全息投影技術(shù)在礦山地質(zhì)專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用研究

摘要：全息投影技術(shù)的廣泛應(yīng)用可以很好的解決了呈現(xiàn)模擬動(dòng)畫(huà)的三維立體效果，而礦山地質(zhì)教學(xué)的主要內(nèi)容是講授掩蓋地層下的礦產(chǎn)情況，沒(méi)有辦法直觀的展示在學(xué)生面前，傳統(tǒng)的教學(xué)中使用的是微縮的立體模型，雖然可以展示立體內(nèi)容，但是只能看到表面的情況，內(nèi)部的構(gòu)造顯示不出來(lái)，將全息投影技術(shù)應(yīng)用于礦山地質(zhì)的教學(xué)中，可以實(shí)現(xiàn)地層的不同角度的直觀展示，對(duì)于教學(xué)分析地質(zhì)構(gòu)造、斷失煤層尋找具有非常好的直觀認(rèn)識(shí)。

關(guān)鍵詞：全息投影;礦山地質(zhì);教學(xué)應(yīng)用

引言

全息投影技術(shù)是一種三維技術(shù)可以很好的應(yīng)用于展示圖形的立體感，可以更加直觀的展示出空間形態(tài)，觀看者可以身臨其境，目前已經(jīng)被應(yīng)用于電影、醫(yī)療、科技、教育等領(lǐng)域，全息立體投影技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)三維世界立體圖像的忠實(shí)記錄和視覺(jué)還原，是目前比較收到推崇和歡迎的，也是當(dāng)代大學(xué)生比較喜歡的形式之一，文章圍繞全息投影技術(shù)在礦山地質(zhì)專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用展開(kāi)研究。

1全息投影的技術(shù)原理

全息投影技術(shù)的實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)是3D技術(shù)的一種實(shí)現(xiàn)形式，全息立體投影技術(shù)通過(guò)膠片記錄及保存光波相位和振幅信息，三維圖像可通過(guò)光波信息在展示過(guò)程中再現(xiàn)，通過(guò)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(lái)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(guò)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(jué)效果。已展示實(shí)現(xiàn)的全息投影技術(shù)一共分為以下三種：

①空氣投影和交互技術(shù)，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(shù)來(lái)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(dòng)不均衡，可以形成層次和立體感很強(qiáng)的圖像。

②激光束投射實(shí)體的3D影像，是利用氮?dú)夂脱鯕庠诳諝庵猩㈤_(kāi)時(shí)，混合成的氣體變成灼熱的漿狀物質(zhì)，并在空氣中形成一個(gè)短暫的3D圖像。這種方法主要是不斷在空氣中進(jìn)行小型爆破來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

③360度全息顯示屏，是將圖像投影在一種高速旋轉(zhuǎn)的鏡子上從而實(shí)現(xiàn)三維圖像。

另外還有一種利用金字塔形全息膜結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)全息投影，因?yàn)檫@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(gè)面半透明的塑料片組成的，每個(gè)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(gè)面上映射四個(gè)分屏視頻源的不同的側(cè)面，將想要實(shí)現(xiàn)全息投影的影像資料，用專業(yè)軟件將3D 動(dòng)畫(huà)分成四個(gè)不同的側(cè)面，然后進(jìn)行幀同步影射四個(gè)側(cè)面上面，四幀畫(huà)面成十字形排列用于同步播放三維動(dòng)畫(huà)的四個(gè)側(cè)面，這種技術(shù)也是目前最好實(shí)現(xiàn)，也是最為廉價(jià)的全息投影實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

2礦山地質(zhì)三維透明化的要求

地質(zhì)構(gòu)造的形成是地層在歷史演化的過(guò)程中，不斷形成和變化的，老的地層巖層或者構(gòu)造會(huì)被新的地層或者構(gòu)造所覆蓋，礦山地質(zhì)的主要任務(wù)是還原這些地層和構(gòu)造的情況，用于分析礦山的變化情況，為生產(chǎn)做準(zhǔn)備和技術(shù)支持，礦山地質(zhì)授課過(guò)程中包括很多立體圖形的分析，例如構(gòu)造分析、斷失煤層尋找等內(nèi)容，由于是表土掩埋層以下的內(nèi)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(guān)系，在講授的過(guò)程中，以往通常通過(guò)ppt課件展示和地質(zhì)模型來(lái)介紹。

