全息影像技術(shù)在實(shí)踐類課程教學(xué)中的研究與展望

艾飛　滕雯婷

項(xiàng)目名稱：2020年度海南省志愿服務(wù)課題《全息影像技術(shù)在志愿服務(wù)培訓(xùn)實(shí)踐類課程體系中的開(kāi)發(fā)與研究》（編號(hào)：2020023）的科研成果

摘要：在今日已呈普遍應(yīng)用趨勢(shì)的數(shù)字媒體技術(shù)中，全息影像技術(shù)還處于不斷開(kāi)發(fā)和應(yīng)用探索的階段，目前人們將全息影像技術(shù)逐步應(yīng)用到藝術(shù)設(shè)計(jì)、商業(yè)展示、舞臺(tái)呈現(xiàn)、醫(yī)學(xué)探索、高科技開(kāi)發(fā)等各個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行探索，這將會(huì)實(shí)現(xiàn)技術(shù)乃至藝術(shù)領(lǐng)域上的新突破，充分展示出科技帶來(lái)的魅力。然而在全息藝術(shù)越來(lái)越豐富的今天，人們對(duì)全息影像的需求也日益增大，尤其是對(duì)實(shí)踐類虛擬仿真互動(dòng)教學(xué)等方面的課程。虛擬仿真互動(dòng)教學(xué)，為學(xué)習(xí)者提供近似真實(shí)的訓(xùn)練環(huán)境，提高受訓(xùn)者職業(yè)技能。因此，筆者認(rèn)為全息影像技術(shù)憑借真實(shí)再現(xiàn)及創(chuàng)造性自由等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)今后的藝術(shù)創(chuàng)作乃至實(shí)踐類課堂教學(xué)等方面都有非常廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：數(shù)字媒體;全息藝術(shù);全息影像技術(shù)

中圖分類號(hào)：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-9129（2020）06-0056-02

Abstract：Amongthedigitalmediatechnologiesthathaveshownageneralapplicationtrendtoday，holographicimagingtechnologyisstillinthestageofcontinuousdevelopmentandapplicationexploration.Atpresent，peoplearegraduallyapplyingholographicimagingtechnologytoartdesign，commercialdisplay，stagepresentation，medicalexploration，high-techExploringinvariousfieldssuchastechnologydevelopmentwillrealizenewbreakthroughsintechnologyandart，andfullydemonstratethecharmbroughtbytechnology.However，asholographicartisbecomingmoreandmoreabundant，thedemandforholographicimagesisalsoincreasing，especiallyforpracticalvirtualsimulationinteractiveteachingcourses.Virtualsimulationinteractiveteachingprovideslearnerswithanear-realtrainingenvironmentandimprovestrainees'professionalskills.Therefore，theauthorbelievesthattheholographicimagetechnologyhasverybroadapplicationprospectsforfutureartisticcreationandevenpracticalclassroomteachingduetoitstechnicaladvantagessuchastruereproductionandcreativefreedom.

Keywords：digitalmedia;holographicart;holographicimagetechnology

隨著當(dāng)今虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualReality）以及全息影像技術(shù)的發(fā)展，我們的生活已經(jīng)進(jìn)入高科技、數(shù)字化的時(shí)代。剖析全息影像技術(shù)的特征，可以發(fā)現(xiàn)它用自身特有的虛擬技術(shù)來(lái)為使用者提供更廣闊的設(shè)計(jì)空間、設(shè)計(jì)靈感、設(shè)計(jì)內(nèi)容，同時(shí)在設(shè)計(jì)過(guò)程中加以藝術(shù)的創(chuàng)造和對(duì)技術(shù)的創(chuàng)新。因此，筆者嘗試在實(shí)踐類課程中融入全息技術(shù)，讓受訓(xùn)者能獲得更多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和臨場(chǎng)體驗(yàn)。這樣就能夠讓我們的實(shí)踐類課程更具有特色，同時(shí)全息技術(shù)的加入，我們還能創(chuàng)造虛擬空間和真實(shí)世界的互動(dòng)，使我們的實(shí)踐類課程具有很強(qiáng)的靈活性、創(chuàng)造力、表現(xiàn)力。

