专利名称:透明框罩计算机图像反投影系统的制作方法
技术领域:
一种计算机图形图像显示装置,主要用于替代展览馆和博物馆内的展版、橱窗,室外大型广告栏、宣传栏、大型电子显示屏,以及用作虚拟环境艺术设计的载体。
2在现实环境中创建一种立体而又透明的虚拟环境艺术载体——建筑式透明框罩,建筑式透明框罩是展览用透明框罩的变形和扩大,但多了些可供游人进出的“门窗”和一个浮舱,既可以耸立在地面上,也可以漂浮在水面上。通过投影机能够向建筑式透明框罩投映计算机制作的虚拟雕塑、虚拟建筑、故事动画、影视作品、立体广告、科普和道德宣传内容等等,还能根据观众和市场的需要实时更新显示的景象。这种景象是由计算机控制的,既可以是静止的,也可以是动态变化的;既可以是今天已有的,也可以是历史或未来的;既可以是自然存在的,也可以是我们头脑中幻想出来的。这种景象既是现实的,又是虚幻的,给人以似梦非梦、朦胧曼妙之美,而且观众还能够深入到虚像中间去“游览”。以商殷废墟为例,我们只要在商殷故都建筑废墟周围树立若干开有门洞的建筑式透明框罩,通过投影机把电脑模拟的原建筑的图像,投影到透明框罩的幕墙上(每一面幕墙上都应显示物象的正投影),就能在废墟上再现3300多年前的殷都原始风貌,还能“有声有色”地重现商殷社会的世风民俗,观众可以经由门洞走进虚拟景象之中,体验当年商殷君臣庶民的生活。同样,我们也能够很经济、很方便地在圆明园的废墟上、纽约世贸大厦的废墟上再现昔日圆明园、纽约世贸大厦的辉煌和繁华,任凭观众身临其境去追忆,去凭吊。
本实用新型所采取的技术方案我们知道。光在光密媒质中的传播速度小于在光疏媒质中的传播速度,因此当光从光密媒质进入光疏媒质,或者从光疏媒质进入光密媒质时,都将发生折射现象。应用这一原理,我们可以把自然的或人造的物象,以光为载体通过空气传播到比空气密度大的透明媒质上,就能够形成物象的虚像。又因为这种光密媒质是透明体,所生成的虚像不仅是如梦如幻、晶莹剔透的,而且未被反射或吸收的光线可以透过这种光密媒质传播到人们的眼中来,使站在透明光密媒质背后的人也能看到虚像。
本实用新型主要由投影机、反光镜和透明框罩构成。其工作原理如下在计算机数据中心的控制下,投影机把计算机和摄像机制作的图像投射到反光镜上,反光镜把投影机投射来的虚像,二次反射到透明框罩的图像显示区域。二次反射使得投影的光程延长一倍,在透明框罩的有限投影距离内获得了充分大的显示图像。
本使用新型跟一般投影系统不同,一般投影系统观察者跟投影机处在图像载体的同一侧面,而本实用新型观察者跟投影机分别处在图像载体的前后侧面;同时,图像从发射源到载体经过二次投射,因此我们把它叫做“反投影”。
本实用新型的主体是透明框罩。透明框罩可以分为展览用透明框罩和建筑式透明框罩两种实施方案。它们在结构和用法上都是差不多的,具有共同的实质性技术,只是后者体积较大,多了某些附件而已。计算机和投影机在反投影系统中虽然是图像的来源,是本设计的根本,但是它们是已经非常成熟的现有技术,本实用新型只是加以应用而已,不属于本实用新型保护的技术特征,故不详加说明。
为了制造和布展上的方便,展览用透明框罩应该做成单元化的结构,再由透明框罩单元连接或镶嵌成展厅和展馆的墙壁、天幕和隔板。
展览用透明框罩单元的外观可以做成各式各样的形状,一种典型的矩形透明框罩单元的结构如附
图1所示,一种典型的曲面透明框罩单元的结构如附图2所示,其主要结构有①透明框罩,用高强度、耐磨损、无毒、质轻、耐高温、耐腐蚀、透明的高分子合成材料(如有机玻璃、聚碳酸脂等)制成,至少有两个较宽的垂直表面(我们称它们为前后幕墙)用来显示图像,不显示图像的左右两个幕墙则尽可能做得窄一些;②非图像显示区域,前后幕墙上边和下边可以留出两小块不透明区域,用来隐藏安装在框罩内的投影机、反光镜等器件;③图像显示区域,前后幕墙中部广大区域必须是透明的,用于从内部投映计算机和摄像机制作的图像;④反光镜,安装在前后幕墙上部的间接投影装置,负责把对面幕墙下部的投影机投射来的影像,二次投射到对面幕墙的图像显示区域,镜面应尽可能地光洁,以求把接收到的光线完全反射到透明框罩的图像显示区域⑤投影机,前后幕墙都应该配备1台以上的跟计算机相连接的投影机,分别搁置在对面幕墙下边,镜头要对准对面幕墙上部的反光镜,按照计算机的指令,把计算机和摄像机制作的图像投射到对面幕墙上部的反光镜上。
