偽全息影像顯示蛋白質動力學軌跡

現在廉價的偽全息影像實現方法已經在網上盛傳，寡人也做了一個，雖然原理十分簡單，但實際看上去比想象得更有趣。大家基本都是用這技術來顯示Miku等角色的舞蹈，寡人靠VMD做了個蛋白質偽全息視頻，效果不錯，如下圖所示（后文有視頻）。這里簡單說說步驟。



這種偽全息終究是偽的，只能表現物體前后左右四個面的影像，而不能像真正意義的全息效果一樣能將物體的各個角度的影像都表現出來。

實現偽全息效果首先得有個能播放視頻的設備，智能手機、PSP等都可以，如果有屏幕大的則更好，比如平板電腦。寡人就用別人送的ipad作為視頻播放設備。

然后得找透明的膜用來做個四棱錐。很多人都是用屏幕保護膜來做，但這樣很不劃算，對于大屏幕播放設備更是如此。寡人從淘寶上花20塊錢買了50張A4尺寸的0.4mm厚的PVC膜用來做這個。實際上只需要一張半就足夠了，但是最小購買單位就是50張，所以不得已一次購買這么多。但即便這樣也比買屏幕保護膜要值，剩下的膜就分給別人玩偽全息吧，或者可以做成“舔屏幕膜”，這我以后會介紹。這PVC膜透明度雖然不及專門的屏幕保護膜，但實際效果還是很好的，由于不防劃也不防指紋，所以拿的時候盡量拿著邊緣。



然后裁剪出4塊相同的等腰三角形，底邊長14.8厘米，腰長12.8168厘米。14.8厘米是ipad 1屏幕的寬度，如果你用的設備屏幕寬度為x厘米，則三角形底邊應當為x厘米，腰長x/14.8*12.8168厘米。建議用刻刀比著鋼尺在PVC膜上劃出刻痕（很難直接完全刻透），然后來回掰幾下就能把邊緣整齊地分開。

之后，把四個等腰三角形的腰用透明膠條粘起來，組成一個四棱錐。連接處最好留出一兩毫米縫隙，否則兩塊三角相接處沒法自如地彎曲，可能會產生張力，導致四棱錐變形或者平面扭曲而影響效果。這樣得到的四棱錐的每個面與桌子的夾角是45度。然后把四棱錐上的塵土、指紋都擦干凈。



接下來要做個架子，套在四棱錐四周，使得ipad能夠被架子支撐起來朝著四棱錐顯示圖像。制作架子有人用木頭，比較麻煩；有人用硬紙條，但是紙條必須很粗才撐得住ipad的重量，影響視線。寡人用的是1.5mm粗的鋼絲做架子，制作方便，堅固，而且不幾乎擋視線。首先截取1.1米長的鋼絲，拿鉗子按下圖彎折，每個邊長約16厘米，高8厘米。折完一圈回到起點的位置后，按下圖左下角那樣捼一個彎鉤固定住始末端，再把剩余的鋼絲剪掉。如果彎鉤無法完全固定住始末端，可以用膠水再粘牢。由于鋼絲是導電的，因此把ipad屏幕放在上面后，手一碰這架子就有可能給ipad發送某些指令，導致正在播放的視頻中斷或造成其它麻煩。而且鋼絲光滑，ipad一碰就可能在上面滑動，甚至掉地下。所以建議找兩根皮筋，每根皮筋剪成兩段，像圖中這樣在與屏幕接觸的角落上綁個結，就能避免這兩個問題了。



在顯示蛋白質動力學軌跡之前，我們先用這偽全息設備欣賞一下好男人阿部的舞姿，做好的偽全息視頻文件可以在這里下載：http://pan.baidu.com/netdisk/singlepublic?fid=916308_318295804。制作偽全息視頻方法不難，先下載個MikuMikuDance（即MMD，目前最新為7.39版，只有幾兆），然后在網上找到阿部的模型文件(.pmd)和動作數據(.vmd)。然后啟動MMD，在屏幕下方靠左的模型控制區域里選“載入”，選阿部的模型文件，然后“文件”-“載入動作數據”選擇動作數據文件，然后在上方的“視圖”菜單中取消選擇顯示坐標軸，“背景”菜單里選黑色背景，然后在屏幕下方視點設定區域選“正面”，然后“文件”-“導出AVI文件”將舞蹈視頻導出來。這樣就得到了正面的舞蹈視頻，還需要導出另外三個視角的視頻，也就是分別在“視點”中選“左”、“右”、“背面”后依次導出視頻。有了四個角度的視頻，在視頻編輯軟件，比如會聲會影X15里將它們像下圖這樣合成到同一個視頻里即可，過程其實也很容易，網上教程也多的是，就不再累述了。



把一個鼠標墊的黑色背面朝上放桌子上，把四棱錐放上面，把架子套上，然后讓ipad播放阿部偽全息視頻并朝下放在架子上，中心對準四棱柱的尖，就能看到好男人在桌子上翩翩起舞了，動作輕盈飄逸，令人愉♂悅。



屏幕調亮點，關了燈效果更好。寡人繞著四棱錐拍了段視頻，如下所示。寡人的相機在暗環境下不給力，不清楚且噪點多，湊合看吧。另外，不懂FA樂器的話建議關閉聲音，免得被嚇到。



接下來就要做蛋白質動力學軌跡的偽全息視頻了。啟動VMD，載入一段蛋白軌跡，設定好顯示方式后，回到初始幀，選mouse-move-molecule，然后按住shift拖動分子調整分子與坐標軸的相對朝向，以使得繞著坐標軸的某個軸轉動時可以把感興趣的區域顯示出來。然后extension-analysis-RMSD trajectory tool，直接點Align，這樣后續的幀中的結構就都向著最初幀的分子朝向對齊了。然后將視角擺正，在控制臺里輸入四次rotate x by 90 （如果旋轉方向和預期不同，把x換成y或z試試），應該看到在這個過程中，蛋白感興趣的四個朝向都顯示了一遍。確定視角已經設定無誤的話，讓坐標軸不顯示出來，然后選extension-visualization-movie maker，選一個新建的空目錄，movie settings選trajectory，把delete image files的鉤去掉，然后點Make Movie按鈕。這樣就把每一幀的圖像都輸出到指定目錄了，最后可能會提示你找不到videomach程序，別管它。利用這些圖像，就可以合成軌跡的動畫了。比如在會聲會影X15里，在視頻軌點右鍵選“插入要應用時間流逝/閃頻的照片”，然后把那些圖像都ctrl+A選中，就導入到會聲會影了，然后用創建視頻文件功能把這個視角下的軌跡動畫合成視頻文件。之后在VMD里輸入rotate x by 90（或繞著別的軸），再按照如上步驟生成某個側面視角的軌跡動畫。之后再依次旋轉兩次90度，如法把剩下兩個視角的軌跡動畫視頻也得到。最后把四個視角的動畫合并到同一視頻即可。

我做好的蛋白質動力學軌跡的偽全息視頻在此下載：http://pan.baidu.com/netdisk/singlepublic?fid=916310_2194230727

播放這軌跡時寡人繞著四棱錐拍攝了一段視頻，請欣賞


其實，利用這四棱錐，也不一定非得用來顯示某個物體的立體圖像，我發現哪怕只是像下圖這樣顯示ipad的桌面，在黑暗的環境下看起來也挺漂亮，挺有意境。如果播放絢麗的萬花筒的視頻，說不定會頗美。偽全息設備制作容易，實際觀看效果很不錯，建議大家嘗試。