1全息技術(shù)介入實(shí)踐類課程的優(yōu)勢(shì)

1.1課程設(shè)計(jì)范圍的拓展。對(duì)于授課者而言，在進(jìn)行傳統(tǒng)實(shí)踐類課程教學(xué)過(guò)程中，我們往往受限于場(chǎng)地、環(huán)境等方面內(nèi)容，不得不放棄對(duì)身體某些感官體驗(yàn)的塑造。例如：在急救知識(shí)實(shí)踐課程培訓(xùn)中，受訓(xùn)者面對(duì)假體道具往往只能有觸覺(jué)感受，而聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)感官回饋甚微。這就很容易造成，在真正面對(duì)突發(fā)時(shí)手忙腳亂的情況。而采用全息影像技術(shù)來(lái)打造的虛擬實(shí)踐教學(xué)場(chǎng)景，就為我們授課者帶來(lái)了設(shè)計(jì)思維創(chuàng)作空間的延展、設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)尺度上更大程度發(fā)揮的可能性。以筆者構(gòu)思的虛擬現(xiàn)實(shí)互動(dòng)教室為例，通過(guò)對(duì)室內(nèi)空間墻壁的全方位動(dòng)態(tài)投影，不僅達(dá)到了設(shè)計(jì)空間視覺(jué)效果的延展，還可以通過(guò)增加聲、畫(huà)、交互來(lái)營(yíng)造更好的環(huán)境體感效果，使受訓(xùn)者在獲得專業(yè)技能知識(shí)的同時(shí)，感受逼真的臨場(chǎng)環(huán)境氛圍。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)實(shí)踐類課程教學(xué)和全息模式下實(shí)踐類課程教學(xué)兩者的比較得知，全息影像技術(shù)作為實(shí)踐類課程最終效果呈現(xiàn)的技術(shù)支持，在參與環(huán)境建造和表現(xiàn)時(shí)具有化腐朽為神奇的魅力，普通的實(shí)踐類課程設(shè)計(jì)融入全息技術(shù)就能夠讓設(shè)計(jì)形態(tài)、效果產(chǎn)生巨大的質(zhì)變。全息影像的介入增強(qiáng)了人機(jī)交互能力與環(huán)境畫(huà)面的視覺(jué)沖擊力。它讓實(shí)踐課程教學(xué)效果從外觀到本質(zhì)都發(fā)生了改變，外觀變成了設(shè)計(jì)內(nèi)容更豐富、效果呈現(xiàn)更多元化的逼真畫(huà)面，而在全息技術(shù)的幫助下，教學(xué)場(chǎng)地空間的視覺(jué)延展即將變成了可能，不受教學(xué)場(chǎng)地限制的本質(zhì)也發(fā)生了相應(yīng)的變化。從教學(xué)模式發(fā)展的角度來(lái)看，全息影像技術(shù)帶給我們的視覺(jué)延展性，對(duì)未來(lái)的實(shí)踐類教學(xué)將是革命性的。伴隨著全息技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，人們對(duì)實(shí)踐類教學(xué)模式的要求不斷提升，利用空間的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)成為了未來(lái)實(shí)踐類課程教學(xué)發(fā)展的新趨勢(shì)。

