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1、 盐城工业职业技术学院2015届毕业论文虚拟发光篮球架 摘要虚拟发光篮球架 摘要摘要改革开发以来我国的的经济飞速发展，国际地位也越来越高了，人们的生活水平也在逐步的上升，但根据一项调查结果显示人们的身体素质却呈现一个下降趋势，青少年的身体素质更为严重。篮球运动既能提高人们的身体素质，又能养成一个良好的习惯。本文根据实际需要和现有的科学技术来制作一个简单可行的虚拟发光篮球架，为人们的篮球文化生活带来便利。本文的主要内容分五个部分：第一部分，通过简单的了解和分析，确定设计产品的目的、方法以及制作的意义。第二部分，简单说明了一些自己的设计思路以及实施路线。第三部分，介绍全息投影的原理、发展史以及一些
2、应用。第四部分，介绍制作设计所需的材料、制作过程遇到的一些困难和实验结果。第五部分，总结技术过程中的不足之处。关键词： 虚拟发光篮球架 全息投影 III虚拟发光篮球架 Abstract虚拟发光篮球架 绪论AbstractSince the reform and development of our country is rapid economic development, international status is also more and more high, people is living standards are also gradually rise, but accord
3、ing to a survey of people is physical quality has been a downward trend, teenager is physical quality is more serious, Basketball can not only improve people is physical quality, and can form a good habit.According to the actual need and the existing science and technology to create a simple and fea
4、sible virtual luminous basketball board, bring convenience for people is basketball culture life.The main content of this article is divided into five parts;Understanding and analysis of the first part, through a simple, determine the purposes and methods of product design and production.The second
5、part, the simple illustrates some design ideas and implementation route.The third part, introduces the principle of the holographic projection, history and some applications.The fourth part, introduces the materials needed for the production design, the production process encountered some difficulti
