010年上海世博会如火如荼的展开之后，各个馆的室内设计得到各界广泛关注，特别是多媒体互动领域，专业人士的讨论学习更是风风火火，世博会变成一个很热门的研究话题，在这样重大的国际性展览会上，多媒体陈列方式的设计已然成为人们关注的焦点。在世博会中国馆、巴西馆、巴基斯坦馆、日本等展馆的设计上：高科技多媒体元素被巧妙的运用在各馆的设计中，通过多元化的组合产生多元化的视觉效果；空间、色彩、照明设计则通过各种硬件后台技术处理，通过科学技术的融入，使其达到了新设计感觉。与以往单纯的单方面展示的不同在于，现在多媒体也加入了更多互动性的设计；新媒体艺术在会展中的运用越来越凸出，通过大量的媒体感应技术打造展馆设计，使观众能参与到展示设计中，让设计变得更加富有趣味性和吸引力。通过世博会这个展示舞台的交流和互动，让多媒体互动设计面向全世界展示，预示着展馆设计将来良好的发展趋势：中国展馆设计正在向多元化、互动性趋势发展，并且通过设计和科学技术的结合向观众呈现出更精彩的设计（图2-1）。总之，博物馆、科技馆等会展展馆设计中，多媒体的进步从较占空间人力的实物展示到环保、信息量大的不同投影技术的视频数据转换；更重要的是，在不停的与观众互动方面托新，加入了光感应，红外感应，声波感应等不同形式的科学技术，综合推动人类文明的进步。图1-2-1 世博多媒体互动展示第二章三维立体虚拟成像在展馆多媒体互动案例中的运用1. 三维立体虚拟成像的硬件设备及成像原理介绍幻影成像是澳大利亚The Shirley Spectra公司的一项针对博物馆、科技馆、展览馆等等进行创意和制作的国际领先的全新展示技术。幻影成像系统是基于“实景造型”和“幻影”的光学成像结合，将所拍摄的影像（人、物）投射到布景箱中的主体模型景观中，演示故事的发展过程。绘声绘色，虚幻莫测，非常直观，给人留下较深的印象。由立体模型场景、造型灯光系统、光学成像系统、影视播放系统、计算机多媒体系统、音响系统及控制系统组成，可以实现大的场景、复杂的生产流水线、大型产品等的逼真展示。图2-1-1幻影成像透明膜为了解释一些专业用词，我就较明了的阐述下设备的使用流程，我就用风靡一时的明星演唱会上演的多个自己，来作为实例解释。最近较红的一位台湾明星举办演唱会的时候，就出现了四个自己，引发歌迷们的阵阵惊呼，假设其中只有一位是本尊，那么其他三个演出的“自己”是不会进行大幅度走动的，并且演唱会舞台的朝向也是有讲究的，这里就用到了我们的幻影成像。上文说道幻影成像是由实景与幻影共同组成的，所以在舞台美术设计上就有考究，在舞台周围一定要摆设较多的道具来增加逼真性，让观众感到“真实的”错觉，演唱会就会摆设较多的鼓，乐器，话筒，让观众觉得真的有个“人”在一个固定的位置演出，将实景布置完善后，在设计好 “人” 演出的位置，加上定好的幻影成像透明膜（图2-1-1），固定在玻璃板上，选用玻璃板固定是因为玻璃的光透射性能高，这样在本尊演出时候同时播放视频影片，就达到分身的错觉，当然幻影成像的投影仪器也是有特别要求的，灰度等级连续、视觉层次感好、立体感强都是必须现场事先调试好的，投影的尺寸现在都可以达到较大的尺寸，距离，周围舞台灯光的配合，音响设备的配合都是需要在演出彩排时候经过多次的调试。图（2-1-2）博物馆幻影成像互动体验近一两年国内的一些博物馆也开始引进国外先进技术，利用幻影成像技术向公众讲述文物背后的故事。幻影成像展示系统主要由实物展示台、幻影成像设备、液压和机械控制设备等软硬件构成。幻影成像的优点在于它不受场地等因素的限制，可以根据场地的大小来调节。幻影成像技术已经在国外广泛使用，在国内的各类博物馆（图2-1-2）、名人故居、百年古镇、历史名街、主题公园、遗址公园、城市规划展示馆等也开始逐渐应用。2. 