摘要：随着计算机技术的快速发展，全息视觉技术作为一种新型视觉展示手段在不同行业得到了越来越广泛的应用,其中三维技术又是重中之重。不同于以往的视觉媒体技术，运用全息智能媒体硬件设施可使肉眼不用通过传统的屏幕显示看到类似于空间中的三维影像。本文介绍了当下全息智能广告机的工作原理以及三维技术在全息智能广告机中应用意义和过程，通过新型三维技术理念的试验介绍，结合商业化视觉特效项目的成功案例指明了三维技术在全息智能广告机中的具体应用成效以及未来可拓展的空间，同时在项目实践中指出了实际应用中所需注意的部分技术要点和相关软硬件不足之处。
关键词：三维技术；视觉暂留；全息媒体；应用研究
Research on the Application of 3D Technology in Holographic Intelligent Advertising Machine
Hu Chen
(Quanzhou Huaguang Vocational College Quanzhou, Fujian 362121)
Abstract: With the rapid development of computer technology, holographic vision technology as a new type of visual display method has been more and more widely used in different industries, among which three-dimensional technology is the most important. Different from the previous visual media technology, the use of holographic smart media hardware facilities can make the naked eye see a three-dimensional image similar to the space through a traditional screen display. This article introduces the working principle of the current holographic smart advertising machine and the meaning and process of the application of 3D technology in the holographic smart advertising machine. Through the introduction of new three-dimensional technology concepts, combined with the successful cases of commercial visual special effects projects, it points out that three-dimensional technology is in holographic intelligence. The specific application effects in the advertising machine and the space that can be expanded in the future. At the same time, some technical points and related software and hardware deficiencies that need to be paid attention to in actual applications are pointed out in the project practice.
Keywords: 3D technology; persistence of vision; holographic media; applied research
新时代背景下，传统静态视觉展示已经慢慢失去竞争力，而用户的视觉审美也在数字时代的映衬下被动地提高。随着全息视觉媒体设备的不断升级以及三维技术的快速发展，计算机图形学也取得了突飞猛进的进步。三维显示技术作为影像行业较为前沿的高新技术，它的普及改变了传统平面视觉给人们的审美疲惫。当下已经步入上升期的全息视觉相关硬件技术开始被大量应用，伴随着芯片性能的提升，对三维技术的升级也有了较大的促进作用，特别是在新型视觉和广告领域，三维技术在其中的应用效果显得尤为突出。新型媒体的兴起，限制了传统媒体行业的发展速度，如何在短时间吸引观众眼球，成为商家需要重点考量的问题。对于目前实际应用的视觉媒体项目来说，全息技术的应用依然存在着不少缺陷，技术上尚处在探索与提升的阶段，一方面是行业技术上的标准有待于进一步明确，另一方面则是用户在实际使用时对于相关的概念还不是很清晰。本文将从技术的硬件方面、内容制作方面以及实际应用案例来介绍三维技术在全息智能广告机中的应用情况。
