專利名稱：霧幕生成器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種以水霧作為光媒折射介質(zhì)的計算機(jī)圖形顯示裝置，主要由輸氣管、輸水管、噴嘴、進(jìn)水閥門、水箱、放水閥門、支架構(gòu)成，能夠在現(xiàn)實環(huán)境中重疊顯示幻若輕煙、宛如仙境的計算機(jī)虛擬景象。游覽者不用佩帶任何觀察器具，既能夠看到實實在在的現(xiàn)實環(huán)境，又能身臨其境地欣賞和體驗海市樓的幻境。
背景技術(shù)：
上世紀(jì)70年代出現(xiàn)的頭盔式電子顯示器，可以說是最早的幻境投影系統(tǒng)。其工作原理是，將兩個獨立的平板電子顯示器做成一付眼鏡的左右兩張鏡片，懸掛在頭盔帽檐下，分別顯示由移動計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳送來的具有立體效果的圖形圖像。頭盔上還裝有三維跟蹤系統(tǒng)，使顯示器上的圖像跟隨頭部的運動而運動，就像人眼自然觀查所看到的一樣。頭盔式電子顯示器可分為遮擋式和透視式兩種，前者只能看到計算機(jī)虛擬的景象，后者可以看到虛擬圖像與現(xiàn)實環(huán)境重疊的景象。頭盔式電子顯示器視野廣闊，分辨率高，立體效果好，真實感強(qiáng)，多用于軍事上。
法國《科學(xué)與生活》2002年4月號《奇妙的電腦將使我們超越現(xiàn)實》一文，介紹了美，法等國正在研制一種“增量現(xiàn)實”技術(shù)，是頭盔式電子顯示器的最新發(fā)展和改進(jìn)。該技術(shù)在普通眼鏡的鏡架上安裝了一種微型顯示器，這種微型顯示器把計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中心傳送來的圖像或文字再反射到鏡片上，從而使眼鏡的佩帶者既能看到屏幕虛擬的圖像，又同時能看到真實的自然環(huán)境。
另一種與本技術(shù)密切相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)就是水幕電影。最初的水幕電影是在一個巨型的透明容器內(nèi)盛滿潔凈水，電影放映機(jī)把電影圖像投射到容器上，便產(chǎn)生了一種具有立體視覺效果的晶瑩剔透的活動畫面?，F(xiàn)在，在一些公共場所或旅游景點，使用激光或普通投影機(jī)把影視圖像投射到大型噴泉上，供游人觀賞，這也可以看作是水幕電影的一種今天的發(fā)展式樣，同時也是本實用新型的生長點。但是，水幕電影的密度和厚度太大，投射到它上面的光線幾乎完全反射(折射)回米，不能讓人們透過它看到水幕后的現(xiàn)實景象，不能豐富人們的視覺信息，產(chǎn)生亦真亦幻、令人陶醉的視覺效果。

發(fā)明內(nèi)容
本新型實用的目的是克服現(xiàn)有頭盔式電子顯示器、“增量現(xiàn)實”技術(shù)以及水幕電影的缺陷，讓任何一個人不佩帶任何附加裝置，在現(xiàn)實情景中自由自在地游覽由計算機(jī)虛擬的景象，觀賞和體驗?zāi)欠N由真實景象與計算機(jī)虛擬景象相互疊加而成的夢幻般的妙境。更重要的是，它能夠再現(xiàn)歷史曾經(jīng)有過的具有紀(jì)念意義的景觀，以及我們頭腦中幻想的未來世界等等。