建筑式透明框罩跟展览用透明框罩相比,只是大小和形状有所区别,多了些许附属物而已,基本结构是一样的。附图3所示的,是一种既可以放在陆地、也可以停泊在水面的典型的建筑式透明框罩计算机图像反投影系统的结构示意图①为透明框罩,因为其内部空间大,前后左右4面幕墙的整体都能够用做图像投映区域,在每面幕墙的适当位置开有1个以上的门洞;幕墙上最好布满小孔,一可以减少重量,二是利于通风抗风。②为门洞,假如透明框罩树立在陆地上,其门洞可供游人出入;假如透明框罩搁置在水面时,则禁止游人上下,只允许工作人员因公出入。③为浮舱,中空,四周密封,以降低整个框罩的平均密度,当透明框罩在水面时,因浮舱侵入水中的部分排开框罩同等重量的水而产生向上的浮力;当透明框罩树立在陆地上时,浮舱可做成台阶。④为投影机,每一面幕墙都应该配备1台以上的跟计算机相连接的投影机,分别搁置在浮舱的对面幕墙下边,镜头要对准相应的幕墙;因为内部空间大,一次投映就能获得足够大的显示图像,所以可不必配备反光镜,投映机按照计算机的指令,直接把计算机和摄像机制作的图像投映到对面整个幕墙上。
建筑式透明框罩不管是树立在陆地上,还是漂浮在水面上,都有一个抗风、抗震、抗冲击的问题。投影机搁置在浮舱中,同时能起到降低重心、提高稳定性的作用。假如稳定性还不够的话,可在浮力中心即浮舱的中央部分搁置适量的压舱重物。放置在水面上的建筑式透明框罩,可用链索或锚固定它的位置。远离人群,体积较小,轻巧的建筑式透明框罩,也可用结实的氢气球吊挂到天空中,而且氢气球本身就可以代替建筑式透明框罩用作图像的载体。
因为建筑式透明框罩一般体积都很大,不可能一次成型,各面幕墙和浮舱都应该分割成若干小块即单元来制造,然后由幕墙单元或浮舱单元粘接成完整的幕墙或浮舱。
本实用新型的有益效果是1.不用实物布置,有利于珍贵文物和艺术品的保护。
2.展示的图像既可以是静止画面,也可以是图、文、声并茂的电脑动画、电影、电视等活动画面。而且图像是轻盈通透、朦胧曼妙的,能给入如梦如幻的视觉感受。
3.能够随时切换图形图像,点一点鼠标就能根据观众的需要瞬间更换展示的内容,而且每一帧图像都可以反复使用成千上万次。
4.展览厅,博物馆的天幕、墙壁、隔板都可由若干透明框罩单元镶嵌而成,以形成全方位的立体图像显示空间,而且可以构建陆地或水上的大型虚拟雕塑、虚拟建筑、甚至科幻和神话世界等等虚拟环境艺术作品。更重要的是能够立体地再现具有重要纪念意义的历史景观,并能让人们走进图像中,体验其中的情与境,这是任何现有平面电子显示器件没法儿做到的。
5.适用的场所非常广泛,几乎没有禁区,除了展览厅、博物馆、室外虚拟环境艺术之外,还可用于历史遗址、风景名胜地、旅游景区、公共娱乐场所的装潢和美化,宣传广告以及舞台布景等等。
6.本技术还有一个其他电子显示装备及宣传广告无法比拟的优点,那就是造价极其低廉,一次投资,持久使用。
附图2是曲面展览用透明框罩计算机反投影装置单元的示例。其中左上为主视图,左下为俯视图,右上为A-A断面图。
附图3是典型的建筑式透明框罩计算机反投影装置的示例。其中左上为主视图,左下为俯视图,右上为左视图,右下为A-A剖面图。
附图4是典型的建筑式透明框罩计算机反投影装置的立体示意图。
附图5是矩形展览用透明框罩计算机反投影装置用于画展的参考图。①为前面幕墙显示的画作,②是后面幕墙显示的画作(只露出一部分)。