6、es abd experimental results.The fifth part, summarize the deficiency in process of technology.Key words: Basketball culture virtual luminous basketball holographic projection目录第一章 绪论31.1 引言31.2 研究的目的和内容31.2.1 研究的目的31.2.2 研究的内容31.3 研究的方法和意义31.3.1 研究的方法31.3.2 研究的意义3第二章 总体方案设计32.1 设计构思32.2实施路线3第三章 全息投影
7、概述33.1全息技术33.1.1 全息技术的原理33.1.2全息技术的发展史33.1.3全息技术的特点33.1.4全息技术分类33.2全息投影的应用3第四章 虚拟发光篮球架34.1 普通篮球架规格34.2器材选择34.2.1光源34.2.2介质34.2.3 其他材料34.3制作过程34.4实验结果3第五章 结论3参考文献3致谢3第一章 绪论1.1 引言近几年来，人们的生活水平在不断地提高，人们对身体素质也越来越重视了。对于工作繁重的人们总是会留点时间来进行一些简单的体育运动，在锻炼身体的同时，也可以放松自己的心情。阳光、水、空气和运动是健康和生命的源泉，运动对于生命来言就如同阳光、空气、水一样
8、缺一不可。科学研究证明，适当的运动有利于身体素质的提高。篮球运动具有较高的竞技性和趣味性，而且容易普及，也深受人们的热爱，它对于增强身体素质、促进身心健康、提高人们参与的意识、培养良好的习惯都有着重要的意义。篮球可以培养我们敢于拼搏、永不放弃的精神。篮球运动是一项集体运动，它需要我们当中所有的参与。防守、掩护、进攻等绝不仅仅是我们单独就能完成的，篮球运动锻炼可以锻炼我们的团队配合意识，对我们的生活有着重要的意义。大多时候它的内在价值已经超出了强身健体的范围了，篮球运动在当代社会中社会教育价值已经被人们所认识，篮球运动不仅仅对青少年有着良好的教育作用，而且还能规范他们的社会行为。对于如今的我们来
9、说，篮球运动必然是一种既能健身娱乐又能促进社会和谐的竞技运动。1.2 研究的目的和内容1.2.1 研究的目的该设计是为了满足在农村一些孩子能够在夜晚进行一些篮球运动，通过光学结构的分析，深入了解全息投影技术的原理和特点，使光圈能够在空中形成，从而满足广大人民的需求。在设计方便，本论文充分利用有效地材料进行制作，打破市场上以往的设计，给人们一种耳目一新的感觉。1.2.2 研究的内容本论文研究的内容是通过对虚拟发光篮球架设计的整体分析，从而达到预期的效果，从各方面满足人们的需求。通过撰写设计说明与设计过程，设计说明包括制作方案、制作材料、制作过程、制作结果，结论以及在制作过程中所遇到的问题和需要完
10、善的方面。制作虚拟发光篮球架可以从以下几个方面考虑：（1） 通过合理的设计，能够调节光圈的大小以及方向。（2） 从材料方面，选择较强的灯做光源。（3） 将设计进行牢固，方便携带节约空间。1.3 研究的方法和意义1.3.1 研究的方法 针对实际情况和现有的科学技术展开设计，具体的设计流程如下：（1） 首先进行一些资料的收集和调查；（2） 确定设计的方向；（3） 通过绘制草图，比较不同的设计方案；（4） 选定方案，对一些小细节进行深入的研究；（5） 针对以上信息，上网购买一些设计所需要的材料；（6） 初步完成产品的设计；（7） 对产品进行部分修改和完善；（8） 撰写设计说明和过程；1.3.2 研究
11、的意义篮球运动作为一项集体运动深受广大人民的喜爱，以往的篮球架都是大型实体的，比较笨重，而且占用的场地比较大。虚拟发光篮球架方便移动，适合各种类型的场地，具有很强的竞争空间。我国是体育运动大国，人口数量多，因而关注青少年的身心健康已经成为基本国策，增强青少年体质锻炼是必然的。篮球运动既能强身健体还能增加团队合作意识和人身体的协调能力。这些对我国青少年的健康成长有着重大的意义，但如今在农村没有足够的场地和资金来提供运动，虚拟发光篮球架有效地解决了这两个问题，它既能随时随地的提供一个属于自己的篮球场，对青少年的健康成长也有着重大的意义。 在未来，随着人口的迅速增长，用地面积的减少，没有太多的空间来