三维立体虚拟成像的硬件设备与三维视频制作软件的接口问题解析因为我本科与硕士研究的都是三维动画专业的，所以对于三维视频接口方面与对应幻影成像设备的三维视频制作就研究的比较透彻，幻影成像和全息投影有所不同，所以在三维视频内容的制作上不用太过于麻烦，与硬件设备后台的接口不用分三通道，在这里我简单做下介绍。在视频内容上制作肯定是要选择三维动画，二维平面的视频体现不出立体效果与真实感，所以选用的相关软件肯定是以MAYA,3DMAX,等三维制作软件进行制作，或者用搞清摄像机录制后在后期软件里进行加工，想明星一些实体人物的建议用拍摄视频内容为主（图2-2-1），性价比较高，但是当展现内容是一些设计的角色，原创角色，那就必须要用三维制作软件来完成。但是无论是三维软件还是实体拍摄都要注意一点，就是在后期输出一定要是有ALPHA通道的，背景一定要是黑色，这样在现场，背景用现场道具堆积搭建完成，才能与真实场景完美融合。要是用三维软件进行制作的话，真实感和细节度也是有较高要求的，在建模方面就建议高模制作，采用ZBRUSH软件来完成，在渲染与添加灯光的时候更是需要谨慎的讨论，建议与现场现实的灯光照明配合，室内室外，白天黑夜都有所不同，在渲染时候，为了达到与现场的真实融合，建议用MAYA的mental渲染，或者用3DMAX的V-RAY渲染，较为妥当。图（2-2-1）漫画明星演唱会在设计团队制作完成视频影片后，将带通道背景为黑色的影片移交给设备商，经过设备后台程序的调试，因为有些高端设备不是采用WINDOWS播放系统的，需要有程序来播放，然后双方再到现场进行调试，这样，欢迎成像的整套系统可以说初步完成了，之后一些维修，灯泡的调换都比较方便。对于三维软件制作上我就不进行具体解释了，国内在三维制作上也有一定的成熟度，许多国外的项目也会部分外包到国内，市场潜力较大，再加上阿凡达的引领，三维视频互动的领域，已经春意盎然。3. 三维立体虚拟成像在实例中的运用图（2-3-1）幻影成像舞台剧，背景为道具，人物舞蹈为视频内容制作后的幻影成像接下来我就会用一些国内已经运用过的实例来进行阐述幻影成像在实例上的运用。在国内，上海、广州以及北京在幻影成像技术上有较成熟的运用，幻影成像技术可应用的领域有各类博物馆、名人故居、百年古镇、历史名街、主题公园、遗址公园、城市规划展示馆、图书馆、科技馆、档案馆、娱乐厅、展览会、博览会、名山大川等等。目前国内外有影响的博物馆大量采用现代展示技术，挖掘历史文化、民俗风情、历史典故、民族旅游热点、亮点，吸引了大量游客，促进相互发展，达到了双赢和多赢的效果。虽说幻影成像能较真实的反映出视频内容在现实场景中的效果，但是不是说幻影成像就是完美的了，由于光的直线运动规律，投影在玻璃膜上的影响反射到观众眼球的过程中光都是走直线路径的，所以在现场呈现效果的时候，完全正面的观赏场景是效果最佳的（图2-3-1），理由很简单，无论是玻璃膜的摆放位置，还是视频内容制作时候拍摄的位置、三维软件制作时候摄像机摆设的位置，都是以正面观赏的角度制作的，所以如果现场观赏时，观赏角度是位于玻璃膜的较侧面的话，就很容易穿帮，发现投影介质的存在，图像也就会产生视觉上的变形，基本职能看到侧面的一块玻璃膜。所以在现场布置观众位置的时候，需要有统一的朝向性。现在在演讲以及产品发布会上幻影成像也得到广泛的运用（图2-3-2），更具有革命性的就是，红外感应也运用到了幻影成像系统中，用感光或者单多点触摸来激活不同的视频内容，让幻影成像的内容更具有互动性，趣味性，也更好的融入了现实场景中。幻影系统加入了红外感应系统之后，就不方便吧透明玻璃膜做的太大，可以进行互动就足够了，然后按照互动的方式选择红外感应的类型，一般不匹配幻影成像采用电容触摸感应，也就是在其上再贴一层感应膜，逻辑上的组合就是，红外电容感应透明膜、幻影成像投影的成像透明膜、透明固定用玻璃板三种材质组合成幻影成像的成像媒介，顺序必须保持正确才能正常运行，这点非常重要，材质之间的捏贴也需要专业年贴，不能起空气泡。