ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ ПРОЕЦИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА НА КАЧЕСТВО ПОЛУЧАЕМОГО 3-D ИЗОБРАЖЕНИЯ

IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ ПРОЕЦИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА НА КАЧЕСТВО ПОЛУЧАЕМОГО 3-D ИЗОБРАЖЕНИЯ

Лазарчук Д.М. 1
1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Яковлевская средняя общеобразовательная школа «Школа успеха» Яковлевского городского округа»
Дручинина О.А. 1
1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Яковлевская средняя общеобразовательная школа «Школа успеха» Яковлевского городского округа»
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

 

Рассматривая однажды коробку от лицензионного ПО, я обнаружил интересную наклейку. Она меняла свой цвет и надписи, когда я пытался рассмотреть ее с разных сторон. У родителей я выяснил, что эта наклейка - голографическая. Оказывается, в быту с такими изображениями мы сталкиваемся ежедневно, просто не всегда обращаем внимание. Мне стало интересно понять, как получают голограммы, кто их придумал и можно ли дома получить что то подобное. Я попросил родителей помочь мне разобраться.

В ходе работы над проектом мы выяснили, что голограмма - это продукт голографии. Видимое объемное изображение создается с помощью лазера. А в домашних условиях можно получить 3D-картинку используя обычный современный смартфон и специальное проецирующее устройство. Оно имеет вид прозрачной усеченной пирамидки. Инструкций и демонстраций в интернете на эту тему достаточное много. А если взять прозрачный усеченный конус? Или цилиндр, квадрат? Сможем ли мы получить качественное объемное изображение?

Нами была выдвинута гипотеза, что геометрическая форма проецирующего устройства влияет на качество получаемого объемного изображения.

В связи с этим, целью работы было исследование влияния геометрической формы проецирующего устройства на качество получаемого 3D-изображения.

Для достижения этой цели необходимо было выполнить следующие задачи:

1. Узнать, что такое голография;

2. Понять, что такое голограмма, какие виды ее бывают и где она применяется;

3. Понять основные принципы создания 3D-голограммы;

4. Проверить, как влияет геометрическая форма проецирующего устройства на качество получаемого объемного изображения.

5. На основании полученных экспериментальных результатов сделать соответствующие выводы.

Выбранная нами тема актуальна, так как она современна, имеет широкое практическое применение.

Новизна работы заключается в том, что было проведено исследование влияния геометрической формы проецирующего устройства на качество получаемой трехмерной голограммы.

Предмет исследования – голограммы.

Объект исследования – процесс получения голограммы.

1. Аналитический обзор

1.1. Основы голографии. Голограмма.

1.1.1. Что такое голография?

Голография – одно из замечательных достижений современной науки и техники. Голограммы обладают уникальным свойством – восстанавливать полноценное объемное изображение реальных предметов. ГОЛОГРАФИЯ (от греч. холос – полный и графо – пишу) – способ получения объемных изображений предметов на фотопластинке (голограмме) при помощи лазера [1]. В целом это точная копия трехмерного объекта со всеми его свойствами. Голограмма является продуктом голографии. Для наблюдения голограмм не нужны специальные приборы (рис.1).

Рисунок 1. Трехмерная копия объекта

Как средство отображения реальной действительности, голограмма обладает уникальным свойством: в отличие от фотографии, создающей плоское изображение, голографическое изображение может воспроизводить точную трехмерную копию оригинального объекта. Такое изображение со множеством ракурсов, изменяющихся с изменением точки наблюдения, обладает удивительной реалистичностью и зачастую неотличимо от реального объекта.

Иллюзия голограммы появилась давно. Подобная техника с 19 века использовалась в театрах, парках, музеях и на концертах. Эффект получил название Призрака Пеппера по имени ученого Д. Г. Пеппера, распространившего явление посредством демонстрации [2].

«Зачатки» современной голографии появились в 47 году прошлого века. За разработку голограмм английский ученый венгерского происхождения Денис Габор в 1971 году получил Нобелевскую премию [3].

