IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Голографический проектор
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
В фантастических мультфильмах мы часто видим яркие, полупрозрачные экраны, которые управляются при помощи жестов и голосовых команд. Например, в мультфильме «Алиса знает, что делать» показывают школу, квартиру, телефон, улицы города, где в любом месте по голосу Алисы возникает её папа, хотя он находится на другой планете. Очень интересно!
А ещё по телевизору показывают концерты, где на сцене танцует человек, хотя его там нет. Я решила узнать, что это такое. Мама с папой ответили, что это голограмма, и появляется она с помощью специального аппарата – проектора, который стоит очень дорого и его редко кто использует в домашних условиях. Для меня все эти слова и предметы оказалось непонятными: голограмма, проектор. И почему нельзя всё это сделать самой, дома?
Непонятные вопросы и желание сделать что-нибудь необычное и стали темой моей исследовательской работы
Объект исследования: голографический 3D- проектор.
Предмет исследования:. голографические изображения.
Цель проекта: Получить голографическое изображение домашних условиях.
Задачи:
узнать, что такое проектор и голограмма;
выяснить, используются ли в современном мире голографические 3D - проекторы;
используя смартфон и пирамиду сконструировать 3D - проектор;
испытать изделие (перед одноклассниками);
сделать выводы.
Гипотеза: если создать 3D - проектор своими руками, то появится возможность демонстрировать видеоголограммы в домашних условиях.
Практическая значимость: собранное нами изделие мы можем применять для развлечения на днях рождениях, на школьных праздниках. А также с помощью созданного нами проектора мы в дальнейшем сможем на уроках наглядно представлять модели различных объектов окружающего нас мира. Например, на уроках окружающего мира в работе в парах или группах.
Теоретическая часть
Понятие голограммы.
Ни один фантастический мультфильм фильм, в котором действие происходит как в ближайшем, так и в очень отдаленном будущем, не может обойтись без голографических устройств. Голограмма – это объёмное трехмерное изображение, которое, собственно, и помогает героям общаться друг с другом.
Первым на вопрос «Что такое голограмма?» попытался ответить венгерский физик Денеш Габор в конце 40-х годов. Ему и суждено было стать основоположником голографии и одновременно создателем первой голограммы (он же и придумал этот термин), за что впоследствии получил Нобелевскую премию.
Однако качество первых голограмм было невысоким по причине использования для их создания примитивных газоразрядных ламп. Все изменилось в 60-е годы с изобретением лазеров, что поспособствовало стремительному развитию голографических технологий. Первые высококачественные лазерные голограммы были получены советским физиком Ю. Н. Денисюком в 1968 году, а спустя 11 лет, его американский коллега Ллойд Кросс создал еще более сложную мультиплексную голограмму.
Голография — это особая технология фотографирования, с помощью которой получаются трехмерные (объемные) изображения объектов. Это стало возможным благодаря двум свойствам световых волн – дифракции (преломление, огибание) и интерференции (перераспределение интенсивности света при наложении нескольких волн).
На сегодня в более узком, научном смысле голограмма – это особый вид фотографий, которые создаются при специальном освещении, подобие трехмерных изображений. Голографическую фотографию можно даже без особого труда создать на практике. Главное – это механизм создания многомерного, на первый взгляд, изображения. Обеспечивается голографический эффект при помощи полупрозрачного зеркала, разделяющего пучки лазерных излучений на два четких луча. Последние также называются учеными предметной и опорной волной. Первая волна отражает фотографируемый объект и попадает на пленку, а вторая встречает ее на самой пленке, обходя при этом предмет с других ракурсов. Вот так, в принципе, и создается 3D-голограмма.
Просто так голограмму, как фотографию, не сделать. Более подробно я изучу этот вопрос, когда буду изучать физику в старших классах.
Чтобы увидеть голограмму или воспроизвести её, необходим специальный аппарат – проектор. Что же это такое?
1.2 3D-голограмма и ее применение
Современная голограмма – это по сути трехмерная проекция объемного изображения конкретного предмета. 3D-голограмма уверенно осваивает самые различные сферы человеческой деятельности. Примеров тому множество. Один из них – голограммы в воздухе. Это голографические модели (масштаб 1:1) и 3D-пирамиды. На презентациях, конференциях, выставках и прочих мероприятиях различного уровня все чаще используются пространственные голограммы, которые создаются с помощью голографических проекторов. Простейший 3D-проектор можно сделать своими руками из обычного смартфона.