12、建设篮球场，这为虚拟发光篮球架提供了很大的市场空间。据调查如今很少厂家生产这类的产品，从一般人的角度来看，他们更注重的是产品的安全性和便捷性，这为我们在接下来的设计提供了有利的设计方向。设计的本质是通过我们的设计来满足人们的需求。20虚拟发光篮球架 总体方案设计 第二章 总体方案设计2.1 设计构思确定设计题目：虚拟发光篮球架根据市场的调查结果以及毕业设计的要求，设计出一个能在夜晚进行投篮的篮球架。首先，根据初步的设计理念，制作一些简单的草图和设计方案，再进行一些有关篮球架与全息投影的调查，搜查与整理有关这方面的资料，最终选定一个制作方案。针对该方案进行深入的研究与修改。其次，根据最后制定的设
13、计方案进行最后的草图绘制，并加以修改与完善。然后将一个完整的设计方案与草图相结合，着手准备该设计所需要用到的一些材料，进行一步步的分析与制作。最后，参考最终的设计方案、设计草图以及后面制作的虚拟发光篮球架，进行论文的撰写。 2.2实施路线（1）确定设计题目、拟定设计提纲（2）查阅相关资料（3）了解该技术如今的现状和出现的问题（4）针对这些问题提出自己的方案（5）实施自己的方案（6）整理设计所需要用的资料和材料（7）制作过程（8）制作结果（9）总结与制作的心得虚拟发光篮球架 全息投影概述第三章 全息投影概述3.1全息技术全息图需要载体来显示物体。要达到这一条件，需要用相干性好的激光作为光源，并且
14、照射物体和光的光线一定要是从同一束激光分离出来的，这样才能够达到产生光的基本条件。而感光片显示的影像后才能成为全息图。为了能使全息图直接出现物体的影像，则需要打一束亮光或者单色光在靠近参考地方进行照射，这样能够在恰当的位置上观察到原物的图像。对全息图的一小部分显示整个对象，必须在感光胶片摄影的全息图，每个位置需要整个物体接收到的反射光。几个波长相当于感光乳剂厚度，生成乳胶干涉层，用白光再现全息图的制作。 现如今，全息摄影在各行各业都已经有了广泛的应用。八十年代时期法国创办全息摄影展，人民就已经能够观赏非常神奇的全息图像。人们可以看见墙头上明明有一个出水龙头伸出来，伸手去拧一下，结果是抓了个空：
15、一只空白的镜框，正向着大家微笑致敬：一只空的玻璃罩杯，可是，在光的照射下，玻璃杯马上现出维纳斯像：在一个有玻璃罩的镜框上，图像仍在持续地变换。3.1.1 全息技术的原理全息投影技术也称虚拟成像技术，是利用干涉和衍射原理记录并再现真实三维图像的技术。其实它的本质是全息摄影技术的逆向展示，这是一种记录被摄物体反射或透射光波的振幅和相位等全部信息的新型摄影技术。以下分两个部分第一部分：干涉原理记录物体光波信息，此即：被摄物体在激光辐射下形成漫射式的物光束：另一部分激光作为参考光束射在全息底片上，和物光束叠加产生干涉，把物体光波上各点的位相和振幅转换成在空间上变化的强度，从而利用干涉条纹间的反差和间隔
16、将物体光波的全部信息记录下来。记录着干涉条纹的底片经过显影、定影等处理程序后，便成为一张全息图，或称全息照片；第二部分：衍射原理再现物体光波信息，这时全息图就像一个复杂的光栅，在相干激光照射下，一张线性记录的正弦型全息图的衍射光波一般可给原始像（又称初始像）和共轭像。再现的图像立体感很强，具有真实的视觉效应。全息图的每一部分都记录了物体上各点的光信息，所以原则上它的每一部分都能再现原物的整个图像，通过多次曝光还可以在同一张底片上记录多个不同的图像,见图3-1。 图3-1全息投影原理图3.1.2全息技术的发展史法国肖维岩洞中的史前绘画，运用透视法、明暗变化和优雅的线条，让观赏过后的人们佩服惊叹。
17、随着时间的流逝，仍然可以给人类带来非常大的视觉撼动，没有人不震撼这些是原始人是绘制于32万年前的狮子、熊和犀牛。20世纪初当他们在不经意间发现了这个岩洞的时候，所有岩洞的大门都为他们敞开了，绘画都无条件展现在面前。这一发现被称为当年最伟大的考古和艺术发现之一。然而，当它被公布于众并得到法国政府投入大量的资金进行调研保护，最终肖维岩洞的大门却对公众拒绝开放。一般大众也就只能看着报刊杂志上平板的图片凭空想象了，根本无缘一睹真容。 波尔多郊区的城镇，根特的全息图，它都将成为历史。当电报发明人塞缪尔摩尔斯第一次见到使用银版摄影作品，他认为这是一个奇迹，栩栩如生的作品不应该是复制的自然，应该是自然的。在
