淺析3D全息影像技術原理及在國學教育中的應用

趙希 郭繼宇

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

關鍵詞：3D全息投影技術;國學教育;應用

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

1 3D全息影像技術原理

1）3D全息影像技術簡介。概括來說，3D全息影像技術也稱為虛擬成像技術，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[1]。這種技術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全息影像技術分類。從目前已經(jīng)實現(xiàn)的3D全息投影技術來看，可以從成像技術或顯示形式的角度分為三種類型：（1）空氣投影和交互技術，最早產(chǎn)生于美國，對于3D全息投影技術的發(fā)展具有重要的先導作用;（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，應用價值最高。

3）3D全息影像技術應用舉例。3D全息投影技術廣泛地應用于各種大型演出當中。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，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全息投影技術將風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 國學教育概述

1）國學教育概念。國學教育在學界還沒有形成統(tǒng)一的定論，很多研究者都對國學教育加以定義。筆者通過分析認為我國學者畢國章的定義更為貼切，他認為：國學教育是以國學為教學的核心內(nèi)容，實施的目的是更好地傳承中華民族文化和學術傳統(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教育。

2）國學教育現(xiàn)狀分析。很多家庭和幼兒園將國學教育作為啟蒙教育的重要內(nèi)容，而國學教育應該是貫穿整個學段或者是一生的教育內(nèi)容。通過學習國學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，但是很多學校紛紛開設國學課，帶領學生誦讀、理解國學經(jīng)典作品，如“大學”、“弟子規(guī)”、“三字經(jīng)”等。同時，校外各種教育機構也采取了形式多樣的線上線下的教育活動。

雖然國學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）教學內(nèi)容選擇不當。很多先人的作品存在違背科學的部分內(nèi)容，或者違背了一些當下公認的一些道德準則等，這些作品就不適合作為國學教育的選材。（2）師資水平參差不齊。很多校外機構為了商業(yè)目的而開設國學課程，所聘教師文學底蘊尚淺，很難將國學的內(nèi)涵呈現(xiàn)給學生。部分教師將國學教育停留在領讀、背誦的層面，讓學生對國學產(chǎn)生抵觸心理。（3）缺乏權威的指導性文件。很多學校和教育機構在進行國學教育的時候都是摸著石頭過河，各自探索、嘗試。沒有權威的指導性文件，讓各種形式的國學教育缺乏規(guī)范性。

3 3D全息影像技術原理在國學教育中的應用

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，讓國學教育以一種嶄新的形式呈現(xiàn)在學生面前。

1）引起無意注意。國學教育的學生以幼兒為主，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，全息投影技術能夠給學生帶來強烈的視覺沖擊，營造出虛實結合的夢幻氛圍。3D全息投影技術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全息投影技術進行國學教育將幫助學生保持注意力。

2）打破空間局限。以往的國學教學形式以實物教學和多媒體教學為主。實物教學通過借助直觀的實際物體來輔助教師開展教學活動，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，因此無法滿足教學需求;多媒體教學能夠綜合使用文字、聲音、圖像和動畫等多種媒體，是目前教學中應用最為廣泛的教學輔助工具。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，造成幼兒學習中空間特征認識的匱乏。運用3D全息投影技術能夠?qū)⒐湃藙?chuàng)作時的情境展現(xiàn)在學生眼前，給學生一種身臨其境的感覺，作者好像就在學生身邊進行創(chuàng)作，有利于吸引學生的注意力，并且體會到作者創(chuàng)作時的心情。在這樣的基礎上，不用擔心學生對國學產(chǎn)生抵觸心理，學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，讓國學教育的內(nèi)容變得更加豐滿[3]。

4 應用障礙

雖然3D全息影像技術應用在國學教育中非常合適，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。光學全息技術要求具有高度相干性的光源、非常穩(wěn)定的光學系統(tǒng)以及相應的記錄媒介[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全息投影技術的優(yōu)越性非常顯著，受到技術手段和實現(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.全息投影技術在展示設計中的應用研究[J].家具與室內(nèi)裝飾，2014（10）.

[2]張?zhí)?，賈慶軒，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)仿真學第五次全國會員代表大會暨2006年全國學術年會論文集.2006：493-496.

[3]黃建.3D全息投影技術發(fā)展應用[J].演藝科技，2015（1）.