1.3. Понятие проектора.
Проектор — прибор, предназначенный для создания изображения плоского предмета небольшого размера на большом экране. Говоря о проекционном оборудовании, следует отметить, что любая проекционная система состоит из таких частей, как проецируемый объект, линза и источник света (лазер).
Само слово проектор и проекция произошло от латинского «projicio», которое означает «бросаю вперед». Это словосочетание описывает работу традиционного проектора, который «бросает вперед» или проецирует изображение на экран
Проекторы используются для выведения изображения. Они могут использоваться на концертах, лазерных шоу, в школах, на презентациях, для рекламы изделий, в медицине. Их условно можно разделить на: плоские (изображение плоское, с одной стороны) и объёмные (изображение предмета мы можем видеть с разных сторон).
3D – голографические проекторы в современном мире
Сам процесс создания голограмм и голографических проекторов достаточно сложный и требует большого изучения. Однако сейчас начинают развиваться технологии, которые позволяют создавать такое проекторы. Они уже используются в современном мире.
Голографический лазерный мини-проектор применяют в ночных клубах для организаций дискотек, в магазинах для привлечения клиентов. С его помощью можно создавать сложные лазерные узоры и 3d-коридоры в сочетании с дымовыми эффектами.
На сегодняшний день голографические проекторы нашли широкое применение в рекламе. Наверняка, многие видели, как на презентации какого-нибудь нового автомобиля, ведущие показывают так называемое лазерное шоу. Перед собравшимися людьми проигрывается небольшой ролик, изображение которого трехмерное, и все события развиваются словно перед зрителями. На самом деле, видимое изображение – голограмма, проецируемая проектором.
Сейчас очень широко используются голографические пирамиды.
Где может быть размещено оборудование для создания голографической пирамиды с 3D- проекциями внутри? Это могут быть различные развлекательные центры или торговые площади, это могут быть выставочные залы или презентационные мероприятия.
Кроме того, сегодня достаточно часто такие пирамиды устанавливают в местах большого скопления людей: вокзалы, аэропорты, гостиницы, рестораны, бары, кафе. Голографические 3D- пирамиды уже крепко закрепились за рубежом, и такие можно встретить на любой выставке. Они используются для показа трёхмерных рекламных роликов товара, или просто 3D макета, например телефона, фотоаппарата, здания и чего угодно. Так же у таких пирамид есть и другое назначение – виртуальная витрина, которая гарантированно привлечёт интерес к воспроизводимому ролику.
Как работают голографические проекторы
Современные модели проекторов способны создавать огромное число 3D-эффектов. Среди них голографические видеопроекции, создаваемые благодаря использованию прозрачных пленок обратной видеопроекции. Видеопоток, проходя через них, создает изображение, буквально «парящее» в воздухе.В ряду новейших технологий передачи информации – видеоконференции и интерактивная голография, формирующая эффект висящей в воздухе прозрачной поверхности.Возможности голографических проекторов по мере развития современных технологий постоянно расширяются, а качество изображений улучшается. Они становятся доступнее и компактнее. Сегодня на вечеринках и в ночных клубах можно встретить лазерные голографические мини-проекторы, создающие сложные лазерные «рисунки», которые сочетаются с дымовыми эффектами.
Голография на дисплее смартфона
С появлением мобильных телефонов, а позже смартфонов, стало ясно, что однажды пути этих двух знаковых технологий XXI века пересекутся. Так и случилось. И вот уже YouTube переполнен советами пользователей по превращению смартфона в голографический мини-проектор.
Специалисты лаборатории Digital Nature Group из Японии научились с помощью фемтосекундных лазеров создавать голограммы, которые к тому же можно потрогать руками, не опасаясь нежелательных последствий. Это стало возможным за счет сокращения длительности лазерных импульсов с нано- до фемтосекунд.
2. Практическая часть. Создание голографического проектора на основе смартфона.
