淺析3D全息影像技術(shù)原理及在國學(xué)教育中的應(yīng)用

趙希 郭繼宇

摘 要：3D全息投影技術(shù)是利用介質(zhì)對光波干涉和衍射原理呈現(xiàn)三維立體圖像的技術(shù)。國學(xué)教育是以國學(xué)為教學(xué)的核心內(nèi)容，實施的目的是更好地傳承中華民族文化和學(xué)術(shù)傳統(tǒng)、積極培養(yǎng)民族意識和民族精神的教育。將3D全息投影技術(shù)運用到國學(xué)教育中能夠形象逼真地再現(xiàn)作品的創(chuàng)作情境，讓學(xué)生實現(xiàn)沉浸式學(xué)習(xí)，并且通過國學(xué)教育實現(xiàn)民族文化傳承的歷史任務(wù)。

關(guān)鍵詞：3D全息投影技術(shù);國學(xué)教育;應(yīng)用

基金項目：本文系2019年黑龍江省省級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目“3D全息投影技術(shù)與國學(xué)教育融合的可行性分析”（項目編號：G201913296017）的研究成果。

1 3D全息影像技術(shù)原理

1）3D全息影像技術(shù)簡介。概括來說，3D全息影像技術(shù)也稱為虛擬成像技術(shù)，是利用介質(zhì)對光波干涉和衍射原理記錄、再現(xiàn)物體真實狀況的三維圖像技術(shù)[1]。這種技術(shù)的成像原理和我們所熟悉的蜃景非常相似。3D全息影像技術(shù)的成像與依賴3D眼鏡才能成像的電影不同，3D全息影像技術(shù)可以在裸眼的情況下觀看到三維立體的影像，使觀眾產(chǎn)生身臨其境的感覺。

2）3D全息影像技術(shù)分類。從目前已經(jīng)實現(xiàn)的3D全息投影技術(shù)來看，可以從成像技術(shù)或顯示形式的角度分為三種類型：（1）空氣投影和交互技術(shù)，最早產(chǎn)生于美國，對于3D全息投影技術(shù)的發(fā)展具有重要的先導(dǎo)作用;（2）激光束投射3D影像，來源于日本的一家公司，但是其成像時間相對短暫;（3）360°全息顯示屏成像，這種成像方式受到了世界各國的高度肯定，各個國家紛紛對其開展深入研究，可見，360°全息顯示屏成像在未來的發(fā)展前景最為廣闊，應(yīng)用價值最高。

3）3D全息影像技術(shù)應(yīng)用舉例。3D全息投影技術(shù)廣泛地應(yīng)用于各種大型演出當(dāng)中。例如：2015年中央電視臺春節(jié)聯(lián)歡晚會中，歌曲《蜀繡》運用了3D全息投影技術(shù)，將演唱者李宇春的影像顯現(xiàn)出來，在舞臺上形成了五個相同演唱者的效果;還有2016年遼寧衛(wèi)視春節(jié)聯(lián)歡晚會，當(dāng)時正是猴年，于是上演了“金猴鬧春”的節(jié)目，通過使用3D全息投影技術(shù)將風(fēng)光秀麗的花果山以及豪華壯麗的天庭表現(xiàn)得非常逼真。

2 國學(xué)教育概述

1）國學(xué)教育概念。國學(xué)教育在學(xué)界還沒有形成統(tǒng)一的定論，很多研究者都對國學(xué)教育加以定義。筆者通過分析認為我國學(xué)者畢國章的定義更為貼切，他認為：國學(xué)教育是以國學(xué)為教學(xué)的核心內(nèi)容，實施的目的是更好地傳承中華民族文化和學(xué)術(shù)傳統(tǒng)、積極培養(yǎng)民族意識和民族精神的教育。隨著時代的不斷發(fā)展，國學(xué)教育的概念也將隨之發(fā)生一些調(diào)整和變化，不能用停滯的眼光看待國學(xué)教育。

2）國學(xué)教育現(xiàn)狀分析。很多家庭和幼兒園將國學(xué)教育作為啟蒙教育的重要內(nèi)容，而國學(xué)教育應(yīng)該是貫穿整個學(xué)段或者是一生的教育內(nèi)容。通過學(xué)習(xí)國學(xué)來感受中華民族五千多年的文化魅力，感受作為中華兒女的高度自豪感和榮譽感。通過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，目前我國的國學(xué)教育處于興盛階段，雖然沒有教育部門的官方規(guī)定，但是很多學(xué)校紛紛開設(shè)國學(xué)課，帶領(lǐng)學(xué)生誦讀、理解國學(xué)經(jīng)典作品，如“大學(xué)”、“弟子規(guī)”、“三字經(jīng)”等。同時，校外各種教育機構(gòu)也采取了形式多樣的線上線下的教育活動。

雖然國學(xué)教育在全國各地如火如荼地開展，但是也暴露出很多不足之處：（1）教學(xué)內(nèi)容選擇不當(dāng)。很多先人的作品存在違背科學(xué)的部分內(nèi)容，或者違背了一些當(dāng)下公認的一些道德準(zhǔn)則等，這些作品就不適合作為國學(xué)教育的選材。（2）師資水平參差不齊。很多校外機構(gòu)為了商業(yè)目的而開設(shè)國學(xué)課程，所聘教師文學(xué)底蘊尚淺，很難將國學(xué)的內(nèi)涵呈現(xiàn)給學(xué)生。部分教師將國學(xué)教育停留在領(lǐng)讀、背誦的層面，讓學(xué)生對國學(xué)產(chǎn)生抵觸心理。（3）缺乏權(quán)威的指導(dǎo)性文件。很多學(xué)校和教育機構(gòu)在進行國學(xué)教育的時候都是摸著石頭過河，各自探索、嘗試。沒有權(quán)威的指導(dǎo)性文件，讓各種形式的國學(xué)教育缺乏規(guī)范性。

