專利名稱：透明框罩計算機圖像反投影系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種計算機圖形圖像顯示裝置，主要用于替代展覽館和博物館內(nèi)的展版、櫥窗，室外大型廣告欄、宣傳欄、大型電子顯示屏，以及用作虛擬環(huán)境藝術(shù)設(shè)計的載體。
2在現(xiàn)實環(huán)境中創(chuàng)建一種立體而又透明的虛擬環(huán)境藝術(shù)載體——建筑式透明框罩，建筑式透明框罩是展覽用透明框罩的變形和擴大，但多了些可供游人進出的“門窗”和一個浮艙，既可以聳立在地面上，也可以漂浮在水面上。通過投影機能夠向建筑式透明框罩投映計算機制作的虛擬雕塑、虛擬建筑、故事動畫、影視作品、立體廣告、科普和道德宣傳內(nèi)容等等，還能根據(jù)觀眾和市場的需要實時更新顯示的景象。這種景象是由計算機控制的，既可以是靜止的，也可以是動態(tài)變化的；既可以是今天已有的，也可以是歷史或未來的；既可以是自然存在的，也可以是我們頭腦中幻想出來的。這種景象既是現(xiàn)實的，又是虛幻的，給人以似夢非夢、朦朧曼妙之美，而且觀眾還能夠深入到虛像中間去“游覽”。以商殷廢墟為例，我們只要在商殷故都建筑廢墟周圍樹立若干開有門洞的建筑式透明框罩，通過投影機把電腦模擬的原建筑的圖像，投影到透明框罩的幕墻上(每一面幕墻上都應(yīng)顯示物象的正投影)，就能在廢墟上再現(xiàn)3300多年前的殷都原始風(fēng)貌，還能“有聲有色”地重現(xiàn)商殷社會的世風(fēng)民俗，觀眾可以經(jīng)由門洞走進虛擬景象之中，體驗當(dāng)年商殷君臣庶民的生活。同樣，我們也能夠很經(jīng)濟、很方便地在圓明園的廢墟上、紐約世貿(mào)大廈的廢墟上再現(xiàn)昔日圓明園、紐約世貿(mào)大廈的輝煌和繁華，任憑觀眾身臨其境去追憶，去憑吊。
本實用新型所采取的技術(shù)方案我們知道。光在光密媒質(zhì)中的傳播速度小于在光疏媒質(zhì)中的傳播速度，因此當(dāng)光從光密媒質(zhì)進入光疏媒質(zhì)，或者從光疏媒質(zhì)進入光密媒質(zhì)時，都將發(fā)生折射現(xiàn)象。應(yīng)用這一原理，我們可以把自然的或人造的物象，以光為載體通過空氣傳播到比空氣密度大的透明媒質(zhì)上，就能夠形成物象的虛像。又因為這種光密媒質(zhì)是透明體，所生成的虛像不僅是如夢如幻、晶瑩剔透的，而且未被反射或吸收的光線可以透過這種光密媒質(zhì)傳播到人們的眼中來，使站在透明光密媒質(zhì)背后的人也能看到虛像。
本實用新型主要由投影機、反光鏡和透明框罩構(gòu)成。其工作原理如下在計算機數(shù)據(jù)中心的控制下，投影機把計算機和攝像機制作的圖像投射到反光鏡上，反光鏡把投影機投射來的虛像，二次反射到透明框罩的圖像顯示區(qū)域。二次反射使得投影的光程延長一倍，在透明框罩的有限投影距離內(nèi)獲得了充分大的顯示圖像。
本使用新型跟一般投影系統(tǒng)不同，一般投影系統(tǒng)觀察者跟投影機處在圖像載體的同一側(cè)面，而本實用新型觀察者跟投影機分別處在圖像載體的前后側(cè)面；同時，圖像從發(fā)射源到載體經(jīng)過二次投射，因此我們把它叫做“反投影”。