舉一個例子沒有人不知道圓明園是我國歷史上最大的、集中西建筑風(fēng)格為一體的皇家園林，1860年慘遭英法聯(lián)軍搶掠焚毀，只留下滿目蒼涼的一片廢墟。這是中國歷史上最叫人痛心的奇恥大辱，也是“落后挨打”最生動的歷史教材。是恢復(fù)圓明園的壯觀原貌，還是保留廢墟教育國人勿忘國恥？歷來就是學(xué)界爭論的焦點。本實用新型，只需要極小極小、可以忽略不計的投入，既能“修復(fù)”圓明園的舊貌，又能永久保留帝國主義蹂躪中國的歷史罪證——圓明園遺址；而且還能“有聲有色”地重現(xiàn)當(dāng)年八國聯(lián)軍燒殺搶掠的場景，的確是兩全其美的一種“復(fù)興”方案。
本實用新型所采取的技術(shù)方案我們知道，當(dāng)光線經(jīng)過不同密度的傳播媒介時將會發(fā)生折射現(xiàn)象。在沙漠和海面經(jīng)常出現(xiàn)的海市蜃樓奇觀，就是因為高空與低空的空氣密度明顯不同，使光線產(chǎn)生折射而形成的。本實用新型就是利用這一原理，在空氣中生成若干垂直的霧幕，然后應(yīng)用現(xiàn)有的投影裝置將計算機(jī)制作的靜止圖像或活動影像投射到霧幕上，當(dāng)光線由空氣進(jìn)入霧幕或者從霧幕進(jìn)入空氣時都將發(fā)生折射，使現(xiàn)實空間展現(xiàn)出海市蜃樓一樣的幻境。觀眾還能深入虛像之中，親身體驗動態(tài)幻境給人帶來的喜悅、驚險、刺激、愜意和美的享受。
本實用新型由輸氣管、輸水管、噴嘴、進(jìn)水閥門、水箱以及水箱上的放水閥門、支架構(gòu)成。若干具有套嵌結(jié)構(gòu)的噴嘴按線性排列安裝在輸氣管的上方，輸氣管緊貼著水箱或水管的上方，輸氣管前端的管口與高壓氣泵相連，輸水管前端的管口與高壓水泵或者自來水管相連。其主要技術(shù)特征表現(xiàn)在具有套嵌結(jié)構(gòu)的噴嘴上。噴嘴分為內(nèi)外兩層，外層是噴氣管，直接安裝在輸氣管的上方；內(nèi)層是噴水管，其下端與水箱或者輸水管相連，上部穿過輸氣管并垂直對齊噴嘴口；噴水管的直徑小于噴嘴口的直徑，以在噴嘴中形成噴氣通道和噴水通道，噴水通道位于噴嘴的中央，噴氣通道的內(nèi)壁是向噴嘴口中央傾斜的并且環(huán)繞著噴水管。
由本實用新型的同一種技術(shù)特征能夠產(chǎn)生兩種實施方案抽吸式霧幕生成器和強(qiáng)迫式霧幕生成器。它們的實質(zhì)性技術(shù)是完全相同的，只是個別部件和應(yīng)用場合稍有不同。
以下結(jié)合附圖分別介紹抽吸式霧幕生成器、強(qiáng)迫式霧幕生成器和噴嘴的結(jié)構(gòu)，以及如何用霧幕生成器單元連接成霧幕生成器鏈抽吸式霧幕生成器的結(jié)構(gòu)三視圖如附圖1所示，其主要構(gòu)件有①輸氣管，緊貼著水箱或水管的上方，其前端的管口與高壓氣泵相連；②噴嘴，它是產(chǎn)生水霧射流的核心器件；③輸水管，其前端的管口強(qiáng)迫式噴霧時可與高壓水泵相連，抽吸式噴霧時則與自來水管相連，末端與水箱相連；④進(jìn)水閥門，安裝在輸水管前端，當(dāng)需要向水箱注水或者強(qiáng)迫式噴霧時應(yīng)該呈打開狀態(tài)，當(dāng)抽吸式噴霧，必須關(guān)閉它；⑤水箱，專門用于盛放抽吸式噴水用的水源；⑥放水閥門，安裝在水箱底部，抽吸式霧幕生成器不工作時用來放掉殘余的自來水，抽吸式霧幕生成器工作時必須關(guān)掉它；⑦支架，若干個，對稱地安裝在水箱底部邊沿。這些部件可以用高強(qiáng)度、耐磨損、無毒、質(zhì)輕、耐高溫、耐腐蝕的高分子合成材料(如合成塑料、合成橡膠及合成纖維等)或者金屬制成，輸送的空氣和水必須是潔凈的、PH值為中性的，并且要有排除凝結(jié)水的溝渠，以免給周邊環(huán)境(特別是重要景點及文物)造成污染和腐蝕。