1.2學(xué)習(xí)者體驗(yàn)的變更。在傳統(tǒng)實(shí)踐類課程教學(xué)中，受訓(xùn)者往往不能從現(xiàn)實(shí)環(huán)境中直接判斷實(shí)踐訓(xùn)練內(nèi)容的變化過(guò)程，只是能夠被動(dòng)接受授課者所傳遞的信息。例如：在急救培訓(xùn)課程中，受訓(xùn)者往往只能按照既定流程搶救虛擬病患，虛擬病患不能主動(dòng)反饋信息給受訓(xùn)者，這就容易造成在實(shí)際應(yīng)用中受訓(xùn)者應(yīng)變能力的不足。但利用全息影像獨(dú)特的技術(shù)特征，同時(shí)完成對(duì)受訓(xùn)者視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)與肢體的全方位信息交流，從多個(gè)層面引導(dǎo)受訓(xùn)者進(jìn)行交互，真正意義上使受訓(xùn)者融入到環(huán)境里，并參與到課程變換過(guò)程中，帶給受訓(xùn)者以新的體驗(yàn)形式和內(nèi)容。全息技術(shù)支撐下的實(shí)踐類課程以數(shù)字動(dòng)態(tài)畫(huà)面輔以多感官體驗(yàn)交流的方式來(lái)完成信息傳遞，改變了受訓(xùn)者信息接受的方式，增強(qiáng)了臨場(chǎng)感。同時(shí)配合智能化互動(dòng)設(shè)計(jì)和全息影像的展出形式，以人的體驗(yàn)感受、交互感受為中心做出相應(yīng)設(shè)計(jì)和交互反饋，拉近與受訓(xùn)者內(nèi)心的距離，由以往被動(dòng)接受到主動(dòng)體驗(yàn)、主動(dòng)接受現(xiàn)實(shí)環(huán)境給予的暗示，并參與到實(shí)踐訓(xùn)練內(nèi)容的變化中。因而，達(dá)到一種發(fā)自內(nèi)心的互動(dòng)情感并于實(shí)踐環(huán)境產(chǎn)生共鳴。

1.3課程表現(xiàn)形式多樣性。當(dāng)今全息影像作為一種新的成像技術(shù)，相比以往的多媒體實(shí)踐課程教學(xué)模式，全息影像實(shí)踐類課程教學(xué)在設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)形式多樣性方面都有很大程度的提高，它可以塑造人們情理之中、現(xiàn)實(shí)世界之外的虛擬畫(huà)面，也可以虛幻人們夢(mèng)境里的幻想場(chǎng)景。可以說(shuō)只要是人們能夠想到的，全息影像都能活靈活現(xiàn)、形式多樣的塑造出來(lái)，并將其投射在多種介質(zhì)上。由于全息影像投影所產(chǎn)生的是三維立體虛擬畫(huà)面，所以全息影像成像的映射介質(zhì)范圍很廣，幾乎所有的物體都有可能成為全息影像的畫(huà)面載體。相對(duì)于傳統(tǒng)多媒體實(shí)踐課程教學(xué)的設(shè)計(jì)與表達(dá)，全息影像有更主動(dòng)適應(yīng)環(huán)境、貼近現(xiàn)實(shí)物理空間界限的技術(shù)特征，在空間塑造和場(chǎng)景還原等方面，往往能產(chǎn)生更具有帶入感的臨場(chǎng)效果。

2全息實(shí)踐類課程創(chuàng)作構(gòu)思

筆者實(shí)驗(yàn)嘗試的創(chuàng)作選擇了最貼近人們生活的急救培訓(xùn)實(shí)踐類課程。采用全息影像技術(shù)塑造逼真的急救現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境以此來(lái)完成創(chuàng)作實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中本著探索實(shí)踐應(yīng)用的目的，首先詳細(xì)的了解了完成本次實(shí)驗(yàn)所需的技術(shù)層面要求和內(nèi)容。經(jīng)過(guò)理論驗(yàn)證，要實(shí)現(xiàn)急救培訓(xùn)實(shí)踐類課程環(huán)境的虛擬成像效果，在虛擬現(xiàn)實(shí)架構(gòu)技術(shù)層面需要同時(shí)整合仿真引擎、動(dòng)作感知及視覺(jué)體驗(yàn)等三種仿真技術(shù)，結(jié)合BIM數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)形成完整的仿真體驗(yàn)系統(tǒng)，從而來(lái)達(dá)到逼真的現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)畫(huà)面和良好的互動(dòng)效果，而這三種仿真技術(shù)的應(yīng)用方式如下：