图（2-3-2）解说员与幻影成像系统互动总之幻影成像系统已经在国内有了初步的发展，市场的潜力也得到了认证，是多媒体展现技术的一次革命，而且他将推动各人群审美品味的提高。第三章空气立体成像在展馆多媒体互动案例中的运用1. 空气立体成像的硬件设备及成像原理介绍空气立体成像可谓为展览展示设计领域注入了新鲜血液，是属于较新的科技方式展现多媒体内容的设备，很多人会误认为雾幕就是空气立体成像，其实在硬件设备上有本质的区别的（图3-1-1），他的真实感，清晰度都有较大的区别，空气立体成像在国内还找不到代理商，该设备的喷雾设备比较特别，对于水分子发射布局，和水珠直径都有非常高的要求，在现场观赏时基本发现不了水分子颗粒的运动，以镭射在空气中成像，不须任何投射屏幕，同时也可以直接在一堆空气中抓来抓去，操作屏幕中的功能，感觉就好像身处电影中的世界一样。图（3-1-1）空气立体成像与雾幕的视觉区别空气立体成像是一种全新的空气成像设备。这套系统包括专有的投影机和基本零件，一套投影系统包括一台投影机和一个空气屏幕系统，空气屏幕系统可以制造出由水蒸气形成的雾墙，投影机将画面投射在上面，由于空气与雾墙的分子震动不均衡，可以形成层次和立体感很强的图像。该设备是利用海市蜃楼的成像原理借助空气中存在的微粒将光影图像呈现。使用一层很薄的水雾墙代替传统的投影幕，使您能在该屏幕影像中随意穿梭，达到真人可进入视频画面的虚幻效果。使用雾化设备产生大量人工雾，结合空气流动学原理而制造出来的能产生形成平面雾气的屏幕，再将投影设备投射在该屏幕上，便可以在空间中形成虚幻立体的影像，形成一种三位空间立体图像，给人一种新的立体视觉享受，其影象给人的感受如同人行画中，画在人中，亦真亦幻，如置身仙境身处瑶池般。忽隐忽现，神秘诱人的特性开发一些令人称奇的展示项目。在迷茫的雾屏上，放映如幻似真的神话故事。该技术现在也只有在日本与美国有过展示，将带给观众前所未有的视听体验。2. 空气立体成像的硬件设备与三维视频制作软件的接口问题解析至今在日本，空气立体成像大都是在新产品发布会的时候用来展出产品，可以体现出 产品本身的时代感，科技感，所以在视频内容上，大多都是用三维软件制作，不采用摄像机实拍，因为三维软件更能体现产品的质感，光泽度，线条的流线型。所以一下着重讲述一下空气立体成像对应的三维软件制作。 、在三维软件中，现在3DMAX应用的范围比较广，因为此软件数据库较全面，对于做一些室内装修，建立产品模型操作性能非常成熟，而MAYA在制作上则要求较强的逻辑，更偏向于表达式编写的能力与动画制作上时间空间的规律感觉，无论用哪款软件，个人建议高模高贴图，MENTAL RAY渲染时必须添加光能传递和全局光的设置，因为空气立体成像是靠的水气成像，所以在亮度上必须保持高亮度，不然可能会有偏淡，对比度比不过周围的实景难以突出的情况。影片在三维制作中灯光亮度控制，和现场空气立体成像投影仪的流明度都要配合起来调试，达到较强的光线输出效果，才能在空气中形成明显图像。图3-2-1 带ALPHA通道的渲染举例在三维软件制作中，除了较真实的效果制作追求外，动画方面其实越简单大气越好，不用太复杂，如果是产品展示只要360度旋转动画或者位移动画即可，简单大气才显得尊贵。同样我们在制作角色动画时，背景的设置还是有严格的要求的，必须是黑色的，必须要分层渲染带ALPHA通道（图3-2-1）输出才行，因为在空气中成像是只有角色动画，其余全部透明来进行展示的。图3-2-2 欧洲立式空气立体成像测试在喷雾机器的形式与规模上，美国现在也在不断的研发创新，有走入房门式的，展台式的等等（图3-2-2），并且在空气立体成像系统中加入了感应互动系统，这对我们在三维视频与硬件设备后台接口处又多了几道需要注意的程序。