全息立體投影技術的應用

畢 然

長春職業技術學院（吉林 長春 130033）

0 引言

近年來，全息立體投影技術的應用范圍不斷擴大，涵蓋娛樂、生活、醫學、教育、科技等領域。基于該技術可展現更加真實的效果。為更好地推進全息立體投影技術的應用和發展，文章圍繞全息立體投影技術的應用展開研究。

1 全息立體投影技術的原理

1.1 基本原理

全息立體投影技術本質上屬于3D技術，相較于二維平面攝像技術，全息立體投影技術能再現物體三維圖像，并使人產生立體視覺。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，但并非真正還原真實的三維場面。現階段，人們日常能接觸的全息立體投影技術并非嚴格意義上的全息立體投影，而是通過邊緣消隱、應用珮珀爾幻象實現的3D效果，屬于類全息立體投影技術。一般而言，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。

1.2 典型技術

近年來，全息立體投影技術的受關注程度不斷提升，文章介紹了三種全息立體投影技術，包括倒金字塔型折射成像技術、光信息粒子成像技術、非裸眼立體成像技術。倒金字塔型折射成像技術的應用需依托倒金字塔型的全息膜結構，全息膜為三角形塑料片或透明玻璃組成的倒放四棱錐，通過在特制視頻源屏幕放置全息膜，且屏幕與四個面形成45°的夾角，四個特制視頻（視頻源）即可在空間中折射，同步特制的視頻可同步播放，給人以立體感。倒金字塔型折射成像技術屬于偽全息立體投影技術，這種立體感源于人眼的“視覺欺騙”，實質上屬于多個二維圖像的折射投影。非裸眼立體成像技術多用于電影院，通過佩戴特制的3D眼鏡，即可實現立體影片的觀看。該眼鏡的左右不同兩個鏡片可基于過濾提供同進度的不同畫面給雙眼，由視差構建立體效果。光信息粒子成像技術屬于仍在研究中的一種全息立體投影技術，該技術的實現面臨著粒子分布難以控制的難題，可能出現的環境污染也使該技術仍停留在理論層面，若能找到可控的攜帶光信息粒子，全息立體投影即可真正實現[1]。

2 全息立體投影技術的應用前景

2.1 教育領域

理論課程是我國各級教育的主體，如能將全息立體投影技術引入教育領域，即可實現教育的大變革。目前，PPT等教學輔助工具在我國各級教育教學中的應用極為廣泛，相較于黑板板書，PPT的應用使教學效率和直觀性大幅提升。但對于需要空間想象的學科，PPT的應用效果仍存在一定不足。以化學教學為例，若能引入全息立體投影技術，原子結構即可通過全息立體投影技術更為直觀地展示，可深化學生對原子結構的理解，教學趣味性也能大幅提升。受學校設施條件和實驗危險性等因素影響，小學、中學課程中的很多實驗往往依托視頻展示給學生，不利于學生實驗思維的培養。通過引入全息立體投影技術，可在教學中更為真實地再現相關實驗，更好地實現教學質量提升、師生深度互動。

2.2 醫學領域

基于病情檢驗報告分析病人病情屬于很多醫生的工作常態，目前X光機的二維成像分析在醫學領域應用較為廣泛，該類輔助醫學設備可實現病源平面大體位置的確定，但病源的具體層次往往無法確定。引入全息立體投影技術，可在電腦上基于不同方位的多張X光片結果進行建模，并通過全息立體投影呈現，快速鎖定病變位置。全息立體投影技術也可用于具體的治療過程，如為最佳治療藥效位置的治療藥物精準送達提供依據[2]。

2.3 生活領域

基于二維攝像機的留影屬于現階段主流，人們生活中的重要時刻主要通過視頻、照片記錄，但對平面的視頻、照片而言，美好瞬間無法完美呈現。這一問題可通過全息立體投影技術解決。通過在不同角度應用特殊攝像機進行拍攝，即可通過處理打造全息立體畫面，多方位記錄主體特征，同時還能還原附近環境。若全息立體投影技術能盡早成熟和普及，名人紀念館即可更直觀地展示名人的全身風采，全息立體投影的明星海報、全家福也將由此普及。

2.4 科技領域

在科技領域，全息立體投影技術的應用價值也不容忽視。以DNA結構為例，最早研究采用實物制作模型模擬DNA結構，現階段則通過電腦3D建模、平面圖像對其進行模擬。如果全息立體投影技術能真正投入應用，電腦3D建模與實物模型的優點即可同時發揮，模型制作耗費的精力和時間將大幅減少，而且更加完美、準確的表達能為科技工作開展提供有力支持。

2.5 娛樂領域

全息立體投影技術在娛樂領域的應用價值同樣很高，分析現階段廣泛應用的VR技術可以發現，其拍攝成本普遍偏高且無法調整被觀察物體的角度，而偽全息立體投影技術的成本相對較低，僅通過軟件處理和倒金字塔型的全息膜即可實現全息立體投影，而且無須佩戴設備。隨著全息立體投影技術的不斷發展，VR技術與3D電影技術的優勢將充分融合，未來，觀眾可從各個方位觀看電影內容，從各個角度自由欣賞自己喜歡的角色，輔以立體音效技術，觀影體驗將實現長足提升。在游戲領域，全息立體投影技術也能為游戲效果、玩法更新提供有力支持[3]。

