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浮光拾梦——痕影全息刻绘机

申报人：刘丹妮 申报日期：2025-05-25

基本情况

2025年批次
浮光拾梦——痕影全息刻绘机 学生申报
创新训练项目
理学
数学类
学生自主选题
一年期
本项目致力于研发一款由微信小程序驱动的亚克力板刻画机器，通过便捷的图片传输技术，实现高效、精确的3D效果刻画。该机器的工作原理巧妙结合了亚克力材料的划痕反光特性，通过精密的轨道划痕技术，使得亚克力板展现出立体生动的3D图像效果。 该机器的核心优势在于大幅缩短了传统人工刻画所需的时间，同时保证了作品的高品质。其外观设计简约美观，操作界面直观易用，使用门槛低，确保用户能够快速上手，无障碍地体验创作的乐趣。 项目计划联合周边文创产业加快产品宣传和推销，实现产业化。
曾获华数杯全国三等奖，数维杯全国三等奖，统计建模省一；有一篇论文正在《武汉纺织大学学报》投稿

封全喜鲁棒优化理论及应用主持国家自然科学基金项目1项、广西自然科学基金项目2项，参与省部级以上科研与教改项目共计12项。在《Applied Intelligence》等期刊发表论文20余篇，其中被SCI/EI收录15篇
胡光辉主持广西自然科学基金1项、参与在研国家基金2项：
胡光辉：本项目研发一款由微信小程序驱动的亚克力板刻画机器，通过便捷的图片传输技术，实现高效、精确的3D效果刻画。该机器的工作原理巧妙结合了亚克力材料的划痕反光特性，通过精密的轨道划痕技术，使得亚克力板展现出立体生动的3D图像效果。项目具有实际的可行性和积极的意义。对锻炼团队成员的实践能力、创新能力、团队协作能力等都有积极意义，而且该项目负责团队具有完成该课题的能力。
同意申报并予以支持！
区级

项目成员

序号 学生 所属学院 专业 年级 项目中的分工 成员类型
刘丹妮 数学与统计学院 信息与计算科学 2023 设计师
王耀 计算机科学与工程学院 软件工程 2023 测试人员
杨佳林 物理与电子信息工程学院 电子信息类 2024 文档编辑人员
覃方涛 物理与电子信息工程学院 电子信息类 2024 开发人员
宣诚意 物理与电子信息工程学院 电子信息工程（应用） 2023 开发人员