附圖2是圖1所示的抽吸式霧幕生成器的A-A斷面圖，它清晰地反映了噴水管是怎樣跟輸氣管鑲嵌在一起的①噴嘴垂直截面，最好做成橢圓形的，直接安裝在輸氣管的上方；②噴水管垂直截面，也最好做成橢圓形的，它的長短直徑要小于噴嘴口的長短直徑(因為是橢圓形的，所以直徑有長短之分)，以留出縫隙噴氣，其下端與水箱相連，上部穿過輸氣管并垂直對齊噴嘴口；③輸氣管垂直截面；④水箱垂直截面。
附圖3是噴嘴大體結(jié)構(gòu)的三視圖，其中主視圖是剖視圖①為輸氣管，緊貼著水箱或水管；②為噴嘴的外層——噴氣管，直接安裝在輸氣管的上方；③噴氣通道，它環(huán)繞著噴水管；④為噴水管，其下端與水管或水箱相連，上面穿過輸氣管并垂直對齊噴嘴口；⑤為噴水通道，位于噴嘴的中央；⑥為水箱或輸水管的外壁，緊貼著輸氣管。不論是抽吸式還是強(qiáng)迫式霧幕生成器的噴嘴結(jié)構(gòu)都是相同的，不同的只是前者的噴嘴中的噴水管與水箱相連，后者的噴嘴中的噴水管直接與輸水管相連。
從圖3可以看到，噴嘴的噴氣通道內(nèi)壁是向中心傾斜的，從其中噴出的高壓氣流，必然對從噴水管垂直噴出的水流產(chǎn)生強(qiáng)烈地沖擊而使其霧化。
當(dāng)抽吸式噴霧時，啟動氣泵，高壓氣流從噴嘴不斷噴出，使得噴水管出現(xiàn)真空，不斷把自來水從水箱中抽吸噴出，并在高壓氣流的噴射作用下，形成扁平的水霧射流(如附圖4所示)。
抽吸式霧幕生成器其實是兩用的，不僅可以實施抽吸式噴霧，也能進(jìn)行強(qiáng)迫式噴霧。假如抽吸式噴霧不能達(dá)到理想高度的揚程時，抽吸式霧幕生成器也可以啟動水泵實行強(qiáng)迫式噴霧。當(dāng)高壓氣流和水流同時從噴嘴里噴出，高壓氣流同樣能夠?qū)λ鳟a(chǎn)生霧化作用。
一個噴嘴只能噴出一股扁平水霧射流，并不能形成霧幕。只有若干個噴嘴排成一行或一圈，才能形成我們所需要的霧幕。圖5是由噴嘴直線排列而成的噴霧單元陣列。由這些噴霧單元，可以排列成各種多邊形的噴霧生成器鏈。由噴霧生成器鏈眾多的噴嘴噴射出來的水霧射流能夠形成立體的霧幕，再通過投影機(jī)就能夠把計算機(jī)制作的靜止或者活動的圖像投映到霧幕上。
圖6是抽吸式霧幕生成器單元噴出的霧幕示意圖。
抽吸式霧幕生成器可以做成各種各樣的形狀，圖7是一種筒式抽吸式霧幕生成器的立體參考圖。圖8是一種異形抽吸式抽吸式霧幕生成器的立體參考圖。
我們可以設(shè)計制造不同長度、不同形狀、不同容量的多種型號的抽吸式霧幕生成器單元，再利用它們相互連接組成各種形狀的抽吸式霧幕生成器鏈，以適應(yīng)不同的環(huán)境和不同的審美需求。
強(qiáng)迫式霧幕生成器是抽吸式霧幕生成器的簡化，因為進(jìn)行強(qiáng)迫式霧幕噴射時必須同時啟用氣泵和水泵，源源不斷地輸送高壓氣流和水流，故不需要水箱儲備水源，直接用輸水管代替水箱就行了。
圖9是強(qiáng)迫式霧幕生成器結(jié)構(gòu)的示意圖①為輸氣管，緊貼著輸水管；②為噴嘴，直接安裝在輸氣管的上方；③為輸水管，緊貼著輸氣管；④為噴氣口，它環(huán)繞著噴水管；⑤為噴水口，位于噴嘴中央；⑥為噴水管，它的長短直徑要小于噴嘴口的長短直徑，以留出縫隙噴氣，其下端與輸水管相連，上部穿過輸氣管并垂直對齊噴嘴口。其中的A-A斷面圖，清晰地反映了輸水管、噴水管和輸氣管是怎樣鑲嵌在一起的。
同樣的理由，我們可以設(shè)計制造不同長度、不同形狀的多種型號的強(qiáng)迫式霧幕生成器單元，再用它們相互連接組合成各種形狀的強(qiáng)迫式霧幕生成器鏈。