在利用地質(zhì)模型進(jìn)行授課講解的過(guò)程中，能夠還原地質(zhì)體的表面三維情況，但是對(duì)于內(nèi)部構(gòu)造不能夠清晰的展示出來(lái)，而且由于模型需要一定空間來(lái)存儲(chǔ)，所以很多學(xué)校并沒(méi)有完全匹配課程的全部地質(zhì)模型，就有一些地質(zhì)現(xiàn)象不能通過(guò)模型展示。

在利用ppt課件進(jìn)行地質(zhì)課程的講解過(guò)程中，通過(guò)動(dòng)畫(huà)演示的方法，將地質(zhì)體的形成過(guò)程及分析過(guò)程可以進(jìn)行展示，但是僅限在平面上顯示，學(xué)生通過(guò)單方向的觀看不能夠有身臨其境的感覺(jué)，會(huì)降低觀測(cè)者直觀感受。

3全息立體投影技術(shù)在礦山地質(zhì)中的應(yīng)用

現(xiàn)代的教育不僅要求我們所教授的知識(shí)要與時(shí)俱進(jìn)，同時(shí)也要求我們的教學(xué)手段要是較為先進(jìn)的，能夠吸引學(xué)生的注意力，學(xué)生喜歡的課程才能稱為優(yōu)秀的課程，基于這樣的情況，根據(jù)全息投影的特點(diǎn)，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(jué)，這正是學(xué)生所喜歡的形式，也是能夠更直觀不同方位觀測(cè)地層及構(gòu)造的實(shí)現(xiàn)形式，非常適合于現(xiàn)代的礦山地質(zhì)的教學(xué)中。

我們?cè)诘V山地質(zhì)教學(xué)過(guò)程中，為了激發(fā)學(xué)生的參與感和節(jié)省教學(xué)經(jīng)費(fèi)，教師帶動(dòng)學(xué)生共同完成偽全息投影的教學(xué)設(shè)備的制作，通常我們會(huì)制作靜態(tài)視頻源，首先要拍攝底片，對(duì)于需要分析的地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行拍攝，選擇四個(gè)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(zhì)體的特點(diǎn)，然后進(jìn)行精修，達(dá)到呈像要求，根基投影裝置的尺寸計(jì)算，選擇四個(gè)全等腰直角三角形，拼成正方形，找到對(duì)應(yīng)位置防治底片，根據(jù)各個(gè)方位圖片信息進(jìn)行拼圖，這種方法可用于制作教學(xué)某些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的構(gòu)造，便于仔細(xì)觀察每一面的具體細(xì)節(jié)，仿佛實(shí)物就在眼前。該方法簡(jiǎn)單易上手，但對(duì)拍攝圖片的精度和質(zhì)量要求很高，且僅適用于靜態(tài)顯示，具有一定的局限性。另一種就是動(dòng)態(tài)視頻源的制作，利用Maya軟件設(shè)置動(dòng)作場(chǎng)景，導(dǎo)出適宜使用的格式，在這個(gè)過(guò)程中由于技術(shù)含量稍高，可以讓學(xué)生參與到動(dòng)畫(huà)制作的過(guò)程中，參與動(dòng)畫(huà)制作也是熟悉構(gòu)造的一個(gè)過(guò)程，分析的越久，接觸的越多學(xué)生對(duì)于所學(xué)的知識(shí)掌握也就越好，也實(shí)現(xiàn)了學(xué)生參與教學(xué)設(shè)計(jì)的過(guò)程，增強(qiáng)了學(xué)生的動(dòng)手能力，讓學(xué)生有參與感，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

4結(jié)束語(yǔ)

全息投影技術(shù)應(yīng)用在礦山地質(zhì)的教學(xué)中，不但可以全方位的展示地質(zhì)構(gòu)造的特點(diǎn)，使教學(xué)更加直觀立體，還可以帶動(dòng)學(xué)生一起進(jìn)行制作教學(xué)視頻和照片，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生參與感越強(qiáng)，求知欲也就越強(qiáng)，在制作過(guò)程中對(duì)于地質(zhì)體的不斷研究也會(huì)讓學(xué)生對(duì)于所學(xué)的知識(shí)掌握的更好，具有良好的效果。

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課題來(lái)源：黑龍江省教育科學(xué)規(guī)劃課題;

課題名稱：《全息投影技術(shù)在礦山地質(zhì)專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用》。

作者簡(jiǎn)介：

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