Голография начала бурно развиваться и приобрела большое практическое значение после того, как в результате фундаментальных исследований по квантовой электронике в 1960 году был создан первый лазер. Первый же объемный портрет человека был снят с помощью рубинового лазера в 1967 году [4, 5].

В 1962 году американскими учеными Э. Лейтом и Ю. Упатниексом была получена первая объемная голограмма. Схема записи голограмм, предложенная этими учеными, теперь используется в голографических лабораториях во всем мире.

Первые высококачественные лазерные 3D- голограммы, были получены советским физиком Ю.Н. Денисюком в 1968 году. Практически вся современная изобразительная голография основана на методах, предложенных этим ученым.

В настоящее время голография продолжает активно развиваться, и с каждым годом в этой области появляются новые интересные решения. Голографии прочат будущее визуальных развлечений, поскольку до сегодняшнего дня этот способ был самым многообещающим способом визуализации трехмерных сцен (рис.2).

Рисунок 2. Визуализация трехмерных сцен

Исследования в области голографических технологий и интерфейсов в последнее время становятся все более популярными в научной среде [6].

1.2. Виды голограмм, их применение

Существует несколько видов голог­рамм, различающихся по областям ис­пользования, однако, определяющими яв­ляются два: декоративные и защитные.

Основное    назначение   декоративных голограмм – привлечь покупателя. Именно голограмма способна при­влечь внимание к товару, выделить его среди множества, заинтриговать перели­вающимся рисунком, иллюзией объема и глубины. Широк простор для фантазии специалистов по рекламе, маркетингу и рекламе, дизайнеров и художников.

Однако наибольшее распространение на рынке приобрели именно защитные голограммы. Citizen, Intel, Microsoft, Casio, Orient, Samsung, Hyundai, Bayer и другие компании используют голографические метки для защиты своей высококаче­ственной продукции. Диапазон использо­вания голографических меток чрезвычай­но широк.

Используются такие методы защиты, как создание микронадписей, ви­димых только с использованием оптичес­ких приборов, введение скрытого изобра­жения, которое считывается только спе­циальными идентифицирующими устрой­ствами, создание на голограмме специаль­ных кодированных изображений. Пере­численные методы могут сочетаться в од­ной голограмме, а современные техноло­гии позволяют вводить до шести степеней защиты.

Радужная голограмма. Этот класс голограмм не требует специального освещения и представляет собой изображения, переливающиеся всеми цветами радуги. Яркие, красочные, они привлекают внимание, впечатляют, легко запоминаются.

Радужные голограммы легко тиражируются – достаточно лишь механическим путем перенести рельеф на специальный носитель. Но разработка дизайна, а также сам процесс тиснения и финишной отделки, требующие специальных знаний и навыков, высоких технологий, дорогостоящего оборудования, современных материалов для тиражирования, не позволяют производить высококачественные радужные голограммы в кустарных условиях. Сочетание свойств тисненых голограмм позволило им найти широкое применение в оптических защитных технологиях [5,6].

1.3. Создание 3D-голограммы при помощи смартфона

При желании 3D-голограмму каждый может сделать на планшете, смартфоне и экране компьютера.

Для получения трехмерной картинки на экран устройства устанавливается призма, а точнее, четырехгранная пирамида без вершины. Всё, что вам для этого понадобится, это коробка от старого CD (или любой жесткий прозрачный пластик), острый нож, немного клейкой ленты (скотч), лист в клеточку, карандаш и линейка. Следуя подсказкам, создать это устройство несложно. Инструкций по ее изготовлению в сети интернет представлено большое количество [7, 8].

С помощью специально подготовленного движущегося изображения, воспроизводящегося на экране, и этой призмы можно создать объемную картинку. Видео, которое вы будете просматривать при помощи этого "устройства", будет отражаться со всех четырёх сторон вашего нового проектора, таким образом, оно будет выглядеть как плавающая 3D-голограмма.