2.1仿真引擎。仿真引擎是虛擬現(xiàn)實(shí)的核心，所有的虛擬世界的物體、環(huán)境及交互設(shè)計(jì)內(nèi)容均需通過(guò)仿真引擎來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)及整合。

2.2動(dòng)作感知。包括眼睛及肢體動(dòng)作（如頭、手、腳等）均可被特殊儀器感知并由處理器進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，將由處理器生成的精確虛擬3D聲像傳回，使急救者產(chǎn)生臨場(chǎng)感。該技術(shù)集成了計(jì)算機(jī)仿真開(kāi)發(fā)、人體動(dòng)作捕捉等高新科技成果，是一種由計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助生成的高精密度模擬仿真系統(tǒng)。在實(shí)驗(yàn)中擬采用的A.R.T.光學(xué)捕捉設(shè)備提供6個(gè)自由度的動(dòng)作捕捉，精密度小于1mm，能夠?qū)崟r(shí)的捕捉人體動(dòng)作數(shù)據(jù)，針對(duì)設(shè)計(jì)、裝配、性能檢測(cè)進(jìn)行可視化的仿真。

2.3視覺(jué)體驗(yàn)。視覺(jué)是人的五感中最直接、最便捷也是最容易去感受及體驗(yàn)的一種知覺(jué)，沉浸式環(huán)境已是現(xiàn)今虛擬現(xiàn)實(shí)中被廣泛應(yīng)用的手段，在實(shí)驗(yàn)中擬使用的是比利時(shí)的BARCO投影機(jī)，透過(guò)BARCO的3D立體投影效果，虛擬現(xiàn)實(shí)得以以1：1的方式去呈現(xiàn)及展示，對(duì)于BIM系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)評(píng)審、模擬訓(xùn)練及仿真體驗(yàn)而言是最佳的呈現(xiàn)方式。

同時(shí)，在效果呈現(xiàn)硬件設(shè)置方面，根據(jù)急救場(chǎng)景虛擬環(huán)境所需條件和使用者的預(yù)期要求，結(jié)合前期對(duì)全息影像技術(shù)的相關(guān)調(diào)研，并力求保證最后呈現(xiàn)的動(dòng)態(tài)逼真的視覺(jué)效果，準(zhǔn)備以以下方式呈現(xiàn)效果。首先以全息膜（幕）投影成像技術(shù)塑造大的空間環(huán)境，也就是說(shuō)將全息投影效果最終呈現(xiàn)在空間的各個(gè)立面，通過(guò)全息投影的方式立體呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)、逼真的視覺(jué)效果。其次采用多部工程投影機(jī)以無(wú)縫投影的方式對(duì)空間立面、空間地面進(jìn)行投影，形成畫(huà)面連續(xù)、畫(huà)質(zhì)清晰、內(nèi)容豐富、形式多樣的虛擬景觀空間。在考慮其后期保潔、保養(yǎng)方面的要求，采用了全息膜（幕）中的魔鏡式投影膜。從實(shí)驗(yàn)前期論證數(shù)據(jù)結(jié)合預(yù)期效果來(lái)看，通過(guò)全息膜（幕）所塑造的室內(nèi)虛擬環(huán)境能夠真實(shí)還原急救場(chǎng)景。

3全息實(shí)踐類課程創(chuàng)作中存在的問(wèn)題與不足

首先，經(jīng)過(guò)課程前期調(diào)研、實(shí)驗(yàn)以及多方面市場(chǎng)調(diào)查，目前全息影像技術(shù)在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用過(guò)程中存在著經(jīng)濟(jì)成本過(guò)高的問(wèn)題，其主要原因來(lái)源于材料的昂貴。首先是全息投影膜，這種投影膜價(jià)格昂貴，運(yùn)作成本高，所以仍然不能大規(guī)模地進(jìn)行推廣應(yīng)用。