1、全息视觉与智能广告机工作原理
1.1全息视觉概述
智能广告机的全息视觉技术是运用了人类视觉暂留（POV）原理，即视觉的短暂停留。人眼观看物体时，物体的像汇成到视网膜上，视网膜上的光感细胞将光信号转换为生物电信号通过视神经传给大脑。当物体移去后，视神经对物体的印象并不会立刻消失。现代医学已证明，人眼看到一个物体后，其印象在1/24秒之内不会消失，这种现象叫做视觉暂留，或叫做人眼的惰性。这种惰性会使人的视觉产生重叠，使物体变静为动。所以，以24帧速率以上的速度呈现画面时，会使人看到平滑连续的动态视觉画面。
全息广告机就是用这种基于视觉暂留原理的旋转线阵显示设计技术使得人们观察到的图像具有裸眼三维的视觉效果。
1.2.全息智能广告机的硬件工作原理
全息智能广告机结合了旋转扫描式立体投影原理和LED成像原理，将三维物体分割为点阵或二维图像再依次扫描利用视觉暂留效应形成立体图像。在整个硬件装置中，电机承载着电路板，并带动其旋转，由于旋转扫描式立体投影需要在高速状态下才能实现裸眼3D的视觉效果，因此对电机的安全性和动力性有着较高的要求。全息广告机在工作过程中，电路板与电机之间如果没有保证紧固，整个装置的震动特别大，会导致电机高速旋转与单片机计算过程中产生误差，导致成像不稳定，因此硬件装置中电机与其他部件的紧固连接性尤为重要。
全息视觉理念从静态到动态的突破，其中蕴含的技术完全不同。目前现有技术中很多旧款型号的全息广告机显示控制方法通常都是采用长条型的灯带设计，长条型的灯带上分布若干个LED灯珠，但是当电机驱动灯带转动时所产生的3D图形清晰度并不高，导致视觉效果差。新型智能广告机的技术理念提出不仅要对自身灯珠的质量及反应能力有极高的要求外，还需要涉及到大量数据的运算以及芯片数据处理等智能技术的开发。所以在此基础上打造出来的全息智能显示硬件才能实现最为逼真的裸眼3D效果。
本文项目中应用的新型智能广告机硬件已具备了FPGA图像实时高速坐标转换算法、图像及视频WiFi高速传输和处理、高速LED驱动控制算法、无线供电技术、远近距离红外通讯数据传输、无刷电机驱动等关键技术， FPGA高速显示图像技术采用可编程逻辑器件，FPGA直接通过ARM上的通用TFT液晶显示接口与ARM处理器连接,效率高、通用性强，同时使得显示器可以以每秒30帧以上的刷新率进行图像显示。
新型全息智能广告机在原有芯片的基础上进行了架构创新，实现了高度还原成像与高度的成像稳定性。同时，云端的操控平台以及其独立的音频模块依靠于新型硬件本身高超的数据处理能力、接收能力，能够做到全球范围内的信息接收、云端控制、数据传输、音频稳定的精准播放等。
2、三维技术在全息智能广告机中的应用意义
三维技术是以计算机图形学为基础，综合计算机科学、心理学、数学、物理学等各种科学为一体的新型技术，它实现了从平面图形技术向立体图形技术的转变。与二维图形技术相对应，三维图形技术增强了立体感和空间感，不再局限于上下左右的运动效果。无论在传统视觉广告制作还是新型视觉广告制作方面，三维技术都能够给人耳目一新的感觉，因此受到了众多新老客户的欢迎。
全息视觉媒体理念的兴起，带来了客户视觉体验上的巨大进步，三维技术在其中的应用，突破传统包装理念限制，结合全息智能广告机的各项硬件技术升级与普及，拓宽了全息视觉媒体的资产挖掘，更加有效地提升了全息视觉媒体的影响力，丰富了全息视觉媒体的表现形式。三维技术目前已广泛应用于全息广告机，可为观众营造出不同的意境，满足观众的多种视觉享受。例如全息广告机的呈现内容可通过三维技术实现炫丽的动态图形变化、影视级视觉特效、实拍影像和虚拟影像相合成的动画元素等，使其通过商家的工业型艺术装饰，并配合视音频同步的音效，营造出符合产品的智能、科技的视觉氛围，如图1所示。
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3、三维技术在全息智能广告机中的应用过程
三维技术应用于全息智能广告机可实现各种题材的视觉特效和广告包装，其具体应用过程遵循传统的影视特效设计理念以及全息视觉包装的概念。
三维技术中关于三维资产制作方面，如商家产品所需的原模型，应按照工业模型或者影视级模型的工作流程制作，具备实体样本的产品可通过三维扫描技术生成三维模型，在软件中将其模型布线转换为可编辑的样式，用于动画或者特效的制作，而不具备实体样本的产品，则需要在三维软件中通过人工创作仿真模型，做到各方面数据与产品设计图一致。材质方面，按照卡通的或写实的要求绘制匹配，在材料和纹理制作上应按照物理仿真原理设计制作，达到逼真的视觉效果。规模较大的模型群集或者场景制作应在策划阶段根据客户终端设备的规模大小来设计具体的元素和排列模式，无论是动态展示元素还是镜头表现应根据全息广告终端设备的具体安置模式做出适应的设计与调整。