18、现在的人有意见莫尔斯的反应，难免有些大问题。在这个数码相机显示时代的魅力，没有人会那么做。然而，杰奎琳贝洛妮在蝴蝶全息图像一般会呈现给观众，收集蝴蝶标本的物理学家的一个爱好，很疑惑地问杰奎琳贝洛妮什么使你在学术报告显示这种鳞翅目昆虫标本盒？杰奎琳贝洛妮说“这不过是一个全息图像”；。物理学家却怎么也不肯相信自己的眼睛，见图3-2。 图3-2 全息图像尽管全息摄影术对于多数人来讲并不是什么新颖的概念，那位物理学家的惊疑却也是可以让人理解的。早在激光出现以前，1940年，伽伯开始了全息照相的研究工作，意在提高电子显微镜的分辨本领。然而，激光出现在20世纪60年代以后，全息照相技术迈向了一个全新的阶段
19、，伽伯也因此荣获了1971年的诺贝尔物理学奖。最早的银版照相术与全息摄影一样，其奥妙之处都在于对光的记录。全息摄影技术的独到之处也就是它能同时捕捉到光的明度 光的饱和度以及光的方向。通过激光，录入光照射到物体上再折射出来的方向，极为真实地重现物体在三维空间中的成像。3.1.3全息技术的特点（一）互动性传统的展示设计汪汪局限于空间的营造和展示的内容而忽视了展示的根本目的，即信息的传达与获取。如今，展示设计在全息投影技术的支持下逐渐将传统的静态物品展示变成了动态的、非物质的、以观众为主的互动性展示，从根本上改变单向性传播信息的模式，充分体现了以人为本的设计理念，强调人在展示环境中的主体地位及主动性
20、。在触摸屏、红外线肢体动作捕捉、声音控制等技术的支持下，观众与虚拟影像实现互动，这一过程可以充分调动观众的热情与积极性，展示信息也因此达到了准确、高效、清晰的传达与获取。（二）沉浸性全息投影旨在营造亦真亦幻的现场效果，将观众带入一个特定的情境中。全息投影呈现出的影像色彩逼真，空间感、透视感强烈，再结合音频、灯光、烟雾等综合元素，观众会不自觉沉浸于虚拟的情境中，分不清虚拟与现实世界。（三）故事性故事性是展示设计不可缺少的一个重要组成部分，单纯完成展示空间的创作并不能使得空间具备氛围感与故事性，就好比一场舞台剧，如果单单只是布置好舞台而没有故事剧本及演员，那么舞台就仅仅是个容器了。全息投影技术可以
21、制作出各种生动、逼真的场景，为故事的表现、讲述与观众的参与提供脚本，人物、时间、空间、事件就有序结合构成完整的展示场景。（四）即时性全息投影是在特定时间和地点开放的现场艺术。首先必须依赖于有效的时空场所，其次，全息投影影像具有非水恒性的特点，或称为“此在性”、“即时性”，全息展示只在预设的有限时间里进行，且随着展示的结束，留下的就仅仅是展示存在时的影像图片资料记载。（五）技术性全息投影具有很强的技术性，涉及精准的摄影技术，生成纯相位全息图的变化算法、纳米技术、光学、材料学等多专业要求。在实际的应用中，还需搭载激光传感技术、声控技术、触摸控制技术等一起实现完美的视觉效果与互动体验。3.1.4全息
22、技术分类（一） 空气投影与交互技术也称雾屏成像。该技术的原理是通过镭射光借助空气中的微粒，在空气中成像，使用雾化设备产生人工喷雾墙，利用这层水雾墙代替传统的投影屏，结合空气动力学制造出能产生平面雾气的屏幕，再将投影仪投射至水雾墙上形成全息图像。虽然是二维的平面图像，但由于分子的不均衡运动，所呈现出的图像具有很强的立体感和层次感，并且观众可以在屏幕影像中随意穿梭，达到虚实并存的视觉效果。此外，通过红外摄像头捕捉手部动作还可以实现对图像的动作控制，见图3-3。 图3-3空气投影（二）激光束投影技术激光束该技术是利用氧气和氮气在空中散开时，混合成的气体变成灼热的浆状物质，并在空气中形成一个短暂的3D