附图6是建筑式透明框罩计算机反投影系统用于水上虚拟图像的参考图。这只是一个简单的例子,一座城池,一场大战,一个盛典、宇宙星空、神话世界…任何壮观的景象都可以虚拟出来。
实现本实用新型的最好方式(一)制造展览用透明框罩最好的方式是1.首先依据展览场所的需要,参考
图1、图2设计好展览用透明框罩单元各面幕墙(包括上底和下底)及反光镜的形状和尺寸。
2.按照设计,选用厚4-6mm的透明的有机玻璃或聚碳酸脂板材,切割出透明框罩单元的各面幕墙。
3.按照设计,制造反光镜,也可以直接从市场选用适合的反光镜,并把2面反光镜分别安装在前后幕墙内侧的正上方。
4.用高强度的无毒粘接剂把上下前后幕墙粘接在一起,左右幕墙可做成镶嵌式的活动幕墙,或者用普通透明胶纸把左右幕墙的4角同上下幕墙粘连在一起做成可拆卸幕墙。
5.根据需要选购适当亮度、对比度、功率、分辨率、投影距离、投影面积的投影机,每个透明框罩单元搁置两台投影机,分别安装在前后幕墙内侧的下部,镜头对准对面幕墙正上方的反光镜,并通过电缆同计算机数据中心连接在一起。
6.反复调整好投影机镜头和反光镜的倾斜度,使之把最清晰、最完整、充分大的图像投映到前后幕墙的图像显示区域。
7.用透明框罩单元连接、镶嵌而成展厅的天幕、墙壁、隔板等。
(二)制造建筑式透明框罩最好的方式是1.首先依据环境景观的需要,参考图3、图4设计好建筑式透明框罩各面幕墙单元以及浮舱单元的形状和尺寸。注意各面幕墙要开有墙洞和通风抗风用的小孔,而浮舱单元必须是密不透气的。
2.按照设计,制造幕墙单元以及浮舱单元的模具。
3.用高强度、无毒、质轻、耐高温、耐腐蚀的透明高分子合成塑料、合成纤维(如有机玻璃、聚碳酸脂或玻璃钢等)分别制成各个幕墙单元以及浮舱单元。
4.用高强度的无毒粘接剂把幕墙单元粘接成每一面幕墙,把浮舱单元粘接成密封的浮舱。
5.根据需要选购适当亮度、对比度、功率、分辨率、投影距离、投影面积的投影机,每个建筑式透明框罩内搁置4台以上投影机,分别安装在每一面幕墙内侧下部的浮舱内,镜头对准对面幕墙,并通过电缆同计算机数据中心连接在一起。
6.反复调整好投影机镜头的倾斜度,使之把最清晰、最完整、充分大的图像投映到对面的幕墙上。
权利要求1.一种透明框罩计算机图像反投影系统,由透明框罩、投影机、反光镜以及浮舱构成,其特征是透明框罩由4面透明幕墙及上底、下底构成,2面以上幕墙的上部装有反光镜,下部装有跟计算机相连接的投影机,投影机镜头对准对面幕墙或者对面幕墙上的的反光镜,投影机把计算机和摄像机制作的图像直接投射到对面幕墙的图像显示区域,或者通过反光镜间接投射到同一侧幕墙的图像显示区域。
2.权利要求1所述的透明框罩计算机图像反投影系统,其特征是透明框罩搁置室外时,幕墙上开有可供游人出入的门洞和通风抗风的小孔。
3.权利要求1所述的透明框罩计算机图像反投影系统,其特征是浮舱中空,四周密封,用来承载搁置在水面上的透明框罩。
专利摘要一种计算机图形图像显示装置。为了克服现有展览和广告设施需要布置实物、不便更换内容或造价昂贵等缺陷,本实用新型提供一种由透明框罩单元与计算机投影设备相结合的图像显示技术。透明框罩单元由4面幕墙以及上底、下底构成,幕墙可以是矩形平面,也可以是曲面,幕墙的上部装有反光镜,下部装有与计算机相连接的投影机。在计算机数据中心的控制下,投影机把计算机和摄像机制作的图像投射到反光镜上,反光镜把投影机投射来的虚像,二次反射到透明框罩的图像显示区域。主要用来连接或镶嵌展览馆和博物馆内的立体展版,或者用作室外大型立体广告,展示的图像既可以是静止画面,也可以是图、文、声并茂的电脑动画、电影、电视等活动画面。
文档编号G09F19/18GK2602454SQ0227739
公开日2004年2月4日 申请日期2002年10月8日 优先权日2002年10月8日
发明者田志祥, 王书亮, 周炎涛, 肖健 申请人:湖南大学