全息投影技術(shù)在土建課程教學(xué)中的研究與應(yīng)用

黃居鵬 朱嘉 黃亙威 潘麗葉

摘 要：全息技術(shù)可以真實(shí)呈現(xiàn)三維物體的空間形態(tài)特征，針對(duì)土建模型教學(xué)課程特殊性來(lái)研究全息投影，可將教學(xué)案例模型以多角度進(jìn)行展示。空間化的教學(xué)講解便于學(xué)生的理解和提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，對(duì)土建類(lèi)課程教學(xué)意義重大。

關(guān)鍵詞：全息投影 土建教學(xué) 技術(shù)原理

一、概述

全息投影技術(shù)是利用干涉和衍射原理記錄并再現(xiàn)物體真實(shí)的三維圖像的記錄和再現(xiàn)的技術(shù)。3D全息投影系統(tǒng)是一種利用反射、干涉和衍射原理記錄并再現(xiàn)物體真實(shí)的三維圖像。全新的事物改變著人們對(duì)那些傳統(tǒng)舞臺(tái)的聲光電技術(shù)的審美態(tài)度。適用范圍產(chǎn)品展覽、汽車(chē)服裝發(fā)布會(huì)、舞臺(tái)節(jié)目、互動(dòng)、酒吧娛樂(lè)、場(chǎng)所互動(dòng)投影等。

二、特點(diǎn)與現(xiàn)有分類(lèi)

（一）全息技術(shù)特點(diǎn)

全息影像的特點(diǎn)是影像立體感強(qiáng)，與原物體有著相似的三維特性。這種特殊性使得人們觀看全息影像時(shí)會(huì)得到與觀看原物體時(shí)完全相同的視覺(jué)效果。因此，全息影像技術(shù)可以更加方便地展示物體的立體特征和全方位形狀。

（二）現(xiàn)有全息技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式

空氣投影和交互技術(shù)：在美國(guó)麻省一位叫ChadDyne的29歲研究生發(fā)明了一種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。

360度全息顯示屏：這種技術(shù)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。

三、教學(xué)用全息技術(shù)實(shí)現(xiàn)

（一）全息投影原理描述。

教學(xué)擬用全息技術(shù)是一種將三維畫(huà)面懸浮在實(shí)景的半空中成像技術(shù)，也稱(chēng)為“全息金字塔”。全息金字塔只用到了反射原理，45°的鏡面會(huì)把光反射90°，把水平的光源變成豎直的，透明鏡片的反射作用即可呈現(xiàn)真實(shí)物體的單面圖像。

（二）全息投影設(shè)備的簡(jiǎn)易制作。

利用4個(gè)半透面對(duì)光線(xiàn)的折射和全反射，把屏幕上的視頻源文件反射。由于視頻源文件同時(shí)有圖像的前、后、左、右四個(gè)面，4個(gè)面同時(shí)投影形成全息效果。

制作材料：能夠形成單屏投影的設(shè)備（包括手機(jī)、平板電腦）、各種透明薄板（如亞克力板、塑料板、PVC板、手機(jī)貼膜等）。

（三）全息投影片源的制作。

全息投影的片源需要用到3dmax、maya等3D建模軟件，Ae、Pr、會(huì)聲會(huì)影等剪輯軟件以及貍窩全能轉(zhuǎn)碼器等轉(zhuǎn)碼軟件。

（1）模型建立：首先使用3dmax、maya等3D建模軟件建出教學(xué)所需要的模型，給模型加上材質(zhì)，在渲染之前給模型的前后左右多方向設(shè)置攝像機(jī)，渲染出模型多各角度片源。

（2）片源剪輯在Ae、Pr等軟件中，把四個(gè)片源以一個(gè)中心點(diǎn)中心對(duì)稱(chēng)的擺放。通過(guò)調(diào)整、渲染得到最終含多角度的放映片源。

（3）片源轉(zhuǎn)碼：利用轉(zhuǎn)碼器將片源轉(zhuǎn)碼成清晰，文件大小合適的片源。

四、全息投影技術(shù)在土建課程教學(xué)中的主要應(yīng)用

（一）實(shí)物模型教學(xué)的問(wèn)題分析

傳統(tǒng)的土建課程教學(xué)過(guò)程一般是教師先介紹土建制圖的相關(guān)知識(shí)，然后學(xué)生采用手工方式繪制完成作業(yè)，教學(xué)中比較側(cè)重課堂練習(xí)。主要的方式是老師首先詳細(xì)介紹制圖方法和原理，在此基礎(chǔ)上，再對(duì)具體的模型進(jìn)行講解，讓學(xué)生了解一個(gè)模型的構(gòu)成，然后他們才能完成制圖練習(xí)。不同方位觀察的結(jié)果可以通過(guò)照片呈現(xiàn)，但大部分結(jié)構(gòu)需要用語(yǔ)言描述，而教學(xué)過(guò)程中并不能讓學(xué)生對(duì)一個(gè)模型實(shí)體進(jìn)行全方位觀察，學(xué)生只能通過(guò)想象去了解大部分結(jié)構(gòu)。在沒(méi)有實(shí)物佐證的情況下，學(xué)生對(duì)實(shí)物模型的構(gòu)造不夠清楚，而想象的結(jié)果總是千差萬(wàn)別，因此制圖練習(xí)無(wú)法達(dá)到理想的效果。在土建制圖課程中，探索利用全息投影技術(shù)進(jìn)行實(shí)物模型體的立體展示，有利于學(xué)生全方位了解模型的結(jié)構(gòu)。

（二）土建實(shí)踐環(huán)境問(wèn)題分析

相對(duì)于實(shí)物模型的展示，土建實(shí)踐環(huán)境的圖片展示和教學(xué)存在的問(wèn)題更為嚴(yán)重。在土建制圖課程中，學(xué)生需要完成大量實(shí)物模型的制圖練習(xí)，通常包括大量建筑環(huán)境的制圖工作，要求展示建筑外部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部構(gòu)造，這就要求學(xué)生對(duì)其有更加立體、全方位的認(rèn)識(shí)。圖片展示顯然難以滿(mǎn)足需求，因?yàn)閮?nèi)部的照片難以和外部的照片形成很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而外部的照片又不能產(chǎn)生全方位的顯示效果。這就造成學(xué)生如“盲人摸象”，只能了解建筑的某些局部特征，不能整體把握結(jié)構(gòu)特征。有了土建建筑環(huán)境的模擬，學(xué)生可以直接進(jìn)入全息影像技術(shù)打造的虛擬環(huán)境內(nèi)部，從內(nèi)部觀察，再結(jié)合外部觀察的結(jié)果，形成全方位的空間概念。這種置身其中的體驗(yàn)，能夠?yàn)閷W(xué)生制圖的準(zhǔn)確性、完整性建立良好的基礎(chǔ)。

結(jié)語(yǔ)

全息投影在教學(xué)中的實(shí)際意義是值得推廣的，全息投影使教學(xué)中二維教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)槿S教學(xué)，對(duì)于巨大模型不便于移動(dòng)至教室或者無(wú)法實(shí)現(xiàn)讓學(xué)生參觀的模型，我們可以使用全息投影向?qū)W生展示，而不是靠圖片想象模型。全息投影不僅可以還原模型，并使其變得形象化、動(dòng)態(tài)化，也可以使得學(xué)生身臨其境，這可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及啟發(fā)學(xué)生多維空間思考的方法。

參考文獻(xiàn)

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*基金項(xiàng)目：大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：201710595193。