光学幻影

3D技术通过全息技术实现,在胶片上同时记录光强与光的相位信息,让我们看到立体物体。但通过反射,不同光学元件的组合,我们可以制造出一些“伪3D”效果的光学幻影。

记录如下:

2016-3-21

讨论“幻影成像”的方案

方案A

装置采用相扣的两面凹面镜,顶端凹面镜中心挖空用来成像,物体放在凹面镜底端,先经过上凹面镜的反射成正立放大的虚像,再经下凹面镜反射到顶端挖空的口处。为使像恰好呈在两凹面镜顶端口处,且像为正立放大的像需要满足一定几何关系。 观察童老师的模型,这种方法成像效果较好,且在自然光下即可成像,凹面镜的放大作用让物更便于观察。

2016.6 补充说明该方案原理的定量计算:

由几何关系有:

H=R-[R^2-(D/2)^2]^(1/2)

将一个小物体放在O1处,第一次由M2成像,其中物距为-2H,由凹球面成像公式:

1/S1+1/(-2H)=2/(-R)

可得:

S1=2RH/(R-4H)

反射像再由M1成像,物距为2H+S1=4H*(R-2H)/(R-4H),再次利用成像公式:

1/S2+(R-4H)/[4H*(R-2H)]=2/R

可得像距: S2=4RH*(2H-R)/(16H^2-12RH+R^2)

若要使得O1处的物体所成的像正好成在O2处,则应有S2=2H,解之为:

H1=3/4*R,D1=15^(1/2)/2*R,H2=1/4*R,D2=7^(1/2)/2*R

实物图如下:

方案B

由于凹面镜可以放大像,我们选择一个凹面镜和一个半透半反镜进行反射,只要物距处在2f之内均可将像放大形成幻影,通过上述光路原理,我们可以看到放大的幻影成像,但不足的是只能在一个方向进行观察并且为排除杂光干扰,成像物体最好具有较大的光强且置于某个较暗环境。

方案C

由于希望幻影成像能够在多个方向观察,采用上述装置,用四块玻璃/亚克力板粘成四棱锥形状,制作四面对称的视频或图片当作光源,分别通过四个45°倾斜放置的玻璃进行反射,好像在其中形成幻影。

方案D

偏振眼镜/红蓝眼镜 这种方法都是通过分别处理2幅画面,配以眼镜看到3D效果。

通过讨论可行性与成像效果,我们试图尝试通过B和C的方式进行幻影成像

主要遗留问题: 对光源的测试:

1、需要自带发光物体还是外光源?(自带发光物体需要找,而典型的外光源如小灯泡、发光二极管自身光强太大却可能无法产生足够强的反射光)

2、光源强度要多大可以观察到较为清晰的像?

3、发光体形状什么样的发光效果较好?

对成像过程:

1、虚像、实像的讨论

2、如何清晰地展现光路?是否要构造水雾等环境使光路明显?

3、对环境暗度的要求?

2016-3-28

对方案B进行讨论

1、对方案B进行环境条件试验

在自然光环境下,有很多干扰的杂光和像,看不到物体成像 半透半反镜反射的光更强产生很多反射的干扰像 外加小手电筒照射物体时,可以看到比较清晰的像

2、对物体的选择

初步选择自发光物体,里面是发光二极管,外面罩着塑料壳的发光小玩具;如果自发光物体成像效果不佳,加小光源。

3、初步对实验装置进行设计

如图,为达到较暗的环境条件,拟用一个狭长的盒子进行遮光,计划用胶把凹面镜粘在内壁,将半透半反膜插在内壁上固定。

2016-4-11

对方案B继续进行讨论与制作

用纸盒、纸箱(用来遮光,制造较暗环境)、凹面镜、半透半反膜(实际透射率为20%)、LED小玩具(选择花朵,俯视花纹较复杂)