在三位后期输出时必须准备互动时所用的多断动画，由人的手移动到喷雾机上方时，红外感应系统激发视频内容的变换，这样使得在展出时与观众达到较好的现场互动趣味性。分开的视频内容必须按照同样的规格和比例位置锁定后，交给后台采用程序播放。还要补充的内容就是空气立体成像系统所需要的水量也是非常节约环保的，平均每以公升的水可以供展出5个月的正常运行。3. 空气立体成像在实例中的运用空气立体成像在国内其实还未得到较广泛的应用，因为在前几年时间里国外的经销商来国内未得到理想销路后，近几年国内若要使用空气立体成像设备都需要直接对话国外厂家进行采购，程序上较为复杂。空气成像欧洲也位于测试阶段，其空气水分子的直径将不断更新设计到非常细，人的身体若是经过气雾机，基本感觉不到有水汽喷射的感觉，设配的用途优势在于展现单个产品，所以不适合有太多的视频内容，适合在新产品发布会，展馆等室内区域，光线也较为适合。图（3-3-1）空气立体成像产品展示测试不过空气立体成像这款占地空间小，传达内容丰富，更新便捷的展现方式，肯定会在国内得到广泛应用（图3-3-1）。第四章全息投影技术在展馆多媒体互动案例中的运用1. 全息投影技术的硬件设备及成像原理介绍全息投影技术是最近较火的一种展示科技，“全息”这个名词也成为科技潮流的代言词，很多观众当看见不同的幻影成像都会称之为全息投影，这里我就先做下全息投影技术的原理、分类以及成像原理介绍。全息投影一共分为两大类，第一种类就是我们经常看见的底部有大黑盒子，上半部分是多方向镜面组成折返的全息投影箱（图4-1-1），其名四维光影幻像360度简称360四维幻像，是盛世光影光影系列产品之一。由外型机柜，立体投射镜，立体图像播放设备、显示设备组成。立方体外形机柜边长可为0.8m到2.4m范围内的各种型号，立体图像尺寸可达2m。该设备基于立体投射全息投影成像原理，通过立体幻像仪的处理，产生悬浮于空中的三维光影效果。所成图像亮度高、对比度高、无畸变、立体感强。在四维幻像中，立体成像范围以视觉类不限。该展品独特性在于360度观赏效果一致，都具有逼真感与立体感，无论从哪个一角度看均能达到一致效果。TMAX 360度全息幻影成像系统是利用光学原理，将3D影像悬浮在柜体实景装置中的成像系统。TMAX 360全息成像也被称之为三维全息影像、全息三维成像，观众的视线能从四面中任何一面穿透它，通过折射和反射，观众能从锥形空间里看到自由飘浮的影像和图形，形成具有真实维度空间的立体影像。人们在完全没有束缚下就可以尽情观看3D幻影立体显示特效，给人以视觉上的冲击，具有强烈的纵深感。图(4-1-1) 全息投影成像原理以及外观展示TMAX 360全息幻影成像系统由柜体、成像镜、显像设备、视频播放设备组成，基于成像镜成像原理，通过对产品实拍构建三维模型的特殊视觉技术处理（图4-1-1），然后将拍摄的的产品影像或产品三维模型影像叠加进场景中，构成了动静结合的产品展示系统。图（4-1-3）高速旋转的镜面反射台结构图（4-1-2）研究人员研制全息投影除了第一种用镜面折返的全息投影外，南加利福尼亚大学创新科技研究院的研究人员目前宣布他们成功研制一种360度全息显示屏，这种技术是将图像投影在一种高速旋转的镜子上从而实现三维图像，只不过好像有点危险（图4-1-2），它的成像原理是由顶部投影仪垂直投影，底部是由一个60度斜面角的玻璃反射台（图4-1-3），可以高速旋转，以至于多角度成像，不过此款全息投影技术还不成熟，因为他的成像方式比较耗电，危险性高，耗损率达，而且成像大小完全取决于三角镜面台的大小，所以此款全息投影技术还没有得到广泛的应用，但是他的研究成果充分体验了科研人员智慧的结晶。