Ученическая исследовательская работа «Получение мультиплексных 3D изображений»


МБОУ ГЮЛ № 86
Научно-практическая конференция «Шаг в науку»
Получение мультиплексных 3D изображений
Выполнили: ученицы 8А класса
Суханова Анна
Мамонтова Елизавета
Научный руководитель:
Кравченко Лора Викторовна
Ижевск 2016
Содержание
1. Введение стр. 3
2. Теоретическая часть стр. 5
3. Практическая часть стр. 11
4. Выводы стр. 16
5. Использованная литература стр. 17
6.Приложение стр. 18
Введение
«Давным-давно в далёкой-предалёкой галактике…» Иными словами, все мы когда-то впервые смотрели «Звёздные войны», восхищаясь их техническими чудесами - космическими кораблями, гоночными карами, дроидами и, конечно, появляющимися прямо в воздухе голограммами. Потом режиссёры стали нас баловать: объёмные изображения появлялись в кино всё чаще, а сегодня без них не обходится ни один уважающий себя фильм – ибо мы уже не мыслим себе иного будущего.
Но многие всё ещё не до конца отдают себе отчёт в том, что это будущее, в общем-то, давно наступило – причём не где-нибудь в «Аватаре», «Троне» или «Прометее», а в нашей с вами реальности. Знаете ли вы, что в скором времени исполняется 70 лет с момента изобретения первой голограммы? Мы решили узнать, что представляет собой эта технология и можно ли сделать голограмму самим.
Тема работы: получение мультиплексных 3D изображений
Цель работы: исследовать и проанализировать процесс получения голографических изображений и научиться создавать голограммы для того, чтобы использовать их в учебном процессе.
Задачи:
Ознакомиться со способами получения голограммы с помощью интернет ресурсов
Создать голографическую установку своими руками
Определить размер призмы экспериментальным путем, начертить чертеж
Сконструировать четырехгранную призму из оргстекла
Найти ПО, позволяющее получить объемное изображение
Собрать видеотеку с материалами для использования на уроках естественно научного цикла
Примененять голографическую установку в учебном процессе для визуализации моделей реальных объектов
Гипотезы:
В наше время голограммы используются только в киноиндустрии
Создание голографической установки позволит ученикам лучше воспринимать материал
Принцип получения голограммы в голографической установке похож на принцип получения изображения в плоском зеркале
При наличии нужного ПО можно создать из любого видео основу для голограммы
Методы проверки гипотез:
обобщение собранного материала
анализ
Актуальность: выбранная нами тема актуальна, так как она имеет дальнейшее продолжение, она поможет ученикам лучше понять изучаемый предмет, наглядно представить модель объекта.
Предмет исследования – голограммы Объект исследования – процесс получения голограммы
Теоретическая часть
Голография– это особый метод фотографирования, при котором с помощью лазера регистрируется оптическое электромагнитное излучение объектов, после чего восстанавливаются в высшей степени реалистичные изображения трехмерных объектов.
Технологии создания трехмерных изображений, которые "растут как грибы" в последнее время, воплощаясь в виде трехмерных телевизионных экранов и дисплеев компьютеров, фактически не создают полноценного трехмерного изображения. Вместо этого с помощью стереоскопических очков или других ухищрений в каждый глаз человека посылаются немного разнящиеся изображения, а уже головной мозг зрителя соединяет все это воедино прямо в голове в виде трехмерного образа. Такое действие над органами чувств человека и повышенная нагрузка на мозг вызывает напряжение зрения и головные боли у некоторых людей. Поэтому, для того, чтобы сделать настоящее трехмерное телевидение требуются технологии, способные создавать реальные трехмерные изображения, другими словами, голографические проекторы. Люди уже давно научились создавать высококачественные статические голограммы, но когда дело заходит о движущихся голографических изображениях, тут возникают большие проблемы.
Начнем с того, что существует несколько видов голограмм: голографические
369189077470-381077470
наклейки и картины