Если хочется сделать голограмму (3D-изображение) из самого себя, нужно повесить черную ткань в качестве фона и сфотографироваться, сделав несколько различных кадров [11]. Для начала достаточно 2-3 фото в качестве основы для придания движения (анимации). Можно записать видео со своим изображением на темном фоне. Из него впоследствии возможно сделать раскадровку (разбиение на отдельные кадры) и создать заготовки для голограммы в анимационном формате.

Далее надо посмотреть на него сбоку через призму, установленную на экран основанием (квадратом). Это будет удивительно, так как 3D-картинка предстанет в призме как бы реальной, а не двухмерной.

2. Экспериментальное получения объемного изображения на смартфоне

2.1. Проецирующее устройство - пирамидка

Для того, чтобы провести вместе с родителями сравнение качества получаемых 3D-изображений на устройствах различной формы, мне необходимо было изготовить сначала стандартное проецирующее устройство в виде четырехгранной пирамидки. Мы склеили ее из плотного прозрачного пластика и из коробки от CD-диска. Этапы их изготовления представлены на рисунке 3.

а) б)

в) г)

д) е)

Рисунок 3. Изготовление проецирующего устройства - пирамидки.

Результаты воспроизведении с их помощью специальных роликов для смартфона представлены на рис.4. В процессе эксперимента мы для себя отметили, что при использовании жесткого пластика изображение является более четким, а пирамидка более устойчивой.

а) б)

Рисунок 4. Результаты воспроизведения видеороликов: а) устройство из прозрачного пластика; б) устройства из жесткого пластика;

При этом, для получения четкого, полноразмерного 3D-изображения необходимо соблюдать строгие пропорции при изготовлении данного проецирующего устройства. Об этом много написано в сети интернет, но на это мы обратили внимание позже, когда сначала не удалось получить трехмерную картинку (рис.5).

Рисунок 5. Влияние размера проецирующего устройства на формирование трехмерной картинки

В дальнейшем мы этот факт учитывали при проведении экспериментальных исследований.

2.2. Получение изображения с помощью проецирующего устройства другой геометрической формы

Следующим этапом нашей работы было создание устройств другой геометрической формы для демонстрации голографических изображений. Мне интересно было выяснить, как форма проецирующего устройства может влиять на качество получаемого 3D-изображения.

Мы склеили дополнительно из прозрачного пластика треугольную призму (рис.6), конус (рис.7), цилиндр (рис.8) и призму (рис.9.) И вот что у нас вышло при воспроизведении с их помощью специальных видеороликов.

Рисунок 6. Треугольная призма Рисунок 7. Конус

Рисунок 8. Цилиндр Рисунок 9.Четырехугольная призма

Дополнительно мы еще изготовили четырехгранную пирамидку из красного пластика, а также пирамидки в различным размером основания. Результаты испытания данных проецирующих устройств представлены на рис.10 и 11.

Рисунок 10. Красная пирамида Рисунок 11. Пирамида другого размера

Обобщенные результаты проведения экспериментальных исследований представлены в таблице 1.

Таблица 1 . Анализ результатов исследования

Название

Размер (см)

Результат

Верхнее основание

Высота

Нижнее основание

Усечённая четырёхугольная пирамида

6

4

1

Картинка четкая, но не очень удобно смотреть. Изображение полностью не помещается.

Усечённая четырёхугольная пирамида

(из пластика)

12

9,5

2

Изображение чёткое, помещается полностью. Размер удобный.

Усечённая четырёхугольная пирамида

(из CD-диска)

12

9,5

2

Изображение чёткое, помещается полностью. Устойчивее, чем усечённый конус из пластика.

Усечённая четырёхугольная пирамида (из красного пластика)

12

9,5

2

Изображение чёткое. Красный цвет улучшает эффект восприятия.

Усечённая четырёхугольная пирамида

(из пластика)

9

10

1

Изображение чёткое.