2全息投影技术的硬件设备与三维视频制作软件的接口问题解析全息投影的视频内容在三维软件里制作就有较高的要求，较严谨与专业的制作，一下解析的均以MAYA三维软件为住，相信与3DMAX制作中大致相同，只是操作系统与方式略有差异，相信学者们可以融会贯通。首先特别注意的是立体摄像机的设置，在此，对于模型、贴图、灯光、等前期细节就不做进一步研讨了，着重强调的应该是全息的特别制作须知，所以立体摄像机是全息视频制作中最重要的。在后期硬件设备后台程序接口处会要求我们三维制作者输出360度每60度或者每90度输出相同时间的影片，通俗的讲就是一个产品展示影响的多个角度视频。拿在三维软件中，我们就需要每60度各个方向摆设一个摄像机进行渲染输出，但是如果产品有位移动画或者旋转动画等复杂动作，我们如何做到多个摄像机同步而且平稳的进行跟踪拍摄呢，我个人的解决办法与大家分享，就是曲线创建一个圆，把曲线圆的中心与产品模型的中心吸附在一起，谈后把曲线切换到点模式，再把每架摄像机的中心P到曲线的点上，这样一个曲线圆是父级，摄像机是子级，相对于产品模型，需要演示动画的产品模型是父级，曲线圆是子级，逻辑上就是，模型控制曲线，曲线控制摄像机，这样无论是产品的位移动画，还是旋转动画，他的360度都可以被各个方向的摄像机所拍摄到，输出的时候衔接可以无懈可击。有些制作者会提出，在渲染的时候反复的渲染不同摄像机比较麻烦，如果每个摄像机渲染一系列序列帧，要反复设置反复渲染，这里介绍一款MAYA不错的插件，RANDER MAN插件，它可以同时渲染多台摄像机序列帧，而且自动分好文件夹，RANDER MAN插件与安装接口方式网上都有，可以下载。还有一个事一直以来都要强调的问题，就是在北京ALPHA通道的处理上，一定要明确，因为全息投影展现技术，一般是以单个产品展示，所以背景必须是黑色纯色，背景和产品模型一定是要两个ALPHA通道，才能在后台处理，后台技术可以把不同通道不同摄像机，用程序在全息黑箱里播放，通过镜面折返就形成了全息成像技术了，当然，以上说大家常见的全息投影技术，并非还未得到普及的全息技术后台接口。在现场的调试也是达到完美全息投影不可或缺的步骤之一，因为三维软件内的灯光设置于现场的自然光，全息照明光之间的配合都是高要求的，因为全息投影就是光的艺术，所以在光的处理上必须非常严谨。全息投影一般在室内效果会比室外来的好，所以建议在三维软件中或者在投影仪的流明上增加光的强度，自然周围的环境灯光，越暗效果越好。3.全息投影技术在实例中的运用全息立体影像无疑帮助诸多场馆轻松营造了身历其境的逼真影像世界，也吸引了更多的人气，真正令“不出国门游世界”的世博理念得以梦想成真。全息投影技术不仅能呈现真正的3D影像，让人们可从360的任何角度观看影像的不同侧面，而且还可以使幻像与表演者产生互动，一起完成各种表演，产生令人震憾的演出效果。全息投影是当今一种最时尚的产品展示和市场推广手段，在很多大型购物中心、专卖店、展览馆等等场所都能看到它的神奇效果。表明全息投影技术在未来还将会得到广泛应用。2010年最受全球关注的国际盛会毫无疑问是上海世博会了。全息立体投影技术也是多个世博展馆采用的展示技术。它能使立体影像出现在空气中或特殊的立体镜片上，和普通三维图像不同的是，全息投影呈现的图像具有“视差”，视差的存在使观众可以通过前后、左右和上下移动来观察图像的不同形象，感觉有一个真实的物体在那里。 全息投影是一种无需配戴眼镜的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、舞台之上的应用较多，而在日本的舞台上较为流行。日本舞台的全息立体投影设备不是利用数码技术实现的，而是24个环形的投影设备将不同角度影像投影至中心的特殊棱镜上，棱镜使用特殊的视觉角度屏蔽技术，让你看不到不属于你自身角度的其他图像，因而实现了真正的全息立体影像。 