基于5G結(jié)合全息投影技術(shù)構(gòu)建未來新型教學(xué)模式

唐永樂 湯濤 錢程 陽小蘭

摘要：在5G技術(shù)和全息投影技術(shù)的結(jié)合下，未來新型教學(xué)模式突破了傳統(tǒng)直播教學(xué)的互動(dòng)局限性和傳統(tǒng)教室教學(xué)的地域局限性。全息投影技術(shù)憑借著自身虛實(shí)結(jié)合、三維立體成像等獨(dú)特的創(chuàng)新展現(xiàn)方式結(jié)合在5G網(wǎng)絡(luò)下超高速、低延遲的信息資源傳輸?shù)忍攸c(diǎn)，為未來新型教學(xué)提供有力的保障。在網(wǎng)絡(luò)授課教學(xué)的發(fā)展下，如何將5G結(jié)合全息投影構(gòu)建新型教學(xué)是一個(gè)值得深究的問題。本文將從5G網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)、全息投影虛擬現(xiàn)實(shí)交互等方面進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：5G;全息投影;遠(yuǎn)程教學(xué)

中圖分類號(hào)：TP393? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）27-0201-02

Abstract：With the combination of 5G technology and holographic projection technology， the new teaching model in the future breaks through the interactive limitations of traditional live-streaming teaching and the regional limitations of traditional classroom teaching.Holographic projection technology， by virtue of its own combination of virtual and real， three-dimensional imaging and other unique innovative presentation methods， combined with the characteristics of ultra-high speed and low delay information resource transmission under 5G network， provides a strong guarantee for the new type of teaching in the future.With the development of network teaching， how to combine 5G with holographic projection to build a new type of teaching is a problem worthy of deep investigation.This paper will elaborate on the construction of 5G network platform， holographic projection virtual reality interaction and other aspects.

Key words： 5G; holographic projection; distance education

1 概論

在疫情防控期間，通過采取教師網(wǎng)上遠(yuǎn)程直播教學(xué)的方法，對在家隔離而不能上學(xué)的廣大學(xué)子提供了更加有力的教學(xué)保障。但其存在師生互動(dòng)困難、教學(xué)方式單一、學(xué)生吸收知識(shí)效率低等眾多弊端，隨著高網(wǎng)速、高可靠、可移動(dòng)、低延遲的5G技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用.5G技術(shù)結(jié)合全息投影將作為未來新型教學(xué)模式進(jìn)入我們的思考當(dāng)中，因而5G技術(shù)結(jié)合全息投影將教師教學(xué)現(xiàn)場搬到家中已成為可能[1]。教師遠(yuǎn)程教學(xué)可以通過計(jì)算機(jī)建模和程序編寫來創(chuàng)建出逼近于現(xiàn)實(shí)世界的三維虛擬場景，通過學(xué)生端的輸出設(shè)備結(jié)合5G網(wǎng)絡(luò)將教師教學(xué)內(nèi)容實(shí)時(shí)傳到學(xué)生本地，打造出身臨其境的課堂教學(xué)環(huán)境。全息投影技術(shù)能夠改變過去視頻或圖像單一視角的展示方式，既能使老師更加充分全面地介紹展示內(nèi)容，又能讓同學(xué)們置身于虛擬場景中更加深入了解教學(xué)展示的畫面，因此提高遠(yuǎn)程教學(xué)模式中學(xué)生吸收知識(shí)的效率。現(xiàn)在世界上正處于最大的信息基礎(chǔ)設(shè)施（5G）的升級(jí)改造項(xiàng)目中，教育不僅僅是為了應(yīng)對世界的變化，而且也在改變著世界。促進(jìn)信息技術(shù)與學(xué)校教育的融合，這無疑是人類未來前進(jìn)和發(fā)展的方向。作為傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式和網(wǎng)課教學(xué)模式的補(bǔ)充與改進(jìn)，基于5G技術(shù)結(jié)合全息投影建立起來的未來新型教育模式將會(huì)是一場偉大的教育創(chuàng)新。基于此，本文將主要探討關(guān)于5G如何結(jié)合全息投影技術(shù)構(gòu)建未來新型教學(xué)模式。