由霧幕生成器鏈上的噴嘴噴射出來的水霧射流能夠形成立體的霧幕。僅有霧幕生成器并不能生成幻景，還必須借助現(xiàn)有的投影機(jī)把計算機(jī)制作的靜止畫面或活動畫面投射到霧幕上，我們才能在現(xiàn)實環(huán)境中見到似有若無的玄妙幻境。圖10是一種典型的霧幕生成器與投影機(jī)的組合系統(tǒng)布局示意圖①為強(qiáng)迫式霧幕生成器鏈，它們以方陣的形式圍繞著文化遺存或景點；②為投影機(jī)，每一面霧幕都應(yīng)該配備1臺以上的跟計算機(jī)相連接的投影機(jī)，分別擱置在對面霧幕的腳下，鏡頭要對準(zhǔn)相應(yīng)的霧幕③為文化遺存或景點。
因為沒有水箱，強(qiáng)迫式霧幕生成器的造型和用材更加自由，不僅可以做成直線型的硬管，還可以做成能夠隨便彎曲的軟管。圖11是曲線的強(qiáng)迫式霧幕生成器的示意圖。①為輸氣管，緊貼著水箱或水管；②為噴嘴，直接安裝在輸氣管的上方；③為噴氣通道，緊貼著輸氣管。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)跟規(guī)則的強(qiáng)迫式霧幕生成器同，此不贅述。
因為由計算機(jī)控制的投影機(jī)系統(tǒng)是一種非常成熟的現(xiàn)有技術(shù)，我們只要根據(jù)現(xiàn)場的需要設(shè)計相應(yīng)的軟件、制作相應(yīng)的圖像或動畫就可以了，并非本實用新型的技術(shù)特征，所以本說明書對其結(jié)構(gòu)不加以敘述。
為了不破壞現(xiàn)實景觀的完整性，我們可以把立體霧幕生成系統(tǒng)隱匿在地面或水面以下。
本實用新型的有益效果是不管是上世紀(jì)70年代出現(xiàn)的頭盔式電子顯示器，還是美、法等國正在研制的“增量現(xiàn)實”技術(shù)，都要佩帶眼鏡式的電子顯示裝置，才能既看到屏幕虛擬的圖像，又同時看到真實的自然環(huán)境。水幕電影(包括噴泉影視)密度和厚度太大，投射到它上面的光線幾乎完全反射(折射)回來，不能讓人透過它看到水幕后的現(xiàn)實景象，不能豐富人們的視覺信息，產(chǎn)生亦真亦幻、令人陶醉的視覺效果。而本實用新型，任何一個人不用佩帶任何附加裝置，就能在現(xiàn)實情境中自由自在地游覽由計算機(jī)虛擬的景象，觀賞和體驗?zāi)欠N由真實景象與計算機(jī)虛擬景象相互疊加而成的夢幻般的妙境。這種虛擬景象既可以是靜止畫面，還可以是電腦動畫、電影、電視等活動圖像；還能根據(jù)觀眾和市場的需要，隨時更換顯示的內(nèi)容，除了純藝術(shù)作品之外，還可以顯示活動立體廣告、科普和道德宣傳內(nèi)容等；同時還能配以語言、音樂和音響，使觀眾恍若走進(jìn)了與現(xiàn)實融為一體的活電影之中。更重要的是，它能夠再現(xiàn)歷史曾經(jīng)有過的具有重要紀(jì)念意義的景觀，以及我們頭腦中幻想的未來世界等等。
本技術(shù)還有一個其他電子顯示設(shè)備及宣傳廣告無法比擬的優(yōu)點立體霧幕生成系統(tǒng)的硬設(shè)備可以完全隱藏在地面或水面之下，幾乎不占用自然景觀的任何空間，可以說是一種無形的圖形圖像顯示裝置。


圖1是抽吸式霧幕生成器的結(jié)構(gòu)三視示意圖，圖2是附圖1的A-A斷面圖，圖3是噴嘴的大體結(jié)構(gòu)剖視圖，圖4是噴嘴水霧生成示意圖，圖5是噴嘴線形陣列單元示意圖，圖6是抽吸式霧幕生成器單元噴出的霧幕示意圖，圖7是一種筒式抽吸式霧幕生成器的立體圖，圖8是一種異形抽吸式抽吸式霧幕生成器的立體參考圖。圖9是強(qiáng)迫式霧幕生成器的結(jié)構(gòu)示意圖，圖10是霧幕生成器與投影機(jī)的典型組合系統(tǒng)布局示意圖，圖11是曲線的強(qiáng)迫式霧幕生成器的示意圖。
