قم ببناء عرض جوي عائم تفاعلي على طراز حرب النجوم
في قاعدة نجمية بعيدة جدًا، يضغط البطل المندفع على زر على لوحة التحكم ويظهر مخطط في الجو. تلمس البطلة بأصابعها الشاشة الأثيرية بمهارة، وتغلق درع الطاقة وتتحرك في مهمتها السرية. إذا كنت قد شاهدت أي خيال علمي، فمن المحتمل أنك على دراية بهذا النوع من السيناريوهات. لكن ما قد لا تعرفه هو أنه على الرغم من أن القواعد النجمية ودروع الطاقة لا تزال خارج نطاقنا، إلا أن العروض العائمة ليست كذلك.
أعني بهذا شاشات العرض التي تنتج صورًا ثنائية الأبعاد تطفو حقًا في الهواء الفارغ ويمكن التفاعل معها، وليس شاشات العرض المبنية على وهم شبح بيبر، حيث يتم عرض الصورة على سطح شفاف يجب إبقاؤه بعيدًا عن الأصابع المتطفلة. . إن المبادئ البصرية لإنشاء الصور العائمة مفهومة جيدًا، ومنذ أن أثار الوباء الاهتمام بأدوات التحكم بدون لمس بجميع أنواعها، حاول عدد من الشركات مثل Toppan وKyocera تسويق مثل هذه العروض الجوية. ومع ذلك، كانت عمليات الطرح بطيئة، والتطبيقات المقصودة – مثل أدوات التحكم في المصاعد وما شابه – ليست رائعة تمامًا.
قررت أن أبني عرضًا جويًا خاصًا بي، عرضًا من شأنه أن يكرم روعة الخيال العلمي لهذا المفهوم.
أنا لست غريبا على بناء عروض شاذة. في عام 2022 قدمت في IEEE الطيفيدي على شاشتي الكهروميكانيكية الملونة، والتي تعود بنا إلى الأيام الأولى للتلفزيون. هذه المرة، بينما كنت أسعى لشيء من المستقبل تقريبًا، قررت أن أصمم نظامي وفقًا لنوع الدعائم التي رأيتها في حرب النجوم أفلام. لكن أولاً، كنت بحاجة إلى تشغيل البصريات.
قلب العرض الجوي هو شاشة مسطحة مشرقة [top] مدعوم من جهاز كمبيوتر واحد يعتمد على Intel [bottom left]. إن اكتشاف أطراف الأصابع هو مهمة Arduino Nano وثلاثة أجهزة استشعار للمسافة [bottom right].جيمس بروفوست
كيف تعمل العروض الجوية؟
القليل من التنشيط البصري: عادة، تنتشر الأشعة الصادرة من مصدر الضوء، مثل شاشة العرض، من المصدر مع زيادة المسافة. إذا انعكست هذه الأشعة المتباينة، على سبيل المثال، بواسطة مرآة، فإن العين ترى أن العرض يقع خلف المرآة. يُعرف هذا باسم أ صورة افتراضية. لكن إذا تمكنت من جعل أشعة الضوء المنبعثة من الشاشة تتقارب عند نقطة ما في الفضاء قبل أن تنتشر مرة أخرى، فإن العين ترى الشاشة كما لو كانت موجودة في نقطة الالتقاء، حتى لو كانت في الجو. يُعرف هذا باسم أ صورة حقيقية.
المفتاح لتحقيق هذا التقارب في الجو هو استخدام مادة عاكسة للضوء. تتبع العواكس العادية القاعدة المألوفة التي تنص على أن زاوية السقوط تساوي زاوية الانعكاس، أي أن شعاع الضوء القادم إلى المرآة بزاوية ضحلة من اليسار سوف يرتد بنفس الزاوية الضحلة ويستمر في التحرك نحو اليمين. لكن العاكس الرجعي يرتد الضوء الساقط على نفسه مباشرة. لذا، إذا قمت بتركيب عاكس رجعي مباشرة أمام الشاشة، فإن جميع الأشعة المتباينة سوف تنعكس مرة أخرى على طول مساراتها الخاصة، مما يخلق صورة حقيقية عندما تتجمع على سطح الشاشة. ومن الواضح أن هذا لا معنى له على الإطلاق في حد ذاته، لذلك نحن بحاجة إلى تقديم عنصر بصري آخر – شبه عاكس، أو مقسم الشعاع.
أصبحت هذه التقنية في متناول معظم الشركات المصنعة اليوم، ولا حاجة إلى محركات فائقة السرعة!