本實用新型的主體是透明框罩。透明框罩可以分為展覽用透明框罩和建筑式透明框罩兩種實施方案。它們在結(jié)構(gòu)和用法上都是差不多的，具有共同的實質(zhì)性技術(shù)，只是后者體積較大，多了某些附件而已。計算機和投影機在反投影系統(tǒng)中雖然是圖像的來源，是本設(shè)計的根本，但是它們是已經(jīng)非常成熟的現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型只是加以應(yīng)用而已，不屬于本實用新型保護的技術(shù)特征，故不詳加說明。
為了制造和布展上的方便，展覽用透明框罩應(yīng)該做成單元化的結(jié)構(gòu)，再由透明框罩單元連接或鑲嵌成展廳和展館的墻壁、天幕和隔板。
展覽用透明框罩單元的外觀可以做成各式各樣的形狀，一種典型的矩形透明框罩單元的結(jié)構(gòu)如附


圖1所示，一種典型的曲面透明框罩單元的結(jié)構(gòu)如附圖2所示，其主要結(jié)構(gòu)有①透明框罩，用高強度、耐磨損、無毒、質(zhì)輕、耐高溫、耐腐蝕、透明的高分子合成材料(如有機玻璃、聚碳酸脂等)制成，至少有兩個較寬的垂直表面(我們稱它們?yōu)榍昂竽粔?用來顯示圖像，不顯示圖像的左右兩個幕墻則盡可能做得窄一些；②非圖像顯示區(qū)域，前后幕墻上邊和下邊可以留出兩小塊不透明區(qū)域，用來隱藏安裝在框罩內(nèi)的投影機、反光鏡等器件；③圖像顯示區(qū)域，前后幕墻中部廣大區(qū)域必須是透明的，用于從內(nèi)部投映計算機和攝像機制作的圖像；④反光鏡，安裝在前后幕墻上部的間接投影裝置，負責(zé)把對面幕墻下部的投影機投射來的影像，二次投射到對面幕墻的圖像顯示區(qū)域，鏡面應(yīng)盡可能地光潔，以求把接收到的光線完全反射到透明框罩的圖像顯示區(qū)域⑤投影機，前后幕墻都應(yīng)該配備1臺以上的跟計算機相連接的投影機，分別擱置在對面幕墻下邊，鏡頭要對準(zhǔn)對面幕墻上部的反光鏡，按照計算機的指令，把計算機和攝像機制作的圖像投射到對面幕墻上部的反光鏡上。
建筑式透明框罩跟展覽用透明框罩相比，只是大小和形狀有所區(qū)別，多了些許附屬物而已，基本結(jié)構(gòu)是一樣的。附圖3所示的，是一種既可以放在陸地、也可以停泊在水面的典型的建筑式透明框罩計算機圖像反投影系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖①為透明框罩，因為其內(nèi)部空間大，前后左右4面幕墻的整體都能夠用做圖像投映區(qū)域，在每面幕墻的適當(dāng)位置開有1個以上的門洞；幕墻上最好布滿小孔，一可以減少重量，二是利于通風(fēng)抗風(fēng)。②為門洞，假如透明框罩樹立在陸地上，其門洞可供游人出入；假如透明框罩?jǐn)R置在水面時，則禁止游人上下，只允許工作人員因公出入。③為浮艙，中空，四周密封，以降低整個框罩的平均密度，當(dāng)透明框罩在水面時，因浮艙侵入水中的部分排開框罩同等重量的水而產(chǎn)生向上的浮力；當(dāng)透明框罩樹立在陸地上時，浮艙可做成臺階。④為投影機，每一面幕墻都應(yīng)該配備1臺以上的跟計算機相連接的投影機，分別擱置在浮艙的對面幕墻下邊，鏡頭要對準(zhǔn)相應(yīng)的幕墻；因為內(nèi)部空間大，一次投映就能獲得足夠大的顯示圖像，所以可不必配備反光鏡，投映機按照計算機的指令，直接把計算機和攝像機制作的圖像投映到對面整個幕墻上。