在四川馆，“城市的历史和文明”展区的假山上有一个环形膜投影装置，就采用了全息投影技术。通过这个投影仪，游客能看到三星堆遗址的多种珍贵文物，如大眼阔鼻的金面罩青铜头像、身材颀长的青铜立人像。在广西馆的“钻石空间”展区，设置的全息影像系统能让游客看到广西首府南宁的地王大厦、南宁大桥等标志性建筑的立体影像。它们还可以上下翻转，并不断由小变大，给人以强烈的视觉冲击力。来到震旦馆，那里是世博园里应用全息技术最多的展馆。40余件珍贵玉器通过我国自主研发的全息影像技术，逼真地呈现在200多平方米的展区内，令人叹为观止。在安徽馆还可以欣赏全息投影的“黄梅戏”或在湖南馆观看“魔比斯环”演绎的“桃花源里”后，随后更可以在日本、安哥拉、泰国等多个场馆亲身感受特别增加了各种触觉感官刺激的全息立体“体验”影像。相信全息投影技术在生活以及艺术道路的创作上会得意更广泛的应用，例如何以运用到游戏行业，电影产业，旅游等更多周边生活领域，让时代更富有科技感与未来感。第五章增强现实直播追踪技术在影视案例中的运用1. 增强现实（Augmented Reality）硬件设备及成像原理介绍以前大家经常听说有VR虚拟现实，是在多媒体中虚拟现实的场景进行互动，由于最近2010年南非世界杯，CCTV直播室“豪门盛宴”节目，采用了增强现实的3D立体球场来直播介绍球场与球员，让广大观众对此技术产生了浓厚的兴趣。对于CCTV直播间的实例，下面我会做具体介绍，现在先来阐述一下增强现实的发展历史以及他的具体操作原理。其实简单的时候，增强现实就是用虚拟的三维结合到现实中来，也就是所谓的实拍加三维制作，这并不新鲜稀奇，但是现在技术就是可以做到能直播，这是要求非常高端的摄像技术的，先来介绍下增强现实的一些背景资料。增强现实一共分为三套系统，显示器，跟踪器以及移动计算能力系统，这三方面的配合，可以采用在电视节目直播上也可以采用在头戴眼镜式显示器来虚拟漫游都可以，在此我们讨论比较新的技术，现场直播的增强现实，人们对增强现实的研究是从1990年代初期开始，当时需要昂贵的硬件设备。随着个人电脑的性能不断改进，2007年左右AR的概念开始逐渐的在专门的研究者之外流传开来。现在小型照相设备的高解析度化，以及各种Sensor的发展，移动设备上也可以实现增强现实。HMD设备的进化，越来越接近实用，所以头戴式显示器进行虚拟漫游的技术已经较为成熟之时运用不广泛而已。关于电视直播的增强现实又称直播MARK追踪技术，我来具体说一下他的运作原理，加入说是重播，那在电视影视中有三维技术运用不足为奇，只要用后期的NUKE或者AE就可以合成完成，尚若是直播时，摄像机不运动，画面中同样出现了三维技术的模型，那也不足为奇，只要在直播最后的ALPHA通道中双图层叠加就可以，但是现在的科技已经达到直播室，无论现实摄像机如何的运动，电视机前的观众都是可以清楚的看见影视画面中的三维技术模型的各个角度，原理在于，后台制作者，按照原比例在三维软件中建立了一个一模一样的直播间，再把三维软件中的摄像机程序绑定到现实生活中拍摄的摄像机，现实生活中的摄像机与被拍摄的物体，在三维软件中三维摄像机与被拍摄物体的模型的都是一比一的，运用这样的跟踪技术与程序，把三维软件中摄像机记录下来的单个模型，合成到最后现实摄像机拍摄下来的纪录片中，这样增强现实技术就达到了完美实现，CCTV“世界杯豪门盛宴”（图5-1-1）就是完美的运用了增强现实技术达到了现实直播间增加了三维虚拟球场，这图（5-1-1）增强现实现场与后期三维合成直播效果对比一技术。但是本技术也不是没有缺点，一个较为突出的缺点就是，直播的现场时看不见三维软件中制作的三维模型在现场出现的效果的，只有电视机前面的观众可以看到直播合成的现实与三维模型的完美合成，所以这就要求现场直播主持人的完美平配合与“演出”。