全息立體投影技術(shù)的應(yīng)用

畢 然

長春職業(yè)技術(shù)學(xué)院（吉林 長春 130033）

0 引言

近年來，全息立體投影技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，涵蓋娛樂、生活、醫(yī)學(xué)、教育、科技等領(lǐng)域。基于該技術(shù)可展現(xiàn)更加真實(shí)的效果。為更好地推進(jìn)全息立體投影技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，文章圍繞全息立體投影技術(shù)的應(yīng)用展開研究。

1 全息立體投影技術(shù)的原理

1.1 基本原理

全息立體投影技術(shù)本質(zhì)上屬于3D技術(shù)，相較于二維平面攝像技術(shù)，全息立體投影技術(shù)能再現(xiàn)物體三維圖像，并使人產(chǎn)生立體視覺。全息立體投影技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對三維世界立體圖像的忠實(shí)記錄和視覺還原，但并非真正還原真實(shí)的三維場面?，F(xiàn)階段，人們?nèi)粘Ｄ芙佑|的全息立體投影技術(shù)并非嚴(yán)格意義上的全息立體投影，而是通過邊緣消隱、應(yīng)用珮珀?duì)柣孟髮?shí)現(xiàn)的3D效果，屬于類全息立體投影技術(shù)。一般而言，全息立體投影技術(shù)通過膠片記錄及保存光波相位和振幅信息，三維圖像可通過光波信息在展示過程中再現(xiàn)，通過凸透鏡使激光光線形成兩束平面光線，分別投射在照相底片和被攝物體上，其中被攝物體上反射的光線最終需照到照相底片。在完成沖洗后，原來的亮點(diǎn)可在底片投射原平面激光時(shí)還原，而三維空間中的該亮點(diǎn)并非在全息膠片上。全息立體投影技術(shù)可通過記錄被攝物里透射或反射光波中的全部信息，實(shí)現(xiàn)3D視覺效果。

1.2 典型技術(shù)

近年來，全息立體投影技術(shù)的受關(guān)注程度不斷提升，文章介紹了三種全息立體投影技術(shù)，包括倒金字塔型折射成像技術(shù)、光信息粒子成像技術(shù)、非裸眼立體成像技術(shù)。倒金字塔型折射成像技術(shù)的應(yīng)用需依托倒金字塔型的全息膜結(jié)構(gòu)，全息膜為三角形塑料片或透明玻璃組成的倒放四棱錐，通過在特制視頻源屏幕放置全息膜，且屏幕與四個(gè)面形成45°的夾角，四個(gè)特制視頻（視頻源）即可在空間中折射，同步特制的視頻可同步播放，給人以立體感。倒金字塔型折射成像技術(shù)屬于偽全息立體投影技術(shù)，這種立體感源于人眼的“視覺欺騙”，實(shí)質(zhì)上屬于多個(gè)二維圖像的折射投影。非裸眼立體成像技術(shù)多用于電影院，通過佩戴特制的3D眼鏡，即可實(shí)現(xiàn)立體影片的觀看。該眼鏡的左右不同兩個(gè)鏡片可基于過濾提供同進(jìn)度的不同畫面給雙眼，由視差構(gòu)建立體效果。光信息粒子成像技術(shù)屬于仍在研究中的一種全息立體投影技術(shù)，該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)面臨著粒子分布難以控制的難題，可能出現(xiàn)的環(huán)境污染也使該技術(shù)仍停留在理論層面，若能找到可控的攜帶光信息粒子，全息立體投影即可真正實(shí)現(xiàn)[1]。