1586865333375трехмерные изображения

голограммы, которые получают с помощью стеклянной призмы

Первая голограмма была получена в 1947 году Деннисом Габором в ходе экспериментов по повышению разрешающей способности электронного микроскопа. Он же придумал само слово «голография», которым хотел подчеркнуть полную запись оптических свойств объекта. К сожалению, его голограммы отличались низким качеством, поскольку в качестве когерентного источника света Габор использовал единственно доступные ему газоразрядные лампы с очень узкими линиями в спектре испускания. Но это никак не умаляет значения его работы, за которую автор получил Нобелевскую премию по физике в 1971 году.
После революционного изобретения в 1960 году рубиново-красного (длина волны 694 нм) и гелий-неонового (длина волны 633 нм) лазеров, голография начала интенсивно развиваться. Уже через пару лет известный российский учёный Юрий Денисюк разработал метод записи отражающих 2-D голограмм на прозрачных фотопластинках, позволяющих записывать голограммы самого высокого качества.
Рассмотрим принцип создания голографической картины:
Для начала берут стекло и наносят три слоя чувствительной эмульсии, которая реагирует на свет. Фактически, у нас получилась фотопластинка. Затем берут три лазера: красный, зеленый и синий, сводят их лучи в один, пропускают этот луч через рассеивающую линзу и направляют сквозь стекло с эмульсией на предмет. Важно знать, что лучь света на микроуровне – это волна. Световые волны попадают на предмет и, отражаясь от него, рассеиваются во все стороны. Часть этих волн возвращается на фотопластинку, где встречаются с волнами, которые идут от источника света. После этого мы берем это стекло и помещаем его в специальные химические растворы (проявитель, закрепитель). При сильном увеличении мы увидим: в том месте, где фазы двух встречных волн совпали, образовались темные полоски. Таким образом, на нашем стекле появились миллионы тончайшиих полосочек. Теперь мы прикладываем к пластинке с одной стороны черный непрозрачный фон, а с другой освещаем ее по тем же углом, под которым падали лазерные лучи. Появляется объемная картинка. Как это работает? Предмет был, как бы сфотографирован, но не с одной, а с разных точек зрения. Теперь, глядя на пластинку с разных углов, мы видим тысячи этих картинок. Такой способ изображения придумал российский ученый Юрий Денисюк.
Основным фотоматериалом для записи голограмм являются специальные фотопластинки на основе традиционного бромида серебра, позволяющих достичь разрешающей способности более 5000 линий на миллиметр. Иногда применяются фотопластинки на основе бихромированной желатины, которые обладают ещё большей разрешающей способностью, позволяя записывать очень яркие голограммы (до 90 % падающего света преобразуется в изображение).
Существует метод записи с помощью щёлочно-галоидных кристаллов (хлорид калия и другие). В последние годы также интенсивно разрабатываются регистрирующие среды на базе голографических фотополимерных материалов. Эту многокомпонентную смесь органических веществ наносят в виде тончайшей плёнки на стеклянную или плёночную подложку. Такие носители менее дорогостоящие и громоздкие, однако вмещают меньшее количество информации с сравнении с кристаллическими аналогами.

В 1977 году Ллойд Кросс создал так называемую мультиплексную голограмму – или, как мы говорим сегодня, изображение в 3-D формате. Оно принципиально отличается от всех остальных голограмм тем, что состоит из десятков или даже сотен отдельных плоских ракурсов, видимых под разными углами. Такая голограмма, естественно, не имеет вертикального параллакса (иными словами, нельзя посмотреть на объект сверху и снизу), но зато размеры записываемого объекта не ограничены длиной когерентности лазера (которая редко превышает несколько метров, а чаще всего составляет всего несколько десятков сантиметров) или размерами фотопластинки.
Кроме того, это новшество позволяет оторваться от скучной реальности и с головой окунуться в мир фантазий, создавая голограммы несуществующих объектов. Достаточно нарисовать или смоделировать на компьютере придуманный объект с множества различных ракурсов. Мультиплексная голография превосходит по качеству все остальные способы создания объёмных изображений на основе отдельных ракурсов, однако по состоянию на сегодняшний день она всё ещё уступает в плане реалистичности традиционным методам голографии.
Примение голограмм:
•В торговых залах бутиков и магазинов для ярких промо-акций и рекламных компаний.
•На развлекательных и деловых мероприятиях внимание зрителей привлекает необычная технология, а также интригующие трехмерные образы.
•В составе музейных экспозиций для трехмерного представления экспонатов, а также если экспонат редкий или находится в другом месте по различным причинам (на выставке).
•В медицине: врачам голографические МРТ помогут лечить людей
•Геологи смогут с помощью трехмерных моделей исследовать месторождение полезных ископаемых
•При создании фильмов
•При строительстве домов