5.2增强现实的硬件设备与三维视频制作软件的接口问题解析关于增强现实技术这方面，三维软件制作人在操作上需要较高的现场应变能力与时效性，首先增强现实现阶段也是不采用大范围的，大空间的应用三维技术来充实现场环境，还是以展示单个产品为主要手段，所以在单个对象的制作上，需要花大心思，所以关于模型的制作这里不做过多的讨论，关键在于动画方面需要着重解析，在现场直播的同时，互动动画是不可或缺的，既然现实的摄像机与三维软件中虚拟场景中的三维摄像机已经进行了程序绑定（图5-2-1），那么如何实现动画上的同步呢，当然是实现做好动画关键帧后，在程序操控下进行实时渲染播放，这样，在动画的同时，摄像机还能360的渲染拍摄，达到了观众视觉上的错觉，以为是现场所造成的全息效果，当然，上文我们已经解释了全息的真正含义，所以在较大的直播间里，显然全息投影是不容易实现的，所以电视机前的观众朋友们所看见的是增强现实技术，在下文实例中会着重解释现场的运作案例。在三维软件中还有一项是需要着重注明的，就是，增强现实是在三维虚拟场景中的实时渲染完成的，直接在直播后期合成后直接播放，所以不需要考虑最后的渲染输出，但是在场景内的灯光，就有相当大的要求，要求未渲染前就达到较好的模拟现实生活的灯光水平，所以在灯光上必须参考参照现实直播现场的灯光来进行灯光制作。图（5-2-1）三维软件中的摄像机绑定其余的就是多喝现场的摄像师以及导演进行高强度的沟通，何时需要播放动画，何时开始或者何时撤销，都是需要在导演的安排下完成现场操作的，所以还是需要一定的应变能力，以防出现软件以外问题。5.3 增强现实在影视实例中的运用在此就用刚结束的2010南非世界杯CCTV现场直播间“豪门盛宴”栏目组运用的现场直播增强现实的技术来进行剖析。同上文所述一样，首先三维制作人员会精确的测量豪门盛宴现场直播间的各个空间的数据，室内的长宽高以及地面墙面天花板的各种材质，因为这些材质，以及空间的大小会直接影响到灯光的光能传递的不同，所以这是一项必须细心投入的工作。在此三维团队会在直播间的中心舞台进行细致测量，来考虑放置三维体力球场模型所需要的空间，不能这当到主持人，也不能太小，也必须考虑到与地面的距离，因为在最后会制作在地面上的投影，所以各项测量都是必须非常精确的。到了上机步骤后，与其他三维短片制作一样，开始用CAD完成的工程图制作豪门盛宴的现场场景，已经对三维球场进行设计，之后就是开始一些列的材质，纹理，贴图的制作，最后按照现实直播间的灯光进行三维软件场景内的灯光设置，最后，也是最关键的，就是三维软件内的摄像机绑定工作，在于现场摄像机的位置同步摆设号之后，用程序控制绑定，三维摄像机随现场摄像机运动，且需要出现三维虚拟球场的时候进行动画播放，在最后的直播中合成。所以比较大的一个挑战就是现场主持人与三维增强现实技术的一个配合，当节目进行到虚拟球场出现时，虽然现场人员是看不见虚拟球场的，但是主持人必须表演出介绍球场的姿态，因为直播合成后，成千上万的电视机前面的观众是看得见的，所以大家不要再猜测豪门盛宴是什么技术实现的，我在视频中截取了一张单帧照片，可以说明主持人现场是看不见虚拟球场的（图5-3-1），现场主持人不经意的穿越路过了虚拟球场出现的舞台，属于现场与三维增强现实配合上的一个失误，当然，现场全息投影技术的说法自然不同而破了。图（5-3-1）现场主持人看不见增强现实技术后的失误穿越一旦研究人员克服了目前所面临的各种挑战，增强现实将很可能遍及我们生活的各个角落。它可能应用到几乎所有行业中，包括： 维修和建设这很可能是应用增强现实的第一个行业。可以将标记器连接到人们正在施工的特定物体上，然后增强现实系统可以在它上面描绘出图像。这是一个比较简单的增强现实形式，因为系统只需要知道用户相对于他看到的物体所在的位置，而不必跟踪那个人的确切物理位置。 军事军队数十年来一直在设计使用增强现实。事实上，美国海军研究所