建筑式透明框罩不管是樹立在陸地上，還是漂浮在水面上，都有一個抗風(fēng)、抗震、抗沖擊的問題。投影機擱置在浮艙中，同時能起到降低重心、提高穩(wěn)定性的作用。假如穩(wěn)定性還不夠的話，可在浮力中心即浮艙的中央部分?jǐn)R置適量的壓艙重物。放置在水面上的建筑式透明框罩，可用鏈索或錨固定它的位置。遠離人群，體積較小，輕巧的建筑式透明框罩，也可用結(jié)實的氫氣球吊掛到天空中，而且氫氣球本身就可以代替建筑式透明框罩用作圖像的載體。
因為建筑式透明框罩一般體積都很大，不可能一次成型，各面幕墻和浮艙都應(yīng)該分割成若干小塊即單元來制造，然后由幕墻單元或浮艙單元粘接成完整的幕墻或浮艙。
本實用新型的有益效果是1.不用實物布置，有利于珍貴文物和藝術(shù)品的保護。
2.展示的圖像既可以是靜止畫面，也可以是圖、文、聲并茂的電腦動畫、電影、電視等活動畫面。而且圖像是輕盈通透、朦朧曼妙的，能給入如夢如幻的視覺感受。
3.能夠隨時切換圖形圖像，點一點鼠標(biāo)就能根據(jù)觀眾的需要瞬間更換展示的內(nèi)容，而且每一幀圖像都可以反復(fù)使用成千上萬次。
4.展覽廳，博物館的天幕、墻壁、隔板都可由若干透明框罩單元鑲嵌而成，以形成全方位的立體圖像顯示空間，而且可以構(gòu)建陸地或水上的大型虛擬雕塑、虛擬建筑、甚至科幻和神話世界等等虛擬環(huán)境藝術(shù)作品。更重要的是能夠立體地再現(xiàn)具有重要紀(jì)念意義的歷史景觀，并能讓人們走進圖像中，體驗其中的情與境，這是任何現(xiàn)有平面電子顯示器件沒法兒做到的。
5.適用的場所非常廣泛，幾乎沒有禁區(qū)，除了展覽廳、博物館、室外虛擬環(huán)境藝術(shù)之外，還可用于歷史遺址、風(fēng)景名勝地、旅游景區(qū)、公共娛樂場所的裝潢和美化，宣傳廣告以及舞臺布景等等。
6.本技術(shù)還有一個其他電子顯示裝備及宣傳廣告無法比擬的優(yōu)點，那就是造價極其低廉，一次投資，持久使用。
附圖2是曲面展覽用透明框罩計算機反投影裝置單元的示例。其中左上為主視圖，左下為俯視圖，右上為A-A斷面圖。
附圖3是典型的建筑式透明框罩計算機反投影裝置的示例。其中左上為主視圖，左下為俯視圖，右上為左視圖，右下為A-A剖面圖。
附圖4是典型的建筑式透明框罩計算機反投影裝置的立體示意圖。
附圖5是矩形展覽用透明框罩計算機反投影裝置用于畫展的參考圖。①為前面幕墻顯示的畫作，②是后面幕墻顯示的畫作(只露出一部分)。
附圖6是建筑式透明框罩計算機反投影系統(tǒng)用于水上虛擬圖像的參考圖。這只是一個簡單的例子，一座城池，一場大戰(zhàn)，一個盛典、宇宙星空、神話世界…任何壯觀的景象都可以虛擬出來。
實現(xiàn)本實用新型的最好方式(一)制造展覽用透明框罩最好的方式是1.首先依據(jù)展覽場所的需要，參考
圖1、圖2設(shè)計好展覽用透明框罩單元各面幕墻(包括上底和下底)及反光鏡的形狀和尺寸。
2.按照設(shè)計，選用厚4-6mm的透明的有機玻璃或聚碳酸脂板材，切割出透明框罩單元的各面幕墻。
3.按照設(shè)計，制造反光鏡，也可以直接從市場選用適合的反光鏡，并把2面反光鏡分別安裝在前后幕墻內(nèi)側(cè)的正上方。
4.用高強度的無毒粘接劑把上下前后幕墻粘接在一起，左右幕墻可做成鑲嵌式的活動幕墻，或者用普通透明膠紙把左右幕墻的4角同上下幕墻粘連在一起做成可拆卸幕墻。
5.根據(jù)需要選購適當(dāng)亮度、對比度、功率、分辨率、投影距離、投影面積的投影機，每個透明框罩單元擱置兩臺投影機，分別安裝在前后幕墻內(nèi)側(cè)的下部，鏡頭對準(zhǔn)對面幕墻正上方的反光鏡，并通過電纜同計算機數(shù)據(jù)中心連接在一起。
