淺析3D全息影像技術(shù)原理及在國(guó)學(xué)教育中的應(yīng)用

趙希 郭繼宇

摘 要：3D全息投影技術(shù)是利用介質(zhì)對(duì)光波干涉和衍射原理呈現(xiàn)三維立體圖像的技術(shù)。國(guó)學(xué)教育是以國(guó)學(xué)為教學(xué)的核心內(nèi)容，實(shí)施的目的是更好地傳承中華民族文化和學(xué)術(shù)傳統(tǒng)、積極培養(yǎng)民族意識(shí)和民族精神的教育。將3D全息投影技術(shù)運(yùn)用到國(guó)學(xué)教育中能夠形象逼真地再現(xiàn)作品的創(chuàng)作情境，讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)沉浸式學(xué)習(xí)，并且通過(guò)國(guó)學(xué)教育實(shí)現(xiàn)民族文化傳承的歷史任務(wù)。

關(guān)鍵詞：3D全息投影技術(shù);國(guó)學(xué)教育;應(yīng)用

基金項(xiàng)目：本文系2019年黑龍江省省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目“3D全息投影技術(shù)與國(guó)學(xué)教育融合的可行性分析”（項(xiàng)目編號(hào)：G201913296017）的研究成果。

1 3D全息影像技術(shù)原理

1）3D全息影像技術(shù)簡(jiǎn)介。概括來(lái)說(shuō)，3D全息影像技術(shù)也稱(chēng)為虛擬成像技術(shù)，是利用介質(zhì)對(duì)光波干涉和衍射原理記錄、再現(xiàn)物體真實(shí)狀況的三維圖像技術(shù)[1]。這種技術(shù)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(shù)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(shù)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(jué)。

2）3D全息影像技術(shù)分類(lèi)。從目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的3D全息投影技術(shù)來(lái)看，可以從成像技術(shù)或顯示形式的角度分為三種類(lèi)型：（1）空氣投影和交互技術(shù)，最早產(chǎn)生于美國(guó)，對(duì)于3D全息投影技術(shù)的發(fā)展具有重要的先導(dǎo)作用;（2）激光束投射3D影像，來(lái)源于日本的一家公司，但是其成像時(shí)間相對(duì)短暫;（3）360°全息顯示屏成像，這種成像方式受到了世界各國(guó)的高度肯定，各個(gè)國(guó)家紛紛對(duì)其開(kāi)展深入研究，可見(jiàn)，360°全息顯示屏成像在未來(lái)的發(fā)展前景最為廣闊，應(yīng)用價(jià)值最高。

3）3D全息影像技術(shù)應(yīng)用舉例。3D全息投影技術(shù)廣泛地應(yīng)用于各種大型演出當(dāng)中。例如：2015年中央電視臺(tái)春節(jié)聯(lián)歡晚會(huì)中，歌曲《蜀繡》運(yùn)用了3D全息投影技術(shù)，將演唱者李宇春的影像顯現(xiàn)出來(lái)，在舞臺(tái)上形成了五個(gè)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(huì)，當(dāng)時(shí)正是猴年，于是上演了“金猴鬧春”的節(jié)目，通過(guò)使用3D全息投影技術(shù)將風(fēng)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(guó)學(xué)教育概述

1）國(guó)學(xué)教育概念。國(guó)學(xué)教育在學(xué)界還沒(méi)有形成統(tǒng)一的定論，很多研究者都對(duì)國(guó)學(xué)教育加以定義。筆者通過(guò)分析認(rèn)為我國(guó)學(xué)者畢國(guó)章的定義更為貼切，他認(rèn)為：國(guó)學(xué)教育是以國(guó)學(xué)為教學(xué)的核心內(nèi)容，實(shí)施的目的是更好地傳承中華民族文化和學(xué)術(shù)傳統(tǒng)、積極培養(yǎng)民族意識(shí)和民族精神的教育。隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，國(guó)學(xué)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(guó)學(xué)教育。

2）國(guó)學(xué)教育現(xiàn)狀分析。很多家庭和幼兒園將國(guó)學(xué)教育作為啟蒙教育的重要內(nèi)容，而國(guó)學(xué)教育應(yīng)該是貫穿整個(gè)學(xué)段或者是一生的教育內(nèi)容。通過(guò)學(xué)習(xí)國(guó)學(xué)來(lái)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(yù)感。通過(guò)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，目前我國(guó)的國(guó)學(xué)教育處于興盛階段，雖然沒(méi)有教育部門(mén)的官方規(guī)定，但是很多學(xué)校紛紛開(kāi)設(shè)國(guó)學(xué)課，帶領(lǐng)學(xué)生誦讀、理解國(guó)學(xué)經(jīng)典作品，如“大學(xué)”、“弟子規(guī)”、“三字經(jīng)”等。同時(shí)，校外各種教育機(jī)構(gòu)也采取了形式多樣的線上線下的教育活動(dòng)。

雖然國(guó)學(xué)教育在全國(guó)各地如火如荼地開(kāi)展，但是也暴露出很多不足之處：（1）教學(xué)內(nèi)容選擇不當(dāng)。很多先人的作品存在違背科學(xué)的部分內(nèi)容，或者違背了一些當(dāng)下公認(rèn)的一些道德準(zhǔn)則等，這些作品就不適合作為國(guó)學(xué)教育的選材。（2）師資水平參差不齊。很多校外機(jī)構(gòu)為了商業(yè)目的而開(kāi)設(shè)國(guó)學(xué)課程，所聘教師文學(xué)底蘊(yùn)尚淺，很難將國(guó)學(xué)的內(nèi)涵呈現(xiàn)給學(xué)生。部分教師將國(guó)學(xué)教育停留在領(lǐng)讀、背誦的層面，讓學(xué)生對(duì)國(guó)學(xué)產(chǎn)生抵觸心理。（3）缺乏權(quán)威的指導(dǎo)性文件。很多學(xué)校和教育機(jī)構(gòu)在進(jìn)行國(guó)學(xué)教育的時(shí)候都是摸著石頭過(guò)河，各自探索、嘗試。沒(méi)有權(quán)威的指導(dǎo)性文件，讓各種形式的國(guó)學(xué)教育缺乏規(guī)范性。

