全息投影技術在礦山地質專業教學中的應用研究

摘要：全息投影技術的廣泛應用可以很好的解決了呈現模擬動畫的三維立體效果，而礦山地質教學的主要內容是講授掩蓋地層下的礦產情況，沒有辦法直觀的展示在學生面前，傳統的教學中使用的是微縮的立體模型，雖然可以展示立體內容，但是只能看到表面的情況，內部的構造顯示不出來，將全息投影技術應用于礦山地質的教學中，可以實現地層的不同角度的直觀展示，對于教學分析地質構造、斷失煤層尋找具有非常好的直觀認識。

關鍵詞：全息投影;礦山地質;教學應用

引言

全息投影技術是一種三維技術可以很好的應用于展示圖形的立體感，可以更加直觀的展示出空間形態，觀看者可以身臨其境，目前已經被應用于電影、醫療、科技、教育等領域，全息立體投影技術可實現對三維世界立體圖像的忠實記錄和視覺還原，是目前比較收到推崇和歡迎的，也是當代大學生比較喜歡的形式之一，文章圍繞全息投影技術在礦山地質專業教學中的應用展開研究。

1全息投影的技術原理

全息投影技術的實現實質是3D技術的一種實現形式，全息立體投影技術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，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，原來的亮點可在底片投射原平面激光時還原，而三維空間中的該亮點并非在全息膠片上。全息立體投影技術可通過記錄被攝物里透射或反射光波中的全部信息，實現3D 視覺效果。已展示實現的全息投影技術一共分為以下三種：

①空氣投影和交互技術，它可以在氣流形成的墻上投影出具有交互功能的圖像。此技術來源海市蜃樓的原理，將圖像投射在水蒸氣液化形成的小水珠上，由于分子震動不均衡，可以形成層次和立體感很強的圖像。

②激光束投射實體的3D影像，是利用氮氣和氧氣在空氣中散開時，混合成的氣體變成灼熱的漿狀物質，并在空氣中形成一個短暫的3D圖像。這種方法主要是不斷在空氣中進行小型爆破來實現的。

③360度全息顯示屏，是將圖像投影在一種高速旋轉的鏡子上從而實現三維圖像。

另外還有一種利用金字塔形全息膜結構實現全息投影，因為這不能算是真正意義上的全息投影也稱為偽全息投影，金字塔是由四個面半透明的塑料片組成的，每個塑料片都是完全相同的等腰梯形，然后與底面成45°放置，從四個面上映射四個分屏視頻源的不同的側面，將想要實現全息投影的影像資料，用專業軟件將3D 動畫分成四個不同的側面，然后進行幀同步影射四個側面上面，四幀畫面成十字形排列用于同步播放三維動畫的四個側面，這種技術也是目前最好實現，也是最為廉價的全息投影實現技術。

2礦山地質三維透明化的要求

地質構造的形成是地層在歷史演化的過程中，不斷形成和變化的，老的地層巖層或者構造會被新的地層或者構造所覆蓋，礦山地質的主要任務是還原這些地層和構造的情況，用于分析礦山的變化情況，為生產做準備和技術支持，礦山地質授課過程中包括很多立體圖形的分析，例如構造分析、斷失煤層尋找等內容，由于是表土掩埋層以下的內容，不能夠在地面直觀的看到，并且需要分析相互之間的空間立體關系，在講授的過程中，以往通常通過ppt課件展示和地質模型來介紹。

在利用地質模型進行授課講解的過程中，能夠還原地質體的表面三維情況，但是對于內部構造不能夠清晰的展示出來，而且由于模型需要一定空間來存儲，所以很多學校并沒有完全匹配課程的全部地質模型，就有一些地質現象不能通過模型展示。

在利用ppt課件進行地質課程的講解過程中，通過動畫演示的方法，將地質體的形成過程及分析過程可以進行展示，但是僅限在平面上顯示，學生通過單方向的觀看不能夠有身臨其境的感覺，會降低觀測者直觀感受。

3全息立體投影技術在礦山地質中的應用

現代的教育不僅要求我們所教授的知識要與時俱進，同時也要求我們的教學手段要是較為先進的，能夠吸引學生的注意力，學生喜歡的課程才能稱為優秀的課程，基于這樣的情況，根據全息投影的特點，可以從不同方位觀看，并且可以使觀看者有身臨其境的感覺，這正是學生所喜歡的形式，也是能夠更直觀不同方位觀測地層及構造的實現形式，非常適合于現代的礦山地質的教學中。

我們在礦山地質教學過程中，為了激發學生的參與感和節省教學經費，教師帶動學生共同完成偽全息投影的教學設備的制作，通常我們會制作靜態視頻源，首先要拍攝底片，對于需要分析的地質構造進行拍攝，選擇四個高度一致，相互垂直的方位，各拍攝一張照片，要求能夠充分反映出各方位地質體的特點，然后進行精修，達到呈像要求，根基投影裝置的尺寸計算，選擇四個全等腰直角三角形，拼成正方形，找到對應位置防治底片，根據各個方位圖片信息進行拼圖，這種方法可用于制作教學某些結構復雜的構造，便于仔細觀察每一面的具體細節，仿佛實物就在眼前。該方法簡單易上手，但對拍攝圖片的精度和質量要求很高，且僅適用于靜態顯示，具有一定的局限性。另一種就是動態視頻源的制作，利用Maya軟件設置動作場景，導出適宜使用的格式，在這個過程中由于技術含量稍高，可以讓學生參與到動畫制作的過程中，參與動畫制作也是熟悉構造的一個過程，分析的越久，接觸的越多學生對于所學的知識掌握也就越好，也實現了學生參與教學設計的過程，增強了學生的動手能力，讓學生有參與感，提升了學生的學習興趣。

4結束語

全息投影技術應用在礦山地質的教學中，不但可以全方位的展示地質構造的特點，使教學更加直觀立體，還可以帶動學生一起進行制作教學視頻和照片，能夠激發學生的學習興趣，學生參與感越強，求知欲也就越強，在制作過程中對于地質體的不斷研究也會讓學生對于所學的知識掌握的更好，具有良好的效果。

參考文獻：

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課題來源：黑龍江省教育科學規劃課題;

課題名稱：《全息投影技術在礦山地質專業教學中的應用》。

作者簡介：

姓名：李洪軍，性別：女，出生年月：1983年3月，民族：漢族，學歷：碩士研究生，職稱：副教授，研究方向：礦山地質、資源勘查。