三维技术中关于三维合成制作方面，大体分为纯虚拟元素制作与合成方向和实拍素材与虚拟合成制作方向。纯虚拟元素制作合成方向按照传统的三维特效制作流程，在达成原设计稿效果的基础上突出元素的空间穿梭感，不同于传统媒体终端的显示，制作全息特效合成时的元素表现应符合设备实际安置场地的环境要求，配以辅助特效元素衬托用户需要表现的主题内容，整体合成的效果应用于全息设备时应体现出具备空间感的律动之美。实拍与虚拟合成制作方向在当下一般用来实现全息人像视觉特效，人像素材用绿幕实拍的方式输出，在合成软件中用抠像擦除技术去除多余的背景并导入到三维软件中进行虚拟元素的匹配与合成，过程中须做到实拍素材的内容与虚拟表达的内容相一致，可能用到的技术有正反向追踪技术、三维摄像机路径反求技术、多通道合成技术等，并应用于全息设备中展示。
三维技术应用于全息广告机中需注意三维素材的制作尺寸、分辨率，元素的分层匹配，元素在三维摄像机中的穿插技巧，主题内容在镜头中的走位，运动摄像机的轨道艺术等，这些应与全息终端设备的具体参数相匹配，否则将达不到应有的全息效果表现。
4、新型三维技术理念在全息智能广告机的应用拓展
常规的三维技术应用于全息智能广告机的案例已经比比皆是，与此同时新型的三维技术理念也在朦胧发芽。
三维技术结合交互技术理念应用于全息广告机已逐步被推上上市的日程。正在测试中的新型技术，首先，基于图像识别的展示技术，用于实体产品与虚拟影像的实时交互，当用户手持产品实体在硬件感应区内朝向设备终端展示时，设备会自动检测识别产品实体的影像数据，并在素材库中调出与产品对应的三维动画或特效进行匹配式地播放展示。第二个，基于体感交互的展示技术，用户在硬件感应区内朝向设备终端模拟简单的动作，展示画面中的三维图像元素也会跟着做出类似的动作或角度变化，用户在模拟动作时应根据展示画面中的实际元素种类做动作才能达到较好的效果，如画面中的元素是三维角色类或者房屋建筑类，亦或者产品道具类，对应用户的动作模拟所做出的画面反应也会呈现不一样的效果。第三个，基于控制端的三维图像交互展示，应用于科技产品展示或者地产展示等，开发者在Unity 3D引擎的架构基础上二次开发出控制面板，用户可通过控制面板来自由操控全息终端所呈现出的图像元素。相关新型三维技术理念在全息设备的应用，如图2所示。
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5、全息智能广告机实际应用案例
以2020年大连国际海鲜展为例，案例中应用的设备是中型全息广告机联屏，播放端的结构图如图3所示，设备由若干台65H单体播放机组成，配有金属支撑架和外防护罩，控制端包括局域网PC端控制和云端控制，可自由控制素材内容的播放展示。案例中所涉及的展示元素由三维动画、特效所构成，如海豚戏水题材，水母、海虾游动题材以及其他海洋生物互动的展示画面。其中各个种类的海洋生物制作由三维模型师运用常规的三维元素制作技术完成，动画师在模型资产完成后加以动作设计，特效师根据整体画面的构思进行特效模拟和解算并加以合成。项目管理人员在视觉素材完成后根据全息设备的具体硬件参数进行微调以匹配设备播放终端的展示效果，全息广告机联屏在实际应用前需根据内容测试效果决定是否在素材制作中修改方案或者通过硬件设备进行参数上的调整，以满足现场使用时要达到的整体视觉效果。通过用户反馈，现阶段的三维技术制作已基本满足了用户对于全息视觉效果的要求，同时用户也提出了相关建议。第一，三维技术在全息设备中的表现十分出色，但通过设备展示的效果并不能很好地被摄影机取样，未达到理想的广泛宣传效果 ，需改良全息硬件设备的相关参数以便于和大众摄像技术相融合，第二，目前的三维视觉素材大部分依然是机械式地展示，没有很好地与现场布局氛围以及场地实际内容线性地相连，所以在三维资产制作和技术合成的应用上需结合实地考察才能使全息视觉表现更上一层楼，第三，三维技术应结合对应的音效才能达到体验度更高的全息视听效果，三维视觉元素若与听觉元素相辅相成，会使用户达到更深一层的沉浸与消费意识。案例应用的现场效果如图4所示。
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6、结语
全息技术作为目前先进的影像技术，突破了传统视觉效果，在此基础上使用三维技术的空间表达，能够把传统的平面进行立体化升级，加上三维动画与特效的技术处理，带给客户强有力的视觉观感。现阶段，由于全息媒体硬件还存在着较多的待开发空间，所以三维技术在其中的应用与研发依然存在不少限制，但技术本身具备诸多优点与可拓展空间，加上相关硬件技术在今后的逐步完善，相信在不远的未来会有很大的发展潜力。
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