Мы предположили, что голографический 3D-проектор можно изготовить в домашних условиях и получить объемного изображения при помощи пирамидального голографического проектора.
Изучив ролики в Интернете, решили сконструировать модель такого проектора и испытать её.
Для изготовления проектора нам потребуется:
клей «Титан»;
канцелярский нож или ножницы;
плёнка для ламинирования;
мобильный телефон (смартфон);
чёрный картон;
тонкое стекло;
полые пластмассовые трубки;
голографическое видео.
Ход изготовления:
1) изготавливаем трафарет стороны пирамиды;
2) сначала временно приклеим трафарет на двухсторонний скотч к прозрачному пластику;
3) далее с помощью канцелярского ножа или ножниц сделаем глубокие надрезы и после этого вырезаем.
Обратите внимание, что угол наклона боковых граней пирамиды должен составлять точно 45 градусов.
4) повторяем эту операцию еще три раза для получения в итоге четырех одинаковых заготовок;
5) когда будут готовы заготовки для 3D-иллюзии, освободим их от подложки и склеим между собой для получения пирамиды;
6) делаем столик из трубок, тонкого стекла и чёрного картона;
7) в центр экрана смартфона устанавливается оптическая пирамида и запускается соответствующий видеоклип. Видео для голограммы должно быть исключительно на черном фоне.
Производим просмотр объемного голографического изображения.
Вот и все. Голографический проектор готов!
Фото по изготовлению в Приложении 2.
Кстати, такая маленькая пирамидка заводского изготовления стоит в интернете около 2000 рублей. Однако, оказывается, можно сэкономить и смастерить такой голографический проектор, который будет работать на базе телефона, своими руками.
Голограмма, которую мы получаем в собранной нами голографической установке, представляет собой четыре плоских изображения одного объекта, созданные с четырех различных сторон. Эти четыре изображения, попадая в одну точку, воспринимаются человеческим глазом как единое объемное изображение.
Рассмотрим процесс получения одного из этих четырех изображений. Он аналогичен процессу получения изображения в плоском зеркале. Зеркалом может быть любая гладкая блестящая поверхность, которая отражает свет. Но большинство зеркал делают из листов стекла, задняя сторона которых покрыта тонким слоем отражающих материалов или металлов, в том числе серебра. Мы видим все вокруг, потому что световые волны отражаются от объектов и попадают нам в глаза, создавая образы, которые распознает наш мозг. Вы видите себя в зеркале, потому что световые волны, отражающиеся от вашего тела, повторно отражаются блестящей поверхностью зеркала и попадают вам в глаза. Но такое двойное отражение создает странный эффект – все кажется повернутым в обратную сторону. Если вы, например, поднесете к зеркалу раскрытую книгу, то увидите напечатанный в ней текст не слева направо, а, наоборот, справа налево. Таким же образом это двойное отражение света позволяет вам увидеть себя в оконном стекле или на поверхности стоячей воды.
Таким же образом создается голограмма: четыре части видео отражаются в четырех гранях призмы, сливаясь в одно объемное изображение.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Работая над темой нашего исследования, нам удалось узнать, что такое голограмма и проектор. Также узнали, существуют ли голографические проекторы в современном мире и для чего они используются.
В процессе изучения, мы с руководителем темы посетили кинотеатр, где нам продемонстрировали 3D голографический проектор. Его лучи проходят через поляризационную пленку и изображение становится объемным.
Используя обычную прозрачную пленку и скачав приложение для смартфона Pyramid Hologram, мне удалось создать объемное изображение на экране смартфона.
Таким образом, наша гипотеза подтвердилась и удалось создать голограмму в домашних условиях.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Библиографическое описание: Алексеев В. Е., Малгаров И. И. Самодельная голографическая 3D-пирамида // Юный ученый. — 2016. — №4.1. — С. 107-109.
2. http://trendclub.ru/blogs/dreamrobot/6781
3.http://yun.moluch.ru/archive/7/420/
4.http://itzamna.ru/stati/sila-tochnyix-nauk.-princzip-rabotyi-golograficheskoj-piramidyi
5.http://zillion.net/ru/
6.https://yandex.ru/video/
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
0
Голография на дисплее смартфона