23、图像。这种方法主要是不断在空气中进行小型爆破来实现的，见图3-4。 图3-4激光束投影（三） 180度全息投影技术该技术是在特殊材质的平面上进行投影，以表现细节或内部结构丰富的物品。180度全息成像的方式有两种，其一是直接用投影机将光源投影在贴有高品质投影贴膜的透明玻璃上，产生虚拟影像：其二是通过投影机 LED屏折射光源至45度成像于全息投影膜上。这种投影技术也结合了触摸技术，实现观众与影像的互动，见图3-5。 图3-5 180度全息投影（四） 360幻影成像技术这种技术是一种将三维画面悬浮在实景的半空中成像，营造了亦幻亦真的氛围，效果奇特，具有强烈的纵深感，真假难辨。形成空中幻象中间可结合实
24、物，实现影像与实物的结合。也可配加触摸屏实现与观众的互动。可以根据要求做成四面窗口，每面最大1.53.5米。可做成全息幻影舞台，产品立体360度的演示：但这一种方式适合展馆展示，因为展示物会整体被罩在一个金字塔形成的全息膜当中，与观众有一定的隔膜感，见图3-6。 图3-6 360度幻影成像技术3.2全息投影的应用（一）教育文化类在文化教育示范，复制和传播文化的需要，实现观众的教育。文化是一种社会现象，是一种历史现象，是社会历史的沉淀，凝结在物质和游离于物质之外的思想是很难用图片和文字总结。全息投影技术可以突破展览空间有限的时空经验，一个动态的，随着时间和虚拟图像显示的历史和文化的故事，使观众的
25、参与体验，寓教于乐，见图3-7。 图3-7为全息在教育文化类的应用（二）舞台表演类全息投影技术在舞台表演中的应用有很多成功的案例。在第二十一世纪初，世嘉第一次使用全息投影技术举办的虚拟偶像演唱会，现场的观众效果震撼人心的强烈反应。近年来，国内大型活动和表演也开始使用全息投影技术，在交互图像和虚拟人物的现实往往能使气氛达到了高潮。这种效果可以通过全息投影技术实现，相比占有很多需要阶段的设计比传统的设备空间设备，新媒体技术设备空间的要求大大降低，并可以很容易地实现各种效果的转化，见图3-8。 图3-8全息在舞台上的应用（三）技术体验类技术需要通过展示的方式向大众传播，技术体验类展示空间的受众不仅仅
26、是生产者或专业的技术人员，更是使用者和消费者等普通的大众人群，所以展示的方式需要通俗直观，大众可以直接亲身体验。虚拟驾照即可用全息投影技术在室内模拟不同的驾照环境，建立一个沉浸式的互动体验空间，让体验者感受到接近真实效果的驾照体验。（四）商业销售类商业空间展示设计涵盖的范围广、形式多样，其目的是展示产品并最终成功销售产品。全息投影技术是一种动态的展陈方式，其可操纵，交互式的形式缩短了消费者与产品之间的距离，消费者在使用参与中直接体验到产品的全部功能特点。这种方式不仅提升产品的附加价值，而且充分吸引消费者的兴趣，从而刺激消费行为，直接带来可观的经济效益。奥迪有几次新车发布会中都使用了全息投影技术
27、，若真弱幻的新车影像在不断变化的虚拟场景中飞驰，不断轰鸣作响的引擎声刺激着人们的听觉神经，让人仿佛置身于广告大片中。技术带来的独特动感与迷幻般的效果让现场观众叹为观止，见图3-9。 图3-9为全息在商业中的应用虚拟发光篮球架 虚拟发光篮球架第四章 虚拟发光篮球架4.1 普通篮球架规格（一）篮板：篮板的规格为宽1.80公分，垂直高度1.05公尺，其下缘距离地板最少2.90公尺。篮板的表面应平整，四周面上自界外线算起，宽为59公分，高为45公分的长方形，此长方形底线的上缘必须与篮圈上端相接。（二）球篮：球篮包括栏圈和篮网。 篮圈-由坚实的铁料制造，内缘直径最少为45公分，最多为45.7公分。金属篮
28、圈直径最小为1.6公分，最大为2.0公分。 悬挂于篮圈上，其目的在使球入篮后能稍受阻力，篮网应有十二目以便悬挂在篮圈上，其长度最短为40公分，最长度不得超过44公分，见图4-1。图4-1为普通篮球架的图片4.2器材选择4.2.1光源一个螺丝灯泡、两个导线、一个玻璃镜、一个电池组，见图4-2。 图4-2 4.2.2介质全息纱幕、手机高透贴膜，见图4-3。 图4-34.2.3 其他材料直尺、剪刀、胶带、量角器、圆规，见图4-4。 图4-44.3制作过程根据篮球框的直径算出等腰三角形的底边为7.7cm，由于固定的顶角度数为70.5，因而算数它的腰长为6.8cm。从手机高透贴膜上分别剪下4个相同的等腰
