Научно-исследовательский проект «Создание голографического 3D - проектора» - Математика и информатика - Детские исследовательские проекты - Обучение и развитие - ПочемуЧка

Введение
В фантастических мультфильмах мы часто видим яркие, полупрозрачные экраны, которые управляются при помощи жестов и голосовых команд. Например, в мультфильме «Алиса знает, что делать» показывают школу, квартиру, телефон, улицы города, где в любом месте по голосу Алисы возникает её папа, хотя он находится на другой планете. Очень интересно!
А ещё по телевизору показывают концерты, где на сцене танцует человек, хотя его там нет. Я решил узнать, что это такое. Мама с папой ответили, что это голограмма, и появляется она с помощью специального аппарата – проектора, который стоит очень дорого и его редко кто использует в домашних условиях. Для меня все эти слова и предметы оказалось непонятными: голограмма, проектор. И почему нельзя всё это сделать самому, дома?
Непонятные вопросы и желание сделать что-нибудь необычное и стали темой моей исследовательской работы

Объект исследования: голографический 3D- проектор.

Предмет исследования: голографические изображения.

Цель проекта: сконструировать голографический 3D - проектор в домашних условиях.

Задачи:
1) узнать, что такое проектор и голограмма;
2) выяснить, используются ли в современном мире голографические 3D - проекторы;
3) используя смартфон и пирамиду сконструировать 3D - проектор;
4) испытать изделие (перед одноклассниками);
5) сделать выводы.

Гипотеза: если создать 3D - проектор своими руками, то появится возможность демонстрировать видеоголограммы в домашних условиях.

Практическая значимость: собранное нами изделие мы можем применять для развлечения на днях рождениях, на школьных праздниках. А также с помощью созданного нами проектора мы в дальнейшем сможем на уроках наглядно представлять модели различных объектов окружающего нас мира. Например, на уроках окружающего мира в работе в парах или группах.

Что такое голограмма и проектор?
Ни один фантастический мультфильм фильм, в котором действие происходит как в ближайшем, так и в очень отдаленном будущем, не может обойтись без голографических устройств. Голограмма – это объёмное трехмерное изображение, которое, собственно, и помогает героям общаться друг с другом.
На сегодня в более узком, научном смысле голограмма – это особый вид фотографий, которые создаются при специальном освещении, подобие трехмерных изображений. Голографическую фотографию можно даже без особого труда создать на практике. Главное – это механизм создания многомерного, на первый взгляд, изображения. Обеспечивается голографический эффект при помощи полупрозрачного зеркала, разделяющего пучки лазерных излучений на два четких луча. Последние также называются учеными предметной и опорной волной. Первая волна отражает фотографируемый объект и попадает на пленку, а вторая встречает ее на самой пленке, обходя при этом предмет с других ракурсов. Вот так, в принципе, и создается 3D-голограмма.
С обычными фотографиями всегда все предельно просто. Глаз воспринимает изображение таким, какое оно есть только на плоскости. В свою очередь, лазерный свет голограммы воспроизводит все необходимые категории изображения – плотность, цвет, освещение – и дает полноценное изображение с любой точки, с которой можно на него смотреть. Просто так голограмму, как фотографию, не сделать. Более подробно я изучу этот вопрос, когда буду изучать физику в старших классах.
Чтобы увидеть голограмму или воспроизвести её, необходим специальный аппарат – проектор. Что же это такое?
Прое́ктор — прибор, предназначенный для создания изображения плоского предмета небольшого размера на большом экране. Говоря о проекционном оборудовании, следует отметить, что любая проекционная система состоит из таких частей, как проецируемый объект, линза и источник света (лазер).
Само слово проектор и проекция произошло от латинского «projicio», которое означает «бросаю вперед». Это словосочетание описывает работу традиционного проектора, который «бросает вперед» или проецирует изображение на экран
Проекторы используются для выведения изображения. Они могут использоваться на концертах, лазерных шоу, в школах, на презентациях, для рекламы изделий, в медицине. Их условно можно разделить на: плоские (изображение плоское, с одной стороны) и объёмные (изображение предмета мы можем видеть с разных сторон).
Виды проекторов можно увидеть в Приложении 1.
1.   3D – голографические проекторы в современном мире
Сам процесс создания голограмм и голографических проекторов достаточно сложный и требует большого изучения. Однако сейчас начинают развиваться технологии, которые позволяют создавать такое проекторы. Они уже используются в современном мире.
Голографический лазерный мини-проектор применяют в ночных клубах для организаций дискотек, в магазинах для привлечения клиентов. С его помощью можно создавать сложные лазерные узоры и 3d-коридоры в сочетании с дымовыми эффектами.
На сегодняшний день голографические проекторы нашли широкое применение в рекламе. Наверняка, многие видели, как на презентации какого-нибудь нового автомобиля, ведущие показывают так называемое лазерное шоу. Перед собравшимися людьми проигрывается небольшой ролик, изображение которого трехмерное, и все события развиваются словно перед зрителями. На самом деле, видимое изображение – голограмма, проецируемая проектором.
Сейчас очень широко используются голографические пирамиды.
Где может быть размещено оборудование для создания голографической пирамиды с 3д- проекциями внутри? Это могут быть различные развлекательные центры или торговые площади, это могут быть выставочные залы или презентационные мероприятия.
Кроме того, сегодня достаточно часто такие пирамиды устанавливают в местах большого скопления людей: вокзалы, аэропорты, гостиницы, рестораны, бары, кафе. Голографические 3D- пирамиды уже крепко закрепились за рубежом, и такие можно встретить на любой выставке. Они используются для показа трёхмерных рекламных роликов товара, или просто 3D макета, например телефона, фотоаппарата, здания и чего угодно. Так же у таких пирамид есть и другое назначение – виртуальная витрина, которая гарантированно привлечёт интерес к воспроизводимому ролику.

