浅析3D全息影像技术原理及在国学教育中的应用

赵希 郭继宇

摘 要：3D全息投影技术是利用介质对光波干涉和衍射原理呈现三维立体图像的技术。国学教育是以国学为教学的核心内容，实施的目的是更好地传承中华民族文化和学术传统、积极培养民族意识和民族精神的教育。将3D全息投影技术运用到国学教育中能够形象逼真地再现作品的创作情境，让学生实现沉浸式学习，并且通过国学教育实现民族文化传承的历史任务。

关键词：3D全息投影技术;国学教育;应用

基金项目：本文系2019年黑龙江省省级大学生创新创业训练计划项目“3D全息投影技术与国学教育融合的可行性分析”（项目编号：G201913296017）的研究成果。

1 3D全息影像技术原理

1）3D全息影像技术简介。概括来说，3D全息影像技术也称为虚拟成像技术，是利用介质对光波干涉和衍射原理记录、再现物体真实状况的三维图像技术[1]。这种技术的成像原理和我们所熟悉的蜃景非常相似。3D全息影像技术的成像与依赖3D眼镜才能成像的电影不同，3D全息影像技术可以在裸眼的情况下观看到三维立体的影像，使观众产生身临其境的感觉。

2）3D全息影像技术分类。从目前已经实现的3D全息投影技术来看，可以从成像技术或显示形式的角度分为三种类型：（1）空气投影和交互技术，最早产生于美国，对于3D全息投影技术的发展具有重要的先导作用;（2）激光束投射3D影像，来源于日本的一家公司，但是其成像时间相对短暂;（3）360°全息显示屏成像，这种成像方式受到了世界各国的高度肯定，各个国家纷纷对其开展深入研究，可见，360°全息显示屏成像在未来的发展前景最为广阔，应用价值最高。

3）3D全息影像技术应用举例。3D全息投影技术广泛地应用于各种大型演出当中。例如：2015年中央电视台春节联欢晚会中，歌曲《蜀绣》运用了3D全息投影技术，将演唱者李宇春的影像显现出来，在舞台上形成了五个相同演唱者的效果;还有2016年辽宁卫视春节联欢晚会，当时正是猴年，于是上演了“金猴闹春”的节目，通过使用3D全息投影技术将风光秀丽的花果山以及豪华壮丽的天庭表现得非常逼真。

2 国学教育概述

1）国学教育概念。国学教育在学界还没有形成统一的定论，很多研究者都对国学教育加以定义。笔者通过分析认为我国学者毕国章的定义更为贴切，他认为：国学教育是以国学为教学的核心内容，实施的目的是更好地传承中华民族文化和学术传统、积极培养民族意识和民族精神的教育。随着时代的不断发展，国学教育的概念也将随之发生一些调整和变化，不能用停滞的眼光看待国学教育。

2）国学教育现状分析。很多家庭和幼儿园将国学教育作为启蒙教育的重要内容，而国学教育应该是贯穿整个学段或者是一生的教育内容。通过学习国学来感受中华民族五千多年的文化魅力，感受作为中华儿女的高度自豪感和荣誉感。通过调查研究发现，目前我国的国学教育处于兴盛阶段，虽然没有教育部门的官方规定，但是很多学校纷纷开设国学课，带领学生诵读、理解国学经典作品，如“大学”、“弟子规”、“三字经”等。同时，校外各种教育机构也采取了形式多样的线上线下的教育活动。

虽然国学教育在全国各地如火如荼地开展，但是也暴露出很多不足之处：（1）教学内容选择不当。很多先人的作品存在违背科学的部分内容，或者违背了一些当下公认的一些道德准则等，这些作品就不适合作为国学教育的选材。（2）师资水平参差不齐。很多校外机构为了商业目的而开设国学课程，所聘教师文学底蕴尚浅，很难将国学的内涵呈现给学生。部分教师将国学教育停留在领读、背诵的层面，让学生对国学产生抵触心理。（3）缺乏权威的指导性文件。很多学校和教育机构在进行国学教育的时候都是摸着石头过河，各自探索、尝试。没有权威的指导性文件，让各种形式的国学教育缺乏规范性。