2 全息立體投影技術(shù)的應(yīng)用前景

2.1 教育領(lǐng)域

理論課程是我國各級教育的主體，如能將全息立體投影技術(shù)引入教育領(lǐng)域，即可實(shí)現(xiàn)教育的大變革。目前，PPT等教學(xué)輔助工具在我國各級教育教學(xué)中的應(yīng)用極為廣泛，相較于黑板板書，PPT的應(yīng)用使教學(xué)效率和直觀性大幅提升。但對于需要空間想象的學(xué)科，PPT的應(yīng)用效果仍存在一定不足。以化學(xué)教學(xué)為例，若能引入全息立體投影技術(shù)，原子結(jié)構(gòu)即可通過全息立體投影技術(shù)更為直觀地展示，可深化學(xué)生對原子結(jié)構(gòu)的理解，教學(xué)趣味性也能大幅提升。受學(xué)校設(shè)施條件和實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)性等因素影響，小學(xué)、中學(xué)課程中的很多實(shí)驗(yàn)往往依托視頻展示給學(xué)生，不利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)思維的培養(yǎng)。通過引入全息立體投影技術(shù)，可在教學(xué)中更為真實(shí)地再現(xiàn)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，更好地實(shí)現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量提升、師生深度互動(dòng)。

2.2 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

基于病情檢驗(yàn)報(bào)告分析病人病情屬于很多醫(yī)生的工作常態(tài)，目前X光機(jī)的二維成像分析在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，該類輔助醫(yī)學(xué)設(shè)備可實(shí)現(xiàn)病源平面大體位置的確定，但病源的具體層次往往無法確定。引入全息立體投影技術(shù)，可在電腦上基于不同方位的多張X光片結(jié)果進(jìn)行建模，并通過全息立體投影呈現(xiàn)，快速鎖定病變位置。全息立體投影技術(shù)也可用于具體的治療過程，如為最佳治療藥效位置的治療藥物精準(zhǔn)送達(dá)提供依據(jù)[2]。

2.3 生活領(lǐng)域

基于二維攝像機(jī)的留影屬于現(xiàn)階段主流，人們生活中的重要時(shí)刻主要通過視頻、照片記錄，但對平面的視頻、照片而言，美好瞬間無法完美呈現(xiàn)。這一問題可通過全息立體投影技術(shù)解決。通過在不同角度應(yīng)用特殊攝像機(jī)進(jìn)行拍攝，即可通過處理打造全息立體畫面，多方位記錄主體特征，同時(shí)還能還原附近環(huán)境。若全息立體投影技術(shù)能盡早成熟和普及，名人紀(jì)念館即可更直觀地展示名人的全身風(fēng)采，全息立體投影的明星海報(bào)、全家福也將由此普及。

2.4 科技領(lǐng)域

在科技領(lǐng)域，全息立體投影技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值也不容忽視。以DNA結(jié)構(gòu)為例，最早研究采用實(shí)物制作模型模擬DNA結(jié)構(gòu)，現(xiàn)階段則通過電腦3D建模、平面圖像對其進(jìn)行模擬。如果全息立體投影技術(shù)能真正投入應(yīng)用，電腦3D建模與實(shí)物模型的優(yōu)點(diǎn)即可同時(shí)發(fā)揮，模型制作耗費(fèi)的精力和時(shí)間將大幅減少，而且更加完美、準(zhǔn)確的表達(dá)能為科技工作開展提供有力支持。

2.5 娛樂領(lǐng)域

全息立體投影技術(shù)在娛樂領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值同樣很高，分析現(xiàn)階段廣泛應(yīng)用的VR技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)，其拍攝成本普遍偏高且無法調(diào)整被觀察物體的角度，而偽全息立體投影技術(shù)的成本相對較低，僅通過軟件處理和倒金字塔型的全息膜即可實(shí)現(xiàn)全息立體投影，而且無須佩戴設(shè)備。隨著全息立體投影技術(shù)的不斷發(fā)展，VR技術(shù)與3D電影技術(shù)的優(yōu)勢將充分融合，未來，觀眾可從各個(gè)方位觀看電影內(nèi)容，從各個(gè)角度自由欣賞自己喜歡的角色，輔以立體音效技術(shù)，觀影體驗(yàn)將實(shí)現(xiàn)長足提升。在游戲領(lǐng)域，全息立體投影技術(shù)也能為游戲效果、玩法更新提供有力支持[3]。