其次，在課程開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于受場(chǎng)地和技術(shù)的限制，目前全息影像技術(shù)成像也存在一定的缺點(diǎn)，比如，人機(jī)交互部分還不能實(shí)現(xiàn)完全智能化，需要前期編程預(yù)定效果;偏振三維成像方式，需要多臺(tái)投影機(jī)設(shè)備配合使用，且投影機(jī)的位置必須進(jìn)行準(zhǔn)確調(diào)校，使用過(guò)程中不能隨意移動(dòng)，因此后期維護(hù)比較麻煩;整體成本造價(jià)過(guò)高，不易普及型應(yīng)用;同時(shí)對(duì)于實(shí)踐創(chuàng)作者技術(shù)門檻過(guò)高，一般工程人員難以單獨(dú)開(kāi)發(fā)。

再次，面對(duì)新的技術(shù)應(yīng)用許多實(shí)踐類課程教學(xué)設(shè)計(jì)還只能停留在觀望的階段，僅有一些也只能做到固定效果模式的套用。同時(shí)專業(yè)設(shè)計(jì)人員不足也是制約我們發(fā)展全息實(shí)踐類課程的瓶頸，加之國(guó)內(nèi)全息影像技術(shù)在實(shí)踐類課程體系中的研究與應(yīng)用還沒(méi)有相對(duì)成熟的借鑒案例，現(xiàn)有資料僅限于理論研究和應(yīng)用探索階段，全息影像技術(shù)在實(shí)踐類課程體系中的研究與應(yīng)用尚缺乏有效實(shí)踐。但作為新技術(shù)的探索者，我們必須清醒地認(rèn)識(shí)到，全息影像技術(shù)研究的重要性、前瞻性，以及使用在實(shí)踐類課程教學(xué)中的必要性。這些都要引起我們的高度重視，我們要從基礎(chǔ)理論研究入手，從嘗試實(shí)際應(yīng)用起步。所以，研究全息影像技術(shù)在實(shí)踐類課程體系中的研究與應(yīng)用不容小視，并迫在眉睫。

4結(jié)語(yǔ)

隨著當(dāng)今科技的發(fā)展，全息技術(shù)正向我們緩緩走來(lái)，全息技術(shù)以后的廣泛應(yīng)用，將是眾多學(xué)者和藝術(shù)家共同努力創(chuàng)造的必然結(jié)果，同時(shí)全息技術(shù)也將引領(lǐng)我們的生活步入美好的明天。筆者今后將針對(duì)實(shí)踐類課程融入全息影像技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行更深入的研究，對(duì)其技術(shù)特征、呈現(xiàn)效果、呈現(xiàn)方式等方面做一系列的實(shí)踐探索。筆者將著眼點(diǎn)放在實(shí)踐類課程開(kāi)發(fā)、全息影像技術(shù)應(yīng)用、數(shù)字虛擬環(huán)境塑造等方面的設(shè)計(jì)應(yīng)用研究中，并從當(dāng)今實(shí)踐類課程教學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)分析入手，分析、歸納、解決研究過(guò)程中全息虛擬實(shí)踐類課程的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用問(wèn)題，提煉出最適合于實(shí)踐類課程教學(xué)全息技術(shù)的應(yīng)用方法，同時(shí)結(jié)合以后的本職工作進(jìn)一步探究具體的應(yīng)用原則、應(yīng)用策略、組合方法和應(yīng)用技術(shù)等方面的內(nèi)容。力求在后續(xù)的研究應(yīng)用工作中，為全息影像技術(shù)在實(shí)踐類課程體系中的發(fā)展盡自己微薄之力。

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