2.6 旅游領域

在旅游領域，全息立體投影技術同樣具備較高的應用價值，如用于旅游設計、旅游餐飲設計、旅游娛樂設施設計等。以旅游設計為例，全息立體投影技術實現歷史現場的呈現，以博物館為例，通過圈出特定區域應用全息立體投影技術，即可立體呈現歷史現場，如立體呈現紅軍長征等革命現場，通過截取部分電影情景，即可通過全息立體投影技術詳細呈現戰士們的表情動作神態與惡劣環境，同時在投影區外圍模擬布置太空沙，在上空設置吹風和輕型撒雪裝置，即可給游客帶來全方位、多感官感受，游客能夠更好地體會長征的不易。此外，旅游設計中全息立體投影技術還可用于文創紀念品的銷售設計，如在實體店門口通過全息立體投影技術動態展示各類文創紀念品，即可更好地吸引游客購買。

3 全息立體投影技術的應用要點——以教學領域為例

3.1 更新技術理念

為保證將全息立體投影技術較好地用于教學領域，技術理念的及時更新極為關鍵。將具體教學內容以三維形態投射到立體空間中，逼真的視覺效果可為教學的更好開展提供有力支持。學生可通過多角度觀察，加深對知識內容的了解，并通過虛擬現實交互設備進行操作，如開展虛擬實驗，進而充分培養自身的實踐能力。全息立體投影技術應用可結合5G技術和計算機技術的發展，設法打造集資源管理、應用、建設、整合為一體的全息立體投影教學平臺，構建循環、智能的實訓資源生態環境，并結合創新型立體融合的教學模式，提供全彩、全息的視覺效果，以更好地服務于教學。學生可在教學過程中體驗舒適環境和逼真視覺感知的交互，更好地參與相關知識和技能的學習。此外，全息立體投影技術在遠程教育中的應用價值也需要得到重視。教師可通過全息投影的屏幕開展教學，相較于參與感不足的傳統網絡教學，全息立體投影技術的應用可有效提升教學效果。該教學模式的開展除軟硬件設備的支持外，教師的相關理念也需要充分更新，以更好地應對相應挑戰。

3.2 強化人才培養

為保證全息立體投影技術更好地服務于教學，必須認識到該技術在強化人才培養方面能發揮的積極作用，學生的專業知識、實踐技巧、團隊協作精神、創新精神均可基于全息立體投影技術進行培養。如果單純基于課本、視頻演示等方式傳授知識，學生對知識的深入了解和技能的快速掌握效果將大打折扣，因此必須充分利用全息立體投影技術打破空間的限制，直觀展示知識原理、技能應用過程，全面提升實踐教學水平。為保證全息立體投影技術更好地服務于人才培養，需關注數據信息資源和虛擬仿真軟件的開發，并充分引入體感技術、仿真技術、全息立體投影技術，打造信息化、現代化的教育培訓基地，進而彌補實驗場所、實驗設備等方面的欠缺，減少具體實踐環節出現的設備損壞、材料消耗等問題，這對豐富教學方式、節約教育成本均能帶來積極影響。

3.3 提升學習興趣

雖然受限于技術成熟度和較高成本，全息立體投影技術現階段未能廣泛應用于教學工作，但必須認識到該技術在提升教學趣味性、解決傳統教學局限性、提升教師教學水平方面存在的優勢。在具體教學實踐中，教師可將學生難以理解的抽象知識通過全息立體投影技術直觀展現，學生也更容易理解和掌握相關知識。該種新穎的教學方法能更好地激發學生的學習熱情和興趣。通過先進的教學設備，學生可實際控制知識立體模型，學生的參與度大大提高。以地理教學為例，在宇宙內容的講解中，教師可應用全息立體投影技術直觀展示銀河系、太陽系乃至地球，拉近學生與地理知識間的距離，學生的學習興趣也可被充分激發。能力強的學生可打造智能化的全息立體投影學習資源平臺，構建自生長、智能性高、整合度高的學習資源生態環境。平臺可為學生和教師提供相關信息，輔以全息立體投影技術，這類信息可更好地作用于知識學習，學習效果和教學質量均可在平臺與技術支持下得到有效提升。

3.4 提升學生實踐能力

全息立體投影技術在教學領域的應用還能夠有效提升學生的實踐能力，以教學涉及的實驗等對學生動手能力要求較高的內容為例，通過投射更加清晰的畫面、較為鮮明的色彩，全息投影技術即可通過真實特征給學生帶來真實感受，這種感受能夠同時作用在學生的視覺和心理層面，教學工作自然能夠更好地開展。通過全息立體投影技術，各種虛擬環境中的事物可直接在課堂中得到展現，學生不僅能夠由此開展實踐模擬，其真實感受也可有效增強，相關實踐練習可由此取得與真實環境幾乎相同的效果，學生實操能力自然可有效提升。此外，教學中各類設備在應用中不免會出現一定損耗，設備的維護會消耗一定人力、物力資源，但在全息立體投影技術支持下，這類問題可有效規避，同時教學效果不會受到影響，教學成本可在學生實操能力有效提高的同時得以降低，因此全息立體投影技術在實踐教學領域同樣具備較高應用價值[4]。

4 結束語

全息立體投影技術的應用前景極為廣闊。文章涉及的更新技術理念、強化人才培養、提升學習興趣等內容直觀展示了全息立體投影技術的應用路徑。為更好地發揮全息立體投影技術的應用價值，相關技術與設備的研發、相關技術的深度融合、4D或5D場景的打造探索同樣需要得到重視。