6.反復(fù)調(diào)整好投影機鏡頭和反光鏡的傾斜度，使之把最清晰、最完整、充分大的圖像投映到前后幕墻的圖像顯示區(qū)域。
7.用透明框罩單元連接、鑲嵌而成展廳的天幕、墻壁、隔板等。
(二)制造建筑式透明框罩最好的方式是1.首先依據(jù)環(huán)境景觀的需要，參考圖3、圖4設(shè)計好建筑式透明框罩各面幕墻單元以及浮艙單元的形狀和尺寸。注意各面幕墻要開有墻洞和通風(fēng)抗風(fēng)用的小孔，而浮艙單元必須是密不透氣的。
2.按照設(shè)計，制造幕墻單元以及浮艙單元的模具。
3.用高強度、無毒、質(zhì)輕、耐高溫、耐腐蝕的透明高分子合成塑料、合成纖維(如有機玻璃、聚碳酸脂或玻璃鋼等)分別制成各個幕墻單元以及浮艙單元。
4.用高強度的無毒粘接劑把幕墻單元粘接成每一面幕墻，把浮艙單元粘接成密封的浮艙。
5.根據(jù)需要選購適當(dāng)亮度、對比度、功率、分辨率、投影距離、投影面積的投影機，每個建筑式透明框罩內(nèi)擱置4臺以上投影機，分別安裝在每一面幕墻內(nèi)側(cè)下部的浮艙內(nèi)，鏡頭對準(zhǔn)對面幕墻，并通過電纜同計算機數(shù)據(jù)中心連接在一起。
6.反復(fù)調(diào)整好投影機鏡頭的傾斜度，使之把最清晰、最完整、充分大的圖像投映到對面的幕墻上。
權(quán)利要求1.一種透明框罩計算機圖像反投影系統(tǒng)，由透明框罩、投影機、反光鏡以及浮艙構(gòu)成，其特征是透明框罩由4面透明幕墻及上底、下底構(gòu)成，2面以上幕墻的上部裝有反光鏡，下部裝有跟計算機相連接的投影機，投影機鏡頭對準(zhǔn)對面幕墻或者對面幕墻上的的反光鏡，投影機把計算機和攝像機制作的圖像直接投射到對面幕墻的圖像顯示區(qū)域，或者通過反光鏡間接投射到同一側(cè)幕墻的圖像顯示區(qū)域。
2.權(quán)利要求1所述的透明框罩計算機圖像反投影系統(tǒng)，其特征是透明框罩?jǐn)R置室外時，幕墻上開有可供游人出入的門洞和通風(fēng)抗風(fēng)的小孔。
3.權(quán)利要求1所述的透明框罩計算機圖像反投影系統(tǒng)，其特征是浮艙中空，四周密封，用來承載擱置在水面上的透明框罩。
專利摘要一種計算機圖形圖像顯示裝置。為了克服現(xiàn)有展覽和廣告設(shè)施需要布置實物、不便更換內(nèi)容或造價昂貴等缺陷，本實用新型提供一種由透明框罩單元與計算機投影設(shè)備相結(jié)合的圖像顯示技術(shù)。透明框罩單元由4面幕墻以及上底、下底構(gòu)成，幕墻可以是矩形平面，也可以是曲面，幕墻的上部裝有反光鏡，下部裝有與計算機相連接的投影機。在計算機數(shù)據(jù)中心的控制下，投影機把計算機和攝像機制作的圖像投射到反光鏡上，反光鏡把投影機投射來的虛像，二次反射到透明框罩的圖像顯示區(qū)域。主要用來連接或鑲嵌展覽館和博物館內(nèi)的立體展版，或者用作室外大型立體廣告，展示的圖像既可以是靜止畫面，也可以是圖、文、聲并茂的電腦動畫、電影、電視等活動畫面。
文檔編號G09F19/18GK2602454SQ0227739
公開日2004年2月4日 申請日期2002年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月8日
發(fā)明者田志祥, 王書亮, 周炎濤, 肖健 申請人:湖南大學(xué)