Усечённая треугольная пирамида

6

4

1

Изображение достаточно четкое, но хуже, чем в усеченном конусе.

 

Размер (см)

 

Диаметр

Высота

Основание

Усечённый конус

8

5

1,5

Получилось не одно, а несколько деформированных изображений.

Название

Размер (см)

 

Диаметр

Высота

Цилиндр

2

9,5

Получить объёмное изображение не удалось.

Название

Размер (см)

 

Высота

Ширина

Четырёхугольная призма

4

2

Получить объёмное изображение не удалось.

Итак, все варианты используют особенности оптики, а именно преломление лучей света при переходе между средами с различной оптической плотностью. Суть в том, что при прохождении луча света от экрана мобильного телефона через границу воздуха и прозрачного поликарбоната происходит частичное отражение света. Именно благодаря этому отражению и создается эффект голографического, т. е. полностью объемного, изображения.

В результате эксперимента мы выяснили, что ни с помощью квадрата, ни с помощью цилиндра получить качественную объемную 3D-картинку не удается. Использование конуса для демонстрации возможно, но качество получаемого изображения очень плохое и само оно расположено внутри по диаметру. Трехгранная пирамидка из всех четырех фигур давала наилучшее объемное изображение. Однако по качеству оно существенно уступало изображению, полученному при помощи четырехгранной пирамидки.

Использование цветного пластика для изготовления проецирующего устройства позволило получить более яркую, контрастную трехмерную картинку.

Мы с папой решили попробовать получить мою собственную голограмму. Папа разобрался в тонкостях этого процесса и мы записали пробный ролик (рис.12).

Рисунок 12. Кадр из нашего видеоролика

Видеозапись длится всего несколько секунд, но этого нам было достаточно, чтобы понять - есть над чем работать дальше. Тема эта очень интересная и увлекательная не только для детей, но и для взрослых. Мои родители с удовольствием мне помогали.

Выводы

Геометрическая форма проецирующего устройства сильно влияет на качество получаемого 3D- изображения;

Для получения качественного трехмерного изображения проецирующее устройство должно иметь плоские грани для полноценного отражения падающего с экрана света;

Стороны устройства должны иметь определенный угол наклона к экрану смартфона. В этом случае изображение будет отражаться со всех сторон вашего нового проектора, и в целом оно будет выглядеть как плавающая 3D-голограмма.

Использование цветного пластика позволяет получать более контрастные трехмерные изображения;

Процесс создания устройства для воспроизведения объемных изображений - очень увлекательное занятие не только для детей, но и для взрослых.

Список использованной литературы

Источник в сети Интернет: https://gologramm.wordpress.com

Источник в сети Интернет: https://postnauka.ru/faq/82396

Источник в сети Интернет: https://ru.wikipedia.org/wiki/Голография

Источник в сети Интернет: https://hi-news.ru/tag/gologramma

Источник в сети Интернет: https://school-science.ru/8/23/42396

Источник в сети Интернет: https://hi-news.ru/tag/gologramma

Источник в сети Интернет: http://pandaznaet.ru/kak-sozdat-3d-gologrammy-pri-pomoshhi-smartfona/

Источник в сети Интернет: https://hi-news.ru/phone/red-soobshhila-novye-podrobnosti-o-golograficheskom-smartfone.html

Рябухина Е.А., Литвинова В.Л. ГОЛОГРАММЫ — ТАК МЕЧТЫ СТАНОВЯТСЯ РЕАЛЬНОСТЬЮ // Молодежный научный форум: Технические и математические науки: электр. сб. ст. по мат. XII междунар. студ. науч.-практ. конф. № 5(12)

Источник в сети Интернет: https://yandex.ru/turbo?text=https%3A%2F%2Fhi-ews.ru%2Ftag%2Fgologramma

Источник в сети Интернет: http://illjuzija.ru/zritelnye-iskazheniya/opticheskie-illyuzii/kak-delaetsya-illyuziya-gologrammy.html

Просмотров работы: 22