Практика
Для того, чтобы изготовить голографическую картину своими руками требуется современное дорогостоящее, труднодоступное оборудование.
Поэтому было решено изготовить мультиплексную 3D голограмму.
Оборудование:
Планшет Samsung, 10.2 дюйма
Четырехгранная пирамида из оргстекла
Деревянная подставка
Программное обеспечение:
«Holapex hologram video maker»
Принцип работы голографической установки:
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.
Схема работы зеркала

Изучив теорию получения изображения в зеркале мы приступили к изготовлению голографической установки
Схема нашей голографической установки:

1.Конструирование четырехгранной призмы из органического стекла:


•Вычисление размеров призмы экспериментальным путем
•Вырезание и склеивание деталей призмы из прозрачной пленки для определения верности конструкции
•Вырезание деталей призмы из органического стекла
•Склеивание деталей призмы между собой
•Создание чертежа призмы
2.Разработка и создание деревянной подставки:
Экспериментальным путем мы выявили, что наилучшего качества изображения можно достичь, когда голограмма рассматривается при минимальном освещении. С этой целью мы создали деревянную подставку. Процесс создания состоял из следующих этапов:
•Нахождение необходимых материалов для подставки (нам потребовались доска, вакуумные присоски, деревянные столбики, клей)
•Покраска доски и деревянных столбиков в черный цвет
•Склеивание частей подставки между собой
3.Нахождение и создание видео объектов для получения голограммы
В сети интернет мы нашли несколько готовых видео, обработанные с помощью программ для создания мультиплексных голограмм и представляющие собой четыре изображения одного объекта с разных сторон, которые можно использовать, как голограмму, применяемую в учебном процессе.
Принять участие в нашей исследовательской работе мы пригласили начинающего 3D моделлера, который создал для нас модель атома.
4.На этом мы не остановились и решили создать свои видео-заготовки для голограмм
Для этого в сети интернет мы нашли интересующие нас видео и с помощью специального ПО «Holapex hologram video maker» разложили эти видео на четыре части.
Видео для голограммы должно быть исключительно на черном фоне.
Выводы
Мы изучили принцип работы голографической картины и голографической установки.
Создали эту установку и видеотеку с видео материалами, которые можно применять в учебе, при изучении биологии, географии, физики, химии, ОБЖ.
Первая гипотеза о том, что голограммы применяют только при создании фильмов не оправдалсь. Мы узнали другие области применения голограмм.
Третья гипотеза о том, что принцип действия голографической установки похож на принцип работы зеркала оправдалась.
Четвертая гипотеза о том, что с помощью ПО можно разложить любое видео на 4 части для создания голограммы оправдалась. Мы узнали, что видео должно быть на черном фоне.
Через несколько лет во время телефонного разговора мы могли бы видеть проекции живых людей, как в фантастических фильмах. Когда же наступит это прекрасное завтра? Это зависит от каждго из нас. Возможно, именно ты сделаешь этот мир лучше!
Конечно, наше исследование ни в коей мере не претендует на исчерпывающее, оно является лишь началом более широкой работы по созданию голографических изображений.
Список литературы
А. В. Перышкин. Физика. Издательство «Дрофа», Москва, 2013 – 238 с.
О.Ф. Кабардин. Справочник школьника. Физика. Издательство «Астрель», Москва, 2003 – 574 с.
[Электронный ресурс]. URL: http://howitworks.iknowit.ru/paper1632.html[Электронный ресурс]. URL: http://ushelets.ru/kontseptsiya-nogomernogo-cheloveka/index.php?option=com_content&view=article&catid=127&id=307[Электронный ресурс]. URL: http://naturalworld.ru/key_gologramma.htmЧто такое голограмма. [Электронный ресурс]. URL: http://otveklik.com/3435-chto-takoe-gologramma.htmlПриложение
1133475121920



1415415993775
3152775346710-952524765036385530060902647956259830

Приложенные файлы

  • docx file1
    Размер файла: 2 MB Загрузок: 63

Добавить комментарий