實現(xiàn)本實用新型的最好方式①參照圖1、圖2、圖3、圖5、圖9、圖11，設(shè)計好強(qiáng)迫式或者抽吸式霧幕生成器單元各部分的結(jié)構(gòu)和尺寸。大部分部件如輸氣管、輸水管、噴嘴、噴水管都可以采用相同的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，裝配時用增減部件數(shù)量來實現(xiàn)不同型號霧幕生成器單元的長度。
②按照設(shè)計，制造不同型號霧幕生成器單元各部件的模具。
③用高強(qiáng)度、無毒、質(zhì)輕、耐高溫、耐腐蝕的高分子合成塑料、合成橡膠、合成纖維或者金屬等，分別制成不同型號霧幕生成器單元的各個部件。強(qiáng)迫式霧幕生成器的輸氣管、輸水管最好使用柔軟的合成塑料或合成纖維做成，以便隨意彎曲、連接成為任意形狀的霧幕生成系統(tǒng)。
④參照圖1、圖6、圖7、圖8、圖9、圖11，抽吸式霧幕生成器以水箱為支撐，強(qiáng)迫式霧幕生成器以輸水管為支撐，將各個部件裝配、粘貼(或焊接)成為獨立的霧幕生成器單元。
權(quán)利要求1.一種霧幕生成器，由輸氣管、輸水管、噴嘴、進(jìn)水閥門、水箱、放水閥門、支架構(gòu)成，其特征是若干具有套嵌結(jié)構(gòu)的噴嘴按線性排列安裝在輸氣管的上方，輸氣管緊貼著水箱或水管的上方，輸氣管前端的管口與高壓氣泵相連，輸水管前端的管口與高壓水泵或者自來水管相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的霧幕生成器，其特征是噴嘴分為內(nèi)外兩層，外層是噴氣管，直接安裝在輸氣管的上方；內(nèi)層是噴水管，其下端與水箱或者輸水管相連，上部穿過輸氣管并垂直對齊噴嘴口；噴水管的直徑小于噴嘴口的直徑，以在噴嘴中形成噴氣通道和噴水通道，噴水通道位于噴嘴的中央，噴氣通道的內(nèi)壁是向噴嘴口中央傾斜的并且環(huán)繞著噴水管。
專利摘要一種以水霧作為光媒折射介質(zhì)的計算機(jī)圖形圖像顯示裝置，主要由輸氣管、輸水管、噴嘴、進(jìn)水閥門、水箱構(gòu)成。若干具有套嵌結(jié)構(gòu)的噴嘴按線性排列安裝在輸氣管的上方，輸氣管緊貼著水箱或水管的上方，輸氣管前端的管口與高壓氣泵相連，輸水管前端的管口與高壓水泵或者自來水管相連。噴嘴的外層是噴氣管，內(nèi)層是噴水管，噴水管的直徑小于噴嘴口的直徑，以在噴嘴中形成噴氣通道和噴水通道，噴水通道位于噴嘴的中央，噴氣通道的內(nèi)壁是向噴嘴口中央傾斜的并且環(huán)繞著噴水管。由這些噴嘴噴射出來的水霧射流能夠形成立體的霧幕，通過投影機(jī)能夠把計算機(jī)制作的活動圖像投映到霧幕上。使游覽者不用佩帶任何觀察器具，既能夠看到實實在在的現(xiàn)實環(huán)境，又能身臨其境地欣賞和體驗海市蜃樓般的幻境?；镁晨梢允窃佻F(xiàn)的歷史景觀，可以是我們頭腦中幻想的未來世界等等。
文檔編號B05B7/02GK2703581SQ0227739
公開日2005年6月8日 申請日期2002年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月8日
發(fā)明者田志祥, 王書亮, 周炎濤, 肖健 申請人:湖南大學(xué)