指导教师

序号 教师姓名 所属学院 是否企业导师 教师类型
封全喜 数学与统计学院 否
胡光辉 物理与电子信息工程学院 否

立项依据

本项目预期开发一款具有高效且专业的图像轮廓识别与采样的微信小程序以及由此驱动的亚克力板刻画机机器。通过现代技术手段，将传统图案转化为具有3D立体效果的艺术品，并生成适用于机器刻画设备的DXF文件。刻画机将提供自定义参数设置，以满足多样化的工艺和设计需求。我们的最终目的是确保DXF文件能够无障碍地应用于实物刻画机器，保证操作的流畅性和精确度，从而提升生产效率和产品质量。同时，项目还将探索设计出效果更好的3D效果刻画轨迹，保证机器不断更新产出。
本项目核心任务是开发一款具有高效且专业的图像轮廓识别与采样的微信小程序驱动的亚克力板刻画机机器，其关键在于实现图案到DXF格式的精确转换，确保所有图形元素在转换过程中保持原始设计的一致性和准确性，避免任何形式的失真或变形。为此，机器必须提供灵活的用户自定义参数，包括点与点之间的间隔、圆的半径和边缘阈值，以便用户能够根据具体需求调整轮廓采样点的密度、圆的采样精度和边缘检测的灵敏度，从而精确控制图形的细节精度，如图形的平滑度、尖角的清晰度和复杂图案的完整性。同时，项目需确保生成的DXF文件能够在机器雕刻设备上流畅加载和执行，保持雕刻操作的精确度，减少因文件格式问题导致的机器停机或雕刻错误，以提高生产流程的效率和最终产品的质量。此外，机器还需具备良好的适应性和兼容性，能够处理多种类型的图案设计，并兼容不同品牌和型号的机器雕刻设备，并联合周边文创产业试点销售推广我们团队研发的机器。
“刮擦全息”发展较晚，但很快便受到年轻人，尤其是学生的追捧和热爱，已经形成了较为小众的兴趣圈；其炫酷的效果和简单的制作原理让人爱不释手，并且潜在受众较多，有很大的发展潜力；但又因为其缺少宣传和推广，在文创等市场中尚未形成较大的规模和成熟的专业制作机器，而且更为炫酷的全息效果也只掌握在少数的“大佬”手中。
1.国内发展情况
（1）理论研究与实验验证：
国内研究者通过实验研究，提出了一种能得到很好“立体效果”的刮擦成像的划痕规则，并对刮擦全息的成像原理进行了分析[1]，基于光的反射定律给出了其成像的理论解释研究还通过数值仿真将理论结果图形化，得出了与实验结果相符合的曲线，同时对于刮擦成像的“像的畸变”问题以及像的位置进行了讨论[2]。
（2）应用与优化：
划痕全息技术可以用于艺术创作、信息存储等领域。通过改变划痕的规则和深度，可以生成不同效果的全息图像[3]。研究者们也在不断优化划痕全息的制作工艺，以提高其成像质量和稳定性。
（3）新现象及解释：
国内研究还发现了图像的动态3D视觉效果，给出了运动视差解释[4]；发现图像具有形成彩色图样的特点，并给出了单缝衍射解释；对比几种反光板材对成像的影响，得出亚克力板成像结果最好的结论。
2.国外发展情况
（1）基础理论与实验研究：
国外的研究者也在积极探讨划痕全息的成像原理，并进行了大量的实验验证。例如，通过仿真模拟验证了刮擦“全息”是基于光镜面反射原理的“全息”图，发现了图像动态3D视觉效果，并提出了运动视差解释。
（2）技术应用与拓展：
国外的研究者还研究了刮擦全息的多种应用场景，如用于光学元件表面划痕的三维全场测量等。通过数字全息角谱数值重建算法，获得光学元件表面划痕的相位分布，并通过扫描拼接实现划痕的全场测量。
（3）技术与材料优化：
国外的研究者在材料选择上也进行了大量实验，发现亚克力板在成像效果上表现最佳，并提出了对材料硬度、透射率和衍射特性的要求。
参考文献：
[1]范俊凯,罗浩,李雅萍,等.刮擦“全息”的实验探索及理论分析[J].大学物理实验,2017,30(04):27-29+39.DOI:10.14139/j.cnki.cn22-1228.2017.04.006.
[2]薛瑞,赵磊,王涛,等.刮擦全息透射成像的研究[J].物理通报,2017,(02):25-31.
[3]王鹏飞,钟慧,肖镇生,等.刮擦“全息”的理论解释和实验验证[J].大学物理,2015,34(08):43-47.DOI:10.16854/j.cnki.1000-0712.2015.08.012.
[4]王涛,赵磊,薛瑞,等.刮擦“全息”的实验新现象及解释[J].中国高新技术企业,2016,(29):31-33.DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.29.013. 
本项目研发的刻画机所产出的3D图片效果的亚克力板拥有炫酷的全息与光影效果，更符合现代人对高科技感的追求与审美。
相较于传统的手工雕刻，采用机器刻画技术能够显著提升准确性并大幅提高工作效率，有效缩短制作周期，从而显著降低时间成本；例如，传统手工刻画简单图片产品起码需要3-4个小时，在某二手平台上售价在70-300元之间。
该机器外观符合大众审美，简洁优美，操作简单，只需进入对应的微信小程序导入图片，即可使机器刻画出成品。
1.技术路线
制作一个图片轮廓检测与采样算法小程序（能够将图案转换成DXF文件的程序），在程序当中，能够调整点的间距，圆的半径，边缘阈值，决定输出图形的复杂程度。并将DXF文件上传至机器，最终，机器能够成功运行。
2.拟解决的问题
程序的设计问题，机器的设计问题。
3.预期成果
能够将任何图案转换成对应的刻画轨迹图案，并通过机器将其在亚克力板上快速成型。
本项目将在2025年第一季度初开始准备工作和基础原理的深造和产品的精细设计；并于2025年第一季度正式展开开发工作，预期在2025年第二季度实现微信小程序的开发以及刻画机器的雏形；同期其他设计成员进行效果更好的图案轨迹设计，基于原理实现更绚丽的全息效果。计划于2025年第三季度对亚克力板刻画机器进行进一步的调试与精进，并将初步研究的产品机器联合文创产业试点销售获取反馈。
1.与本项目有关的研究积累和已取得的成绩
图2.亚克力板上的3D图案示例
通过前期调研和阅读文献，项目组成员已经完全理解刮擦全息的相关概念，并通过传统手工雕刻的方法成功在亚克力板上刻画出具有立体效果的图案。为本项目的顺利开展提供了理论和实践基础。

2.已具备的条件，尚缺少的条件及解决方法
已具备的条件：
（1）能够通过传统的雕刻方法，在亚克力板上刻画出具有立体效果的图案，即完成刮擦全息的实际应用。
（2）初步实现将图片上传至程序中，生成对应的划痕图，可将划痕图上传至后续的加工机器。
尚缺少的条件：
（1）微信小程序的设计
（2）加工机器的设计
解决办法：
（1）学习设计微信小程序
（2）购买对应材料，学习建模，设计机器的内部结构，外部结构。

经费预算

开支科目 预算经费（元） 主要用途 阶段下达经费计划（元）
前半阶段 后半阶段
预算经费总额 6000.00 无 5000.00 1000.00
1. 业务费 1500.00 无 500.00 1000.00
（1）计算、分析、测试费 0.00 无 0.00 0.00
（2）能源动力费 0.00 无 0.00 0.00
（3）会议、差旅费 0.00 无 0.00 0.00
（4）文献检索费 500.00 无 500.00 0.00
（5）论文出版费 1000.00 无 0.00 1000.00
2. 仪器设备购置费 0.00 无 0.00 0.00
3. 实验装置试制费 1500.00 无 1500.00 0.00
4. 材料费 3000.00 无 3000.00 0.00
结束

用户单位： 桂林理工大学        

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