2.6 旅游領(lǐng)域

在旅游領(lǐng)域，全息立體投影技術(shù)同樣具備較高的應(yīng)用價(jià)值，如用于旅游設(shè)計(jì)、旅游餐飲設(shè)計(jì)、旅游娛樂設(shè)施設(shè)計(jì)等。以旅游設(shè)計(jì)為例，全息立體投影技術(shù)實(shí)現(xiàn)歷史現(xiàn)場的呈現(xiàn)，以博物館為例，通過圈出特定區(qū)域應(yīng)用全息立體投影技術(shù)，即可立體呈現(xiàn)歷史現(xiàn)場，如立體呈現(xiàn)紅軍長征等革命現(xiàn)場，通過截取部分電影情景，即可通過全息立體投影技術(shù)詳細(xì)呈現(xiàn)戰(zhàn)士們的表情動(dòng)作神態(tài)與惡劣環(huán)境，同時(shí)在投影區(qū)外圍模擬布置太空沙，在上空設(shè)置吹風(fēng)和輕型撒雪裝置，即可給游客帶來全方位、多感官感受，游客能夠更好地體會長征的不易。此外，旅游設(shè)計(jì)中全息立體投影技術(shù)還可用于文創(chuàng)紀(jì)念品的銷售設(shè)計(jì)，如在實(shí)體店門口通過全息立體投影技術(shù)動(dòng)態(tài)展示各類文創(chuàng)紀(jì)念品，即可更好地吸引游客購買。

3 全息立體投影技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)——以教學(xué)領(lǐng)域?yàn)槔?/h2>

3.1 更新技術(shù)理念

為保證將全息立體投影技術(shù)較好地用于教學(xué)領(lǐng)域，技術(shù)理念的及時(shí)更新極為關(guān)鍵。將具體教學(xué)內(nèi)容以三維形態(tài)投射到立體空間中，逼真的視覺效果可為教學(xué)的更好開展提供有力支持。學(xué)生可通過多角度觀察，加深對知識內(nèi)容的了解，并通過虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)備進(jìn)行操作，如開展虛擬實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而充分培養(yǎng)自身的實(shí)踐能力。全息立體投影技術(shù)應(yīng)用可結(jié)合5G技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，設(shè)法打造集資源管理、應(yīng)用、建設(shè)、整合為一體的全息立體投影教學(xué)平臺，構(gòu)建循環(huán)、智能的實(shí)訓(xùn)資源生態(tài)環(huán)境，并結(jié)合創(chuàng)新型立體融合的教學(xué)模式，提供全彩、全息的視覺效果，以更好地服務(wù)于教學(xué)。學(xué)生可在教學(xué)過程中體驗(yàn)舒適環(huán)境和逼真視覺感知的交互，更好地參與相關(guān)知識和技能的學(xué)習(xí)。此外，全息立體投影技術(shù)在遠(yuǎn)程教育中的應(yīng)用價(jià)值也需要得到重視。教師可通過全息投影的屏幕開展教學(xué)，相較于參與感不足的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，全息立體投影技術(shù)的應(yīng)用可有效提升教學(xué)效果。該教學(xué)模式的開展除軟硬件設(shè)備的支持外，教師的相關(guān)理念也需要充分更新，以更好地應(yīng)對相應(yīng)挑戰(zhàn)。

3.2 強(qiáng)化人才培養(yǎng)

為保證全息立體投影技術(shù)更好地服務(wù)于教學(xué)，必須認(rèn)識到該技術(shù)在強(qiáng)化人才培養(yǎng)方面能發(fā)揮的積極作用，學(xué)生的專業(yè)知識、實(shí)踐技巧、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神、創(chuàng)新精神均可基于全息立體投影技術(shù)進(jìn)行培養(yǎng)。如果單純基于課本、視頻演示等方式傳授知識，學(xué)生對知識的深入了解和技能的快速掌握效果將大打折扣，因此必須充分利用全息立體投影技術(shù)打破空間的限制，直觀展示知識原理、技能應(yīng)用過程，全面提升實(shí)踐教學(xué)水平。為保證全息立體投影技術(shù)更好地服務(wù)于人才培養(yǎng)，需關(guān)注數(shù)據(jù)信息資源和虛擬仿真軟件的開發(fā)，并充分引入體感技術(shù)、仿真技術(shù)、全息立體投影技術(shù)，打造信息化、現(xiàn)代化的教育培訓(xùn)基地，進(jìn)而彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)場所、實(shí)驗(yàn)設(shè)備等方面的欠缺，減少具體實(shí)踐環(huán)節(jié)出現(xiàn)的設(shè)備損壞、材料消耗等問題，這對豐富教學(xué)方式、節(jié)約教育成本均能帶來積極影響。

