全息投影技術(shù)在煙花上的應(yīng)用創(chuàng)意研究

張鵬

摘 要 隨著科技的高速發(fā)展，全息投影技術(shù)逐漸在各個領(lǐng)域中出現(xiàn)并引起了大眾的關(guān)注，目前全息投影在建筑、攝影、醫(yī)學(xué)、運動等方面都有發(fā)展，最受大眾關(guān)注的當(dāng)是視覺藝術(shù)的展示。“煙花”可謂是中國最具特色的視覺藝術(shù)發(fā)明之一，但是它的燃放對環(huán)境有很大的污染，所以近幾年全國各地區(qū)陸續(xù)限制或禁止“煙花”燃放。本文對全息投影技術(shù)的基本情況有所闡述，并提出“全息投影新型煙花”的創(chuàng)意設(shè)計。

關(guān)鍵詞 全息投影 創(chuàng)意設(shè)計 煙花

中圖分類號：TS951 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）08-0005-02

煙花文化是世界精神文化的代表，也是世代中國人的智慧結(jié)晶，煙花爆竹更是國務(wù)院確定的中國優(yōu)秀傳統(tǒng)文化產(chǎn)品。但是近幾年由煙花爆竹引起的安全事故頻頻發(fā)生，并且煙花的燃放對城市環(huán)境和人體健康都有極大影響，我國對環(huán)境的保護(hù)力度日漸加強(qiáng)。為保障人民生命財產(chǎn)安全，減少環(huán)境污染，創(chuàng)建良好居住環(huán)境，各地政府陸續(xù)出臺“煙花爆竹禁放政策”。“禁放令”出臺之后，環(huán)境確實得到了重大改善，但是曾經(jīng)的煙花文化卻大大受挫。

當(dāng)前面臨環(huán)境保護(hù)與人文習(xí)俗的沖突，環(huán)境保護(hù)是為了老百姓生活得更舒適安全，人文習(xí)俗的開展則充實了老百姓的精神文化，為解決這個矛盾目前有學(xué)者研究了“電子煙花”，但它們原理大都以LED或發(fā)光二極管來呈現(xiàn)煙花的光彩[1]，而本文則提出全息投影的新型煙花創(chuàng)意。

1 全息投影技術(shù)的發(fā)展及原理

“光波的記錄與再現(xiàn)”由英國籍匈牙利科學(xué)家丹尼斯·斯蓋伯（Dennis.Gabor）提出，從而誕生了光學(xué)全息及光學(xué)信息處理這一對人類文明有重大貢獻(xiàn)的光學(xué)新科學(xué)，并因此獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。之后，越來越多的科學(xué)家熱衷研究全息顯示，到20世紀(jì)90年代全息圖的記錄與再現(xiàn)實現(xiàn)了數(shù)字化，2001年德國國家實驗室首創(chuàng)研發(fā)了全息膜技術(shù)使三維圖像再現(xiàn)成為可能，2003年首次成功應(yīng)用于全息投影技術(shù)中，而后全息顯示領(lǐng)域得到高速發(fā)展，并逐步應(yīng)用于視覺藝術(shù)領(lǐng)域中[2]。

全息投影技術(shù)是利用光的干涉和衍射原理[3]，將記錄樣本的信息以干涉條紋的形式記錄下來，并通過再現(xiàn)光照射記錄介質(zhì)還原記錄樣本的一種技術(shù)。該技術(shù)是全息攝影技術(shù)的逆向展示，本質(zhì)上是通過在空氣或者特殊的立體鏡片上形成立體的影像，創(chuàng)造了一個真實和虛幻相結(jié)合獨特的效果，具有強(qiáng)烈的縱深感，且似有似無，真假難辨，讓觀看者有一種身臨其境的感覺，好像真實的東西就發(fā)生在眼前一樣。

目前全息投影技術(shù)分為三種：（1）在美國一位叫Chad Dyne的29歲理工研究生發(fā)明了一種空氣投影和交互技術(shù)，這是顯示技術(shù)上的一個里程碑，它可以在氣流形成的墻上投影出具有交互功能的圖像。此技術(shù)來源海市蜃樓的原理，將圖像投射在水蒸氣上，由于分子震動不均衡，可以形成層次和立體感很強(qiáng)的圖像。（2）日本公司Science and Technology發(fā)明了一種可以用激光束來投射實體的3D影像，這種技術(shù)是利用氮氣和氧氣在空氣中散開時，混合成的氣體變成灼熱的漿狀物質(zhì)，并在空氣中形成一個短暫的3D圖像。這種方法主要是不斷在空氣中進(jìn)行小型爆破來實現(xiàn)的。（3）南加利福尼亞大學(xué)創(chuàng)新科技研究院的研究人員宣布他們成功研制一種360度全息顯示屏。

2 全息投影的廣泛應(yīng)用

當(dāng)前全息投影技術(shù)的應(yīng)用在攝影上是最普遍的，與普通攝影技術(shù)相比，全息照片記錄了物體光波的全部信息，所以再現(xiàn)的物像是與原物像一模一樣的立體像，而且優(yōu)于普通立體像的效果。

在建筑行業(yè)中，它在沙盤上投影呈現(xiàn)樓房模型或是室內(nèi)裝潢設(shè)計模型，不需要像傳統(tǒng)模型那樣費時費力地組裝，它簡單清晰全面地向觀看者提供了房屋構(gòu)造[4]。