تعكس هذه المادة حوالي نصف الضوء الساقط عليها وتسمح للنصف الآخر بالمرور مباشرة من خلالها. وإليكم الجزء الذكي: تم تركيب الشاشة والعاكس الراجع بزاوية 90 درجة لبعضهما البعض، وتم وضع شبه العاكس مقابل تلك الزاوية القائمة، مما يجعله بزاوية 45 درجة لكل من الشاشة والعاكس الرجعي. الآن دعونا نتبع الضوء: الأشعة المتباينة المنبعثة من الشاشة تضرب مقسم الشعاع، وينعكس نصفها نحو العاكس، الذي يرتدها مرة أخرى نحو مقسم الشعاع. يسمح العاكس نصف تلك الأشعة المتقاربة الآن بالمرور. وعندما تتجمع أخيرًا في الهواء فوق الشاشة، تشكل الأشعة صورة حقيقية.
ومن الواضح أن هذه الخدعة البصرية غير فعالة، حيث يتم فقدان معظم الضوء الأصلي للنظام. ولكن لم يكن من الصعب العثور على شاشة مسطحة صغيرة وحديثة ومشرقة بما يكفي لإنتاج صورة جوية مقبولة، على الأقل في ظل ظروف الإضاءة الداخلية (أو قاعدة النجوم). لتشغيل هذه الشاشة مقاس 7 بوصات، استخدمت LattePanda 3، وهو كمبيوتر أحادي اللوحة قائم على Intel وقادر على تشغيل Windows أو Linux ودعم شاشات متعددة. (قائمة المواد الكاملة متاحة على صفحة مشروعي على hackster.io).
تقوم الشاشة بإنشاء صورة في الجو عن طريق انعكاس الأشعة المتباينة من شاشة ساطعة على مقسم الأشعة، الذي يعكس نصف الأشعة باتجاه العاكس. على عكس المرآة، التي من شأنها أن تجعل الأشعة تتباعد أكثر، يرسل العاكس أشعة متقاربة مرة أخرى نحو مقسم الشعاع، مما يسمح لنصفها بالمرور لتكوين صورة عائمة حقيقية، وإن كانت خافتة.جيمس بروفوست
العثور على العاكس الرجعي الصحيح
كانت أكبر عقبة واجهتني هي العثور على مادة عاكسة مناسبة. استقررت في النهاية على ورق القصدير الذي يمكنني قصه إلى الأبعاد التي أرغب فيها، وأنتجت صورة واضحة، ولم تكن باهظة الثمن. كانت هذه الصفائح الكهروضوئية المنشورية Oralite 3010، وتمكنت من شراء لفة مقاس 77 سم × 1 متر (أقصر لفة متاحة) مقابل 90 دولارًا أمريكيًا تقريبًا.
وكانت الخطوة التالية هي جعل الشاشة تفاعلية. وبعد بعض التجارب، استقررت على جهاز استشعار لوقت الرحلة يعتمد على الليزر بقيمة 5 دولارات، والذي يُبلغ عن قياسات المسافة على طول مخروط ضيق. لقد قمت بتركيب ثلاثة من هذه المستشعرات لتغطية ثلاثة أعمدة في مستوى العرض الجوي وقمت بتوصيلها بـ Arduino Nano عبر I2C. عندما يدخل طرف إصبع المستخدم في مخروط الكشف الخاص بالمستشعر، يبحث جهاز Nano لمعرفة ما إذا كانت مسافة طرف الإصبع من المستشعر تقع في أحد النطاقات الثلاثة المحددة مسبقًا. مع ثلاثة أجهزة استشعار وثلاثة أجزاء لكل جهاز استشعار، تحتوي شاشة العرض الجوية على تسع مناطق يمكن أن تتفاعل مع الأصابع. يتم إرسال المنطقة التي يتم تنشيطها إلى LattePanda عبر USB.
تم تركيب جميع المكونات البصرية والكمبيوتر في إطار مقاس 33 × 25 × 24 سم مصنوع من قضبان الألمنيوم. لقد قمت أيضًا بتثبيت شاشة لمس صغيرة في المقدمة تتيح لي التحكم في ما يعرضه LattePanda على الشاشة الجوية. أضفت ألواحًا جانبية إلى الإطار وأرفقت شرائط معدنية مطبوعة ثلاثية الأبعاد وزخارف أخرى جعلته يبدو وكأنه شيء لن يكون في غير مكانه في مجموعة عرض الخيال العلمي.
النتيجة تعمل بشكل جميل وهي مستقبلية كما كنت أتمنى، ولكنها توضح أيضًا أن هذه التقنية في متناول معظم الشركات المصنعة اليوم – لا حاجة إلى محركات فائقة السرعة!