3 3D全息影像技术原理在国学教育中的应用

通过以上分析，笔者认为，可以充分发挥3D全息投影技术立体性、形象逼真、互动良好、沉浸式、故事情节丰富、信息载入量大等特点，让国学教育以一种崭新的形式呈现在学生面前。

1）引起无意注意。國学教育的学生以幼儿为主，幼儿的注意以无意注意为主。无意注意就是没有预定目的、不需要意志努力的注意。影响无意注意产生的因素有两个方面：一是刺激物的特点，二是人的内部状态。3D全息投影技术容易引起幼儿的无意注意，新颖的成像形式、生动的画面表现、逼真的情境构建都为因此幼儿的无意注意提供了重要的支持。同时，根据皮亚杰关于儿童思维发展阶段的研究，幼儿处于前运算阶段，思维的特征是以形象的符号思维为主。采用3D全息投影技术所形成的图像立体效果好，基本能够保持与原物相同的三维特性。所以，全息投影技术能够给学生带来强烈的视觉冲击，营造出虚实结合的梦幻氛围。3D全息投影技术能够采用不同的色彩呈现方法，不论是RGB分离法、白光全息还是彩虹全息技术都能够保证色彩的真实性，让画面更加逼真。所以，运用3D全息投影技术进行国学教育将帮助学生保持注意力。

2）打破空间局限。以往的国学教学形式以实物教学和多媒体教学为主。实物教学通过借助直观的实际物体来辅助教师开展教学活动，但是存在一定的局限性，很多实物不便于获取或者不适合在教室展示，因此无法满足教学需求;多媒体教学能够综合使用文字、声音、图像和动画等多种媒体，是目前教学中应用最为广泛的教学辅助工具。但是多媒体在展示资料时存在缩略的特点，呈现方式以二维为主，儿童无法通过观察对物体或人物的三维特征有明确的认识，造成幼儿学习中空间特征认识的匮乏。运用3D全息投影技术能够将古人创作时的情境展现在学生眼前，给学生一种身临其境的感觉，作者好像就在学生身边进行创作，有利于吸引学生的注意力，并且体会到作者创作时的心情。在这样的基础上，不用担心学生对国学产生抵触心理，学生会非常主动地开启这次“穿越时空”的旅行。

除了三维立体影像之外，全息投影技术也可以显示立体的文字或者平面的图形，将时代、时间、地点、人物、事件等信息一一传递出来，让国学教育的内容变得更加丰满[3]。

4 应用障碍

虽然3D全息影像技术应用在国学教育中非常合适，但是不得不承认，在实践和推广的过程中仍存在很大的障碍。

1）技术实现过程繁琐。要想实现3D全息投影必须拍摄大量的全息照片，而照片数量越多才能将动态效果表现得越细腻，越要经历繁琐的程序。

2）拍摄环境要求严格。在拍摄全息照片的时候，也要对环境进行严格的控制。光学全息技术要求具有高度相干性的光源、非常稳定的光学系统以及相应的记录媒介[2]。如果在拍摄的过程中受到其他光源和噪声的干扰，则拍摄的图片无效。

3）制作成果成本高昂。目前，3D全息投影技术在制作过程中主要采用全息投影膜作为介质，这种介质的价格非常昂贵。

因此，即便3D全息投影技术的优越性非常显著，受到技术手段和实现成本的限制，目前只能在一些重要的时间和事件上使用，还没有达到推广的阶段。

参考文献

[1]夏溢涵，王芳君，张乘风.全息投影技术在展示设计中的应用研究[J].家具与室内装饰，2014（10）.

[2]张号，贾庆轩，孙汉旭，等.一种多通道曲面投影系统的几何校正方法[C].中国系统仿真学第五次全国会员代表大会暨2006年全国学术年会论文集.2006：493-496.

[3]黄建.3D全息投影技术发展应用[J].演艺科技，2015（1）.