Практическая часть. Создание голографического проектора.
Мы предположили, что голографический 3D-проектор можно изготовить в домашних условиях и получить объемного изображения при помощи пирами-дального голографического проектора.
Изучив ролики в Интернете, решили сконструировать модель такого проектора и испытать её.
Для изготовления проектора нам потребуется:
•   клей «Титан»;
•   канцелярский нож или ножницы;
•   плёнка для ламинирования;
•   мобильный телефон (смартфон);
•   чёрный картон;
•   тонкое стекло;
•   полые пластмассовые трубки;
•   голографическое видео.
Ход изготовления:
1) изготавливаем трафарет стороны пирамиды;
2) сначала временно приклеим трафарет на двухсторонний скотч к прозрачному пластику;
3) далее с помощью канцелярского ножа или ножниц сделаем глубокие надрезы и после этого вырезаем.
Обратите внимание, что угол наклона боковых граней пирамиды должен составлять точно 45 градусов.
4) повторяем эту операцию еще три раза для получения в итоге четырех одинаковых заготовок;
5) когда будут готовы заготовки для 3д-иллюзии, освободим их от подложки и склеим между собой для получения пирамиды;
6) делаем столик из трубок, тонкого стекла и чёрного картона;
7) в центр экрана смартфона устанавливается оптическая пирамида и запускается соответствующий видеоклип. Видео для голограммы должно быть исключительно на черном фоне.
Производим просмотр объемного голографического изображения.
Вот и все. Голографический проектор готов!
Фото по изготовлению в Приложении 2.
Кстати, такая маленькая пирамидка заводского изготовления стоит в интернете около 2000 рублей. Однако, оказывается, можно сэкономить и смастерить такой голографический проектор, который будет работать на базе телефона, своими руками.
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.

Заключение
Работая над темой нашего исследования, нам удалось узнать, что такое голограмма и проектор. Также узнали, существуют ли голографические проекторы в современном мире и для чего они используются.
Используя смартфон и подручные материалы, нам удалось создать конструкцию 3D – голографического проектора и собрать экспериментальный образец. Также мы его продемонстрировали в классе. Ребята с интересом смотрели и задавали вопросы.
Таким образом, наша гипотеза подтвердилась - появилась возможность демонстрировать видеоголограммы в домашних условиях.