3.3 提升學(xué)習(xí)興趣

雖然受限于技術(shù)成熟度和較高成本，全息立體投影技術(shù)現(xiàn)階段未能廣泛應(yīng)用于教學(xué)工作，但必須認(rèn)識到該技術(shù)在提升教學(xué)趣味性、解決傳統(tǒng)教學(xué)局限性、提升教師教學(xué)水平方面存在的優(yōu)勢。在具體教學(xué)實(shí)踐中，教師可將學(xué)生難以理解的抽象知識通過全息立體投影技術(shù)直觀展現(xiàn)，學(xué)生也更容易理解和掌握相關(guān)知識。該種新穎的教學(xué)方法能更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣。通過先進(jìn)的教學(xué)設(shè)備，學(xué)生可實(shí)際控制知識立體模型，學(xué)生的參與度大大提高。以地理教學(xué)為例，在宇宙內(nèi)容的講解中，教師可應(yīng)用全息立體投影技術(shù)直觀展示銀河系、太陽系乃至地球，拉近學(xué)生與地理知識間的距離，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣也可被充分激發(fā)。能力強(qiáng)的學(xué)生可打造智能化的全息立體投影學(xué)習(xí)資源平臺，構(gòu)建自生長、智能性高、整合度高的學(xué)習(xí)資源生態(tài)環(huán)境。平臺可為學(xué)生和教師提供相關(guān)信息，輔以全息立體投影技術(shù)，這類信息可更好地作用于知識學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)效果和教學(xué)質(zhì)量均可在平臺與技術(shù)支持下得到有效提升。

3.4 提升學(xué)生實(shí)踐能力

全息立體投影技術(shù)在教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用還能夠有效提升學(xué)生的實(shí)踐能力，以教學(xué)涉及的實(shí)驗(yàn)等對學(xué)生動(dòng)手能力要求較高的內(nèi)容為例，通過投射更加清晰的畫面、較為鮮明的色彩，全息投影技術(shù)即可通過真實(shí)特征給學(xué)生帶來真實(shí)感受，這種感受能夠同時(shí)作用在學(xué)生的視覺和心理層面，教學(xué)工作自然能夠更好地開展。通過全息立體投影技術(shù)，各種虛擬環(huán)境中的事物可直接在課堂中得到展現(xiàn)，學(xué)生不僅能夠由此開展實(shí)踐模擬，其真實(shí)感受也可有效增強(qiáng)，相關(guān)實(shí)踐練習(xí)可由此取得與真實(shí)環(huán)境幾乎相同的效果，學(xué)生實(shí)操能力自然可有效提升。此外，教學(xué)中各類設(shè)備在應(yīng)用中不免會出現(xiàn)一定損耗，設(shè)備的維護(hù)會消耗一定人力、物力資源，但在全息立體投影技術(shù)支持下，這類問題可有效規(guī)避，同時(shí)教學(xué)效果不會受到影響，教學(xué)成本可在學(xué)生實(shí)操能力有效提高的同時(shí)得以降低，因此全息立體投影技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)領(lǐng)域同樣具備較高應(yīng)用價(jià)值[4]。

4 結(jié)束語

全息立體投影技術(shù)的應(yīng)用前景極為廣闊。文章涉及的更新技術(shù)理念、強(qiáng)化人才培養(yǎng)、提升學(xué)習(xí)興趣等內(nèi)容直觀展示了全息立體投影技術(shù)的應(yīng)用路徑。為更好地發(fā)揮全息立體投影技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，相關(guān)技術(shù)與設(shè)備的研發(fā)、相關(guān)技術(shù)的深度融合、4D或5D場景的打造探索同樣需要得到重視。