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對光波干涉和衍射原理呈現三維立體圖像的技術。國學教育是以國學為教學的核心內容，實施的目的是更好地傳承中華民族文化和學術傳統、積極培養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作品的創作情境，讓學生實現沉浸式學習，并且通過國學教育實現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新創業訓練計劃項目“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，是利用介質對光波干涉和衍射原理記錄、再現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，使觀眾產生身臨其境的感覺。

2）3D全息影像技術分類。從目前已經實現的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，最早產生于美國，對于3D全息投影技術的發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年中央電視臺春節聯歡晚會中，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年遼寧衛視春節聯歡晚會，當時正是猴年，于是上演了“金猴鬧春”的節目，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容，實施的目的是更好地傳承中華民族文化和學術傳統、積極培養民族意識和民族精神的教育。隨著時代的不斷發展，國學教育的概念也將隨之發生一些調整和變化，不能用停滯的眼光看待國學教育。

2）國學教育現狀分析。很多家庭和幼兒園將國學教育作為啟蒙教育的重要內容，而國學教育應該是貫穿整個學段或者是一生的教育內容。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。通過調查研究發現，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、理解國學經典作品，如“大學”、“弟子規”、“三字經”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）教學內容選擇不當。很多先人的作品存在違背科學的部分內容，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，很難將國學的內涵呈現給學生。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。影響無意注意產生的因素有兩個方面：一是刺激物的特點，二是人的內部狀態。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、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，根據皮亞杰關于兒童思維發展階段的研究，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全息投影技術能夠將古人創作時的情境展現在學生眼前，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作，有利于吸引學生的注意力，并且體會到作者創作時的心情。在這樣的基礎上，不用擔心學生對國學產生抵觸心理，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）技術實現過程繁瑣。要想實現3D全息投影必須拍攝大量的全息照片，而照片數量越多才能將動態效果表現得越細膩，越要經歷繁瑣的程序。

2）拍攝環境要求嚴格。在拍攝全息照片的時候，也要對環境進行嚴格的控制。光學全息技術要求具有高度相干性的光源、非常穩定的光學系統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，這種介質的價格非常昂貴。

因此，即便3D全息投影技術的優越性非常顯著，受到技術手段和實現成本的限制，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].家具與室內裝飾，2014（10）.

[2]張號，賈慶軒，孫漢旭，等.一種多通道曲面投影系統的幾何校正方法[C].中國系統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全息投影技術發展應用[J].演藝科技，2015（1）.