29、三角形，然后用胶带将四个等腰三角形固定起来，金字塔就这样形成了，见图4-5。 图4-5（2）画一个大圆和小圆，在中间形成一个空心的圆弧，接着将玻璃镜和灯罩依次靠在大圆的下面，将三个5号电池连接在一起，然后把电池的正负极分别连接小灯泡的正负极，下一步就是将小灯泡放置在灯罩里面，这样一个小型的实体光圈就形成了。为了能将这个光圈在空中展现出来，我们将金字塔的地盘添加了一个全息纱幕，它能产生一个魔幻般的视觉效果，见图4-6。 图4-64.4实验结果 通过上述的步骤进行制作，最终得到一个小型的实体光圈，如下图所示。检验结果时，将制作的介质放在光圈上，然后光圈通过衍射和干涉悬浮在空中。实验结果表明，光和介
30、质时互相离不开的，见图4-7。 图4-7虚拟发光篮球架 结论第五章 结论首先我明白了做事要一丝不苟，还需要足够的耐心个坚强的毅力。脚踏实地，认真严谨，实事求是的学习态度，不怕困难、坚持不懈、吃苦耐劳的精神是我在这次设计中的最大收获。在查找资料的日子里，我翻阅了无数本书籍，最难忘的是每次找到资料时的兴奋与激动；亲手设计作品的时间里，记忆最深的是每一步骤的成功时那快乐的心情；为了毕业设计我曾经熬了几个晚上，看着自己辛苦的成果，心中充满了幸福感。在整个设计过程中，我学到了好多新的知识，也增长了很多见识。我想这是对我能力的一个提升，更是一种意识的磨练，对我未来学习和工作有很大的帮助。在未来的日子里，我
31、要继续不断地充实自己，争取在工作中实现自己的人生价值。本次研究还有一些需要完善和改进的地方，还望老师见谅！虚拟发光篮球架 参考文献参考文献1Kumar, R.研究方法步骤化学习指南.台北：学富文化出版社2侯彩宏.全息投影在当代会展中的应用.消费电子3王贤锋.全息术的历史与发展.现代商贸工业.4孙哲.肖小英.陈美玲.现代商业空间展示设计的信息构建.5周禹.分析全息投影技术在演艺活动中的应用6于美文.光学全息及信息处理.北京:国防工业出版社7周海宪.程云芳.全息光学.北京.化学工业出版社8于佳.王杨.刘惠萍.王金城.数学合成全息图的发展和现状.激光杂志 9H.J 考尔菲尔德.光全息手册.科学出版社
32、 10于美文.光全息学及其应用.北京.北京理工大学出版社 11于美文.张静方.全息显示技术.科学出版社12刘守.张向苏.王天及.李耀荣.光全息术及其相关产业的现状与发展.物理13张敏.后技术时代的展示艺术.基于世博会展示空间的理论探讨.艺术百家14闵媛媛.新媒体环境下展示设计研究与应用.背景印刷学院15孙辉岭.赵宇.高志强等.立体投影光学引擎的研究.南京邮电大学学报16杨世宁等.用LCD液晶屏产生动态全息图.激光杂志17吴常玉.数字合成全息自动定位记录仪的研制.z中国海洋大物理系18李建国.曲世鸣.孙琳.丁志高.数字全息技术及其实现.青岛大学师范学院学报19陶世荃等.光全息存储.北京工业大学出
33、版社20苏显渝等.光学信息技术原理及应用.高等教育出版社虚拟发光篮球架 致谢致谢三年的时间对人的一生而言是短暂的片段，但对我而言，这三年却因为充实而显得非常厚重，历时将近一个半月的时间在论文即将竣工之际，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师，他对我进行了无私的指导和关心，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。武老师不仅教我知识，更以朴实和宽容的人格教会了我如何做人，我将终身受益。感谢这篇论文所涉及到的各位学者，本文引用了好多学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，否则我将很难完成这篇论文。感谢同学和朋友三年来陪我一路走来，学校朴实而又匆忙的生活充满了了你们的欢声笑语。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师批评和指正！