在舞美應(yīng)用中，不僅可以產(chǎn)生立體的空中幻像，還可以使幻像與表演者產(chǎn)生互動，一起完成表演，產(chǎn)生令人震憾的演出效果[5]。2013年周杰倫在演唱會上與鄧麗君實現(xiàn)跨時空同臺演唱，以及人們熟知的日本虛擬歌手“初音未來”、亮相央視春晚的虛擬歌手“洛天依”都是依靠全息投影技術(shù)。

3 全息投影煙花的創(chuàng)意設(shè)計

煙花的樂趣主要有兩點——在夜空中綻放時的鮮艷亮麗、各式的美麗圖案、爆炸聲響的“除年”習(xí)俗和聲音帶來的熱鬧歡樂。一個是視覺享受的舒適，一個是聽覺震撼的體驗。我們只要解決了這兩方面的安全進(jìn)行，那么煙花文化是不是可以繼續(xù)盛行了呢？視覺，或許全息投影可以解決這個問題，而聽覺來源則可由音響輸出。

利用上文所述“海市蜃樓”原理即空氣投影交互技術(shù)。海市蜃樓的形成是由于全反射原理，全反射的形成條件是光線以一定角度從光密介質(zhì)進(jìn)入到光疏介質(zhì)中，而因為冷空氣的密度大于熱空氣，所以冷空氣和熱空氣可形成一對光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)。然后我做了一個大膽的創(chuàng)意設(shè)計，底部是一個與傳統(tǒng)煙花相似的“盒子”為該項目裝置的主體，其內(nèi)部主要有三塊構(gòu)成，全息投影儀器、“水彈”裝置、音響裝置，然后通過串聯(lián)使之形成整體聯(lián)動。其中“水彈”裝置頗為復(fù)雜，它的功能有壓縮空氣、加熱、發(fā)射、噴灑，其大小與爆竹相近，其表面還有一個引爆裝置，內(nèi)部是壓縮的空氣。以下分別為兩個創(chuàng)意模型。

1.模型一發(fā)射升空型：“水彈”裝置為發(fā)射型，其發(fā)射原理為氣槍的發(fā)射原理（即使用壓縮空氣為動力，使用“空氣壓縮機(jī)”給儲氣倉充氣，用一段高壓氣管通過氣壓表和氣瓶連接達(dá)到一定氣壓值時“水彈”將被射出），使用前加入一定數(shù)量“水彈”。開啟開關(guān)后首先會在“水彈”裝置中對“水彈”進(jìn)行熱處理，然后發(fā)射，最后在最高點爆炸形成投影所需的水蒸氣。

此時需要“水彈”、投影儀器和音響三者聯(lián)動，在水彈升空的同時會伴隨著音響配合仿煙花升空的音效，至水蒸氣形成投影煙花產(chǎn)生，隨即音響配合發(fā)出煙花爆炸聲，流程見圖1。

優(yōu)點：煙花燃放的真實性高、觀看者體驗感強(qiáng)（每升空一次“水彈”會形成一次煙花）。

缺點：水彈制作難度高、成本高（水彈為一次性、水彈上還得裝配爆炸裝置、并且“水彈”制作麻煩難以自行生產(chǎn)，只能交由工廠制作，需要購買）。

2.模型二噴灑型：“水彈”裝置為非發(fā)射裝置，而是一個噴灑型裝置，也是使用壓縮空氣為動力，使用“空氣壓縮機(jī)”給儲氣倉充氣，用一段高壓氣管通過氣壓表和氣瓶連接達(dá)到一定氣壓值，然后內(nèi)部進(jìn)行熱處理，最后噴出熱空氣形成投影所需水蒸氣。

底部持續(xù)噴灑形成水蒸氣，此時只需要投影儀器與音響的聯(lián)動，達(dá)到煙花爆炸的視覺與聽覺效果，直至“水彈”裝置無法噴出熱空氣整個裝置就自動停止，流程見圖2。

優(yōu)點：“水彈”制作簡單、成本低（投影所需“水彈”只需要加入空氣，可以自行直接裝配，自給自足）。

缺點：煙花真實性低于模型一。

4 結(jié)語

本文對全息投影技術(shù)的原理、發(fā)展及目前的應(yīng)用情況做了簡要說明，并以全息投影技術(shù)為基礎(chǔ)提出新型煙花的創(chuàng)意設(shè)計。目前全息技術(shù)正在茁壯成長中，然而中國對此方面的研究還落后于他國，但我們不會氣餒，相信只要牢牢地抓住機(jī)遇，我們中國以其驚人的進(jìn)步速度和科研精神必會推進(jìn)其發(fā)展。當(dāng)下3D技術(shù)正在被科技界追捧，全息技術(shù)正被嘗試應(yīng)用在各行各業(yè)，全息投影技術(shù)發(fā)展態(tài)勢大好，未來的發(fā)展前景不可估量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 黃建.3D全息投影技術(shù)發(fā)展應(yīng)用[J].演藝科技，2015 （01）：45-47.

[2] 許秀文，薄建業(yè)，楊銘，等.淺析3D、全息、虛擬現(xiàn)實技術(shù)[J].中國教育信息化，2011（07）：85-86.

[3] 謝煒杰.全息投影技術(shù)原理分析及前景展望[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2019（10）：195-196.

[4] 王思超.論全息投影技術(shù)在展示空間中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)信息，2015（24）：318.

[5] 王潔.全息投影技術(shù)的原理解析與應(yīng)用展望[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2020（22）：156-158.