2 網(wǎng)絡(luò)5G平臺(tái)建設(shè)

5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)近年來一直都在進(jìn)行中，但大多集中在一線二線城市，還尚未普及到家家戶戶。相比于4G網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)采用了毫米波技術(shù)，具備了更高的頻率，但與4G信號(hào)穿透能力相比要更弱。這也就意味著，5G基站的數(shù)量需求要比4G基站更多，而現(xiàn)有的5G基站地址資源非常有限，未來5G網(wǎng)絡(luò)需要滿足的場景更加雜、性能要求也要更高。為了滿足我國未來5G網(wǎng)絡(luò)高容量場景的需求，需要新增大量的5G基站地址，以實(shí)現(xiàn)超密集部署。當(dāng)然這些基站并不是傳統(tǒng)的大基站的地址，而是更多的小體積、低功率的微小基站，因此5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需要研究創(chuàng)新型的部署方案;其次，5G想要以超高速的速率傳輸還需要滿足如1000MHz以上的大量的頻率資源。隨著互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)和智能制造推動(dòng)著5G無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，5G網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)正在快速進(jìn)行中，各行各業(yè)將迎來一個(gè)全新的時(shí)代。在教育方面，5G網(wǎng)絡(luò)也將對教師的教學(xué)理念、教學(xué)方式等產(chǎn)生重大影響，基于5G結(jié)合全息投影技術(shù)構(gòu)建的未來新型教學(xué)模式，將不斷豐富教育場景的維度，促進(jìn)教育場景的變革，推動(dòng)教育改革與教育信息化的進(jìn)程[2]。

3 全息投影儀連接無線通信

這項(xiàng)技術(shù)的展示能讓人有一種物體近在眼前的感覺。這項(xiàng)技術(shù)主要應(yīng)用在舞臺(tái)展示、醫(yī)院解剖、虛擬游戲、教學(xué)應(yīng)用、藝術(shù)表演、科學(xué)研究、媒體報(bào)道等領(lǐng)域，日本的初音未來便是全球第一個(gè)應(yīng)用了全息投影技術(shù)能在舞臺(tái)上展示的虛擬歌姬。全息立體投影設(shè)備通過干涉原理記錄物體的光波信息，然后經(jīng)過處理變成全息圖，再由衍射原理再現(xiàn)出來圖像。這種再現(xiàn)出來的圖像非常有立體感，有著很逼真的視覺效果。全息投影設(shè)備與無線通信的連接可以更好地展現(xiàn)全息投影圖像，使其應(yīng)用范圍更廣、作用更大。全息投影設(shè)備連接無線通信是由應(yīng)用服務(wù)器發(fā)出無線信號(hào)，無線信號(hào)通過電磁波的方式在空氣中傳播，電磁波是由同相且互相垂直的電場與磁場在空間中衍生發(fā)射的震蕩粒子波，傳播速度為光速。無線信號(hào)在空氣中傳播，直到無線信號(hào)被接收器接收。接收器將接收到的無線信號(hào)轉(zhuǎn)變成電流。接收和發(fā)送信號(hào)所需要的天線是由全向天線和定向天線組成。因?yàn)闊o線信號(hào)在傳播的過程中會(huì)受到反射、衍射和散射的影響，所有無線信號(hào)會(huì)通過很多條不同的路徑到達(dá)接收器所在的位置，產(chǎn)生多徑信號(hào)。將全息投影儀連接網(wǎng)絡(luò)類似于給手機(jī)連接網(wǎng)絡(luò)。不過前者更具有時(shí)代性，從2D圖像到3D圖像的跳躍。