3 3D全息影像技術(shù)原理在國學(xué)教育中的應(yīng)用

通過以上分析，筆者認為，可以充分發(fā)揮3D全息投影技術(shù)立體性、形象逼真、互動良好、沉浸式、故事情節(jié)豐富、信息載入量大等特點，讓國學(xué)教育以一種嶄新的形式呈現(xiàn)在學(xué)生面前。

1）引起無意注意。國學(xué)教育的學(xué)生以幼兒為主，幼兒的注意以無意注意為主。無意注意就是沒有預(yù)定目的、不需要意志努力的注意。影響無意注意產(chǎn)生的因素有兩個方面：一是刺激物的特點，二是人的內(nèi)部狀態(tài)。3D全息投影技術(shù)容易引起幼兒的無意注意，新穎的成像形式、生動的畫面表現(xiàn)、逼真的情境構(gòu)建都為因此幼兒的無意注意提供了重要的支持。同時，根據(jù)皮亞杰關(guān)于兒童思維發(fā)展階段的研究，幼兒處于前運算階段，思維的特征是以形象的符號思維為主。采用3D全息投影技術(shù)所形成的圖像立體效果好，基本能夠保持與原物相同的三維特性。所以，全息投影技術(shù)能夠給學(xué)生帶來強烈的視覺沖擊，營造出虛實結(jié)合的夢幻氛圍。3D全息投影技術(shù)能夠采用不同的色彩呈現(xiàn)方法，不論是RGB分離法、白光全息還是彩虹全息技術(shù)都能夠保證色彩的真實性，讓畫面更加逼真。所以，運用3D全息投影技術(shù)進行國學(xué)教育將幫助學(xué)生保持注意力。

2）打破空間局限。以往的國學(xué)教學(xué)形式以實物教學(xué)和多媒體教學(xué)為主。實物教學(xué)通過借助直觀的實際物體來輔助教師開展教學(xué)活動，但是存在一定的局限性，很多實物不便于獲取或者不適合在教室展示，因此無法滿足教學(xué)需求;多媒體教學(xué)能夠綜合使用文字、聲音、圖像和動畫等多種媒體，是目前教學(xué)中應(yīng)用最為廣泛的教學(xué)輔助工具。但是多媒體在展示資料時存在縮略的特點，呈現(xiàn)方式以二維為主，兒童無法通過觀察對物體或人物的三維特征有明確的認識，造成幼兒學(xué)習(xí)中空間特征認識的匱乏。運用3D全息投影技術(shù)能夠?qū)⒐湃藙?chuàng)作時的情境展現(xiàn)在學(xué)生眼前，給學(xué)生一種身臨其境的感覺，作者好像就在學(xué)生身邊進行創(chuàng)作，有利于吸引學(xué)生的注意力，并且體會到作者創(chuàng)作時的心情。在這樣的基礎(chǔ)上，不用擔(dān)心學(xué)生對國學(xué)產(chǎn)生抵觸心理，學(xué)生會非常主動地開啟這次“穿越時空”的旅行。

除了三維立體影像之外，全息投影技術(shù)也可以顯示立體的文字或者平面的圖形，將時代、時間、地點、人物、事件等信息一一傳遞出來，讓國學(xué)教育的內(nèi)容變得更加豐滿[3]。

4 應(yīng)用障礙

雖然3D全息影像技術(shù)應(yīng)用在國學(xué)教育中非常合適，但是不得不承認，在實踐和推廣的過程中仍存在很大的障礙。

1）技術(shù)實現(xiàn)過程繁瑣。要想實現(xiàn)3D全息投影必須拍攝大量的全息照片，而照片數(shù)量越多才能將動態(tài)效果表現(xiàn)得越細膩，越要經(jīng)歷繁瑣的程序。

2）拍攝環(huán)境要求嚴格。在拍攝全息照片的時候，也要對環(huán)境進行嚴格的控制。光學(xué)全息技術(shù)要求具有高度相干性的光源、非常穩(wěn)定的光學(xué)系統(tǒng)以及相應(yīng)的記錄媒介[2]。如果在拍攝的過程中受到其他光源和噪聲的干擾，則拍攝的圖片無效。

3）制作成果成本高昂。目前，3D全息投影技術(shù)在制作過程中主要采用全息投影膜作為介質(zhì)，這種介質(zhì)的價格非常昂貴。

因此，即便3D全息投影技術(shù)的優(yōu)越性非常顯著，受到技術(shù)手段和實現(xiàn)成本的限制，目前只能在一些重要的時間和事件上使用，還沒有達到推廣的階段。

參考文獻

[1]夏溢涵，王芳君，張乘風(fēng).全息投影技術(shù)在展示設(shè)計中的應(yīng)用研究[J].家具與室內(nèi)裝飾，2014（10）.

[2]張?zhí)枺Z慶軒，孫漢旭，等.一種多通道曲面投影系統(tǒng)的幾何校正方法[C].中國系統(tǒng)仿真學(xué)第五次全國會員代表大會暨2006年全國學(xué)術(shù)年會論文集.2006：493-496.

[3]黃建.3D全息投影技術(shù)發(fā)展應(yīng)用[J].演藝科技，2015（1）.