试验结论

①、未加大纸箱时外界反射像较强,故暂用一大纸箱遮光,可以通过设计一个较为狭长的盒子,或贴纸制作观察口进行遮光

②、像的大小由物体与凹面镜距离决定,可通过提高物体的位置来增大像的大小。

③、半透半反膜表面不平整使像失真,决定后期不用纸盒子,选择亚克力板等较硬的材料做盒子加强固定

④、观察口较大时仍发现观察者的反射像较明显,参考汽车挡风玻璃原理,可对装置倾斜角度稍作调整(不要严格将半透半反膜设为45°),是观察者的反射像不在竖直平面内

同时对盒子实际尺寸进行设计:我们的装置主要受凹面镜大小的限制,凹面镜焦距,尺寸,拟制作盒子如图,采用盒子尺寸10*10*20cm,盒子材料选择亚克力板

这个示意图不够清楚,应对尺寸等加以标注 — lvjinglin 2016/05/09 12:21

加尺寸的示意图

2016-4-11 晚上

买材料,同时对方案C进行理论计算与设计

网站上可以下载到视频源,即中心对称的四面图像,这个视频的制作可以通过MikuMikuDance制作

我们拟用5英寸手机作为视频源,屏款6.5cm左右 计算得到等腰三角形腰长r=5.6cm

2016-4-18

对方案C进行改进

用普通塑料做的反射光不够强,在较暗环境下比较好,而塑料较厚不容易切割加工,我们选择半透半反膜(20%透射),反射较强,为保持像的真实度不能100%反射 通过试验与测量手机放置在距离地板略大于4cm处成像效果较好,做简易架子把手机架起来。

2016-4-25

材料已到,开始按照方案B制作成像盒子 需要注意的是,透明的亚克力板在内部会产生多个反射像,可以用黑色卡纸粘在内部

在实际搭建过程中,我们发现由于装置的尺寸限制,物体距离凹面镜的距离在2f以外,无法产生放大像的效果,我们最终决定用半透半反膜代替凹面镜获得更好的成像效果。物的高度可以制作架子来改变获得更大的像 最终设计图

图呢? — lvjinglin 2016/05/09 12:28

2016-5-4

对方案C装置进行制作

为使立体效果更好,将整个装置安置在转盘上,可以360°进行旋转看到不同侧面的像。

成品图

整体成品图:

PlanB成品效果图:

PlanB侧面图:

PlanC成品图:

2016-5-16

1、尝试圆锥面成像 拟做母线与水平夹角为45°的圆锥,底面圆半r=2.8cm;母线R=4.0cm

对成像进行试验,从45°观察是会同时看到2个像,成像效果差。

2、用玻璃棒代替卡纸做支架支撑屏幕,切割棒长d=4.2cm,打磨两端平齐。上面粘三面支架角以固定屏幕。

2016-5-23

做更大的演示仪,完善仪器

用以9.7寸ipad视频源,屏幕尺寸240mm*169.5mm,购买合适尺寸的半透半反膜,适合高度的亚克力柱,大转盘等。

2015-5-30

制作更大的演示仪,成品如图

镜屋幻影

利用多次反射,制作镜屋幻影

莫尔条纹原理解析

  18世纪莫尔首次发现这个现象,两条线或两个物体之间以恒定的角度和频率会发生干涉,而当视觉无法分辨两个物体的空间尺度时,只能看到干涉条纹,称作莫尔条纹。可以通过两组平行光栅或圆环状光栅进行互相重叠,通过变换不同的光栅常数或相对位置,可以看到明显清晰的莫尔条纹。
(具体计算见ppt)

两组间距不同的条纹重叠

相同光栅小角度重叠

圆环条纹重叠

普氏摆原理解析

    普氏摆是一种有趣的视觉效应,由Pulfrich在1922年第一次详细描述并分析,因此以他的名字命名了这一现象。普氏摆实验装置由一个单摆和分别对应左右眼的观察窗构成,一个观察窗为全透明,另一个则一般为烟色。当人眼分别透过两个观察窗来观察单摆的运动时,会发现单摆更像是在做一个水平面内的圆周运动,既有左右运动,还有前后运动。
    视觉延迟的时间与物体的亮度反相关:

    图解普氏摆:

报告ppt

 
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