3 3D全息影像技術(shù)原理在國(guó)學(xué)教育中的應(yīng)用

通過(guò)以上分析，筆者認(rèn)為，可以充分發(fā)揮3D全息投影技術(shù)立體性、形象逼真、互動(dòng)良好、沉浸式、故事情節(jié)豐富、信息載入量大等特點(diǎn)，讓國(guó)學(xué)教育以一種嶄新的形式呈現(xiàn)在學(xué)生面前。

1）引起無(wú)意注意。國(guó)學(xué)教育的學(xué)生以幼兒為主，幼兒的注意以無(wú)意注意為主。無(wú)意注意就是沒(méi)有預(yù)定目的、不需要意志努力的注意。影響無(wú)意注意產(chǎn)生的因素有兩個(gè)方面：一是刺激物的特點(diǎn)，二是人的內(nèi)部狀態(tài)。3D全息投影技術(shù)容易引起幼兒的無(wú)意注意，新穎的成像形式、生動(dòng)的畫(huà)面表現(xiàn)、逼真的情境構(gòu)建都為因此幼兒的無(wú)意注意提供了重要的支持。同時(shí)，根據(jù)皮亞杰關(guān)于兒童思維發(fā)展階段的研究，幼兒處于前運(yùn)算階段，思維的特征是以形象的符號(hào)思維為主。采用3D全息投影技術(shù)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(shù)能夠給學(xué)生帶來(lái)強(qiáng)烈的視覺(jué)沖擊，營(yíng)造出虛實(shí)結(jié)合的夢(mèng)幻氛圍。3D全息投影技術(shù)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(shù)都能夠保證色彩的真實(shí)性，讓畫(huà)面更加逼真。所以，運(yùn)用3D全息投影技術(shù)進(jìn)行國(guó)學(xué)教育將幫助學(xué)生保持注意力。

2）打破空間局限。以往的國(guó)學(xué)教學(xué)形式以實(shí)物教學(xué)和多媒體教學(xué)為主。實(shí)物教學(xué)通過(guò)借助直觀的實(shí)際物體來(lái)輔助教師開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)，但是存在一定的局限性，很多實(shí)物不便于獲取或者不適合在教室展示，因此無(wú)法滿足教學(xué)需求;多媒體教學(xué)能夠綜合使用文字、聲音、圖像和動(dòng)畫(huà)等多種媒體，是目前教學(xué)中應(yīng)用最為廣泛的教學(xué)輔助工具。但是多媒體在展示資料時(shí)存在縮略的特點(diǎn)，呈現(xiàn)方式以二維為主，兒童無(wú)法通過(guò)觀察對(duì)物體或人物的三維特征有明確的認(rèn)識(shí)，造成幼兒學(xué)習(xí)中空間特征認(rèn)識(shí)的匱乏。運(yùn)用3D全息投影技術(shù)能夠?qū)⒐湃藙?chuàng)作時(shí)的情境展現(xiàn)在學(xué)生眼前，給學(xué)生一種身臨其境的感覺(jué)，作者好像就在學(xué)生身邊進(jìn)行創(chuàng)作，有利于吸引學(xué)生的注意力，并且體會(huì)到作者創(chuàng)作時(shí)的心情。在這樣的基礎(chǔ)上，不用擔(dān)心學(xué)生對(duì)國(guó)學(xué)產(chǎn)生抵觸心理，學(xué)生會(huì)非常主動(dòng)地開(kāi)啟這次“穿越時(shí)空”的旅行。

除了三維立體影像之外，全息投影技術(shù)也可以顯示立體的文字或者平面的圖形，將時(shí)代、時(shí)間、地點(diǎn)、人物、事件等信息一一傳遞出來(lái)，讓國(guó)學(xué)教育的內(nèi)容變得更加豐滿[3]。

4 應(yīng)用障礙

雖然3D全息影像技術(shù)應(yīng)用在國(guó)學(xué)教育中非常合適，但是不得不承認(rèn)，在實(shí)踐和推廣的過(guò)程中仍存在很大的障礙。

1）技術(shù)實(shí)現(xiàn)過(guò)程繁瑣。要想實(shí)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(dòng)態(tài)效果表現(xiàn)得越細(xì)膩，越要經(jīng)歷繁瑣的程序。

2）拍攝環(huán)境要求嚴(yán)格。在拍攝全息照片的時(shí)候，也要對(duì)環(huán)境進(jìn)行嚴(yán)格的控制。光學(xué)全息技術(shù)要求具有高度相干性的光源、非常穩(wěn)定的光學(xué)系統(tǒng)以及相應(yīng)的記錄媒介[2]。如果在拍攝的過(guò)程中受到其他光源和噪聲的干擾，則拍攝的圖片無(wú)效。

3）制作成果成本高昂。目前，3D全息投影技術(shù)在制作過(guò)程中主要采用全息投影膜作為介質(zhì)，這種介質(zhì)的價(jià)格非常昂貴。

因此，即便3D全息投影技術(shù)的優(yōu)越性非常顯著，受到技術(shù)手段和實(shí)現(xiàn)成本的限制，目前只能在一些重要的時(shí)間和事件上使用，還沒(méi)有達(dá)到推廣的階段。

參考文獻(xiàn)

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