全息影像技术在实践类课程教学中的研究与展望

艾飞　滕雯婷

项目名称：2020年度海南省志愿服务课题《全息影像技术在志愿服务培训实践类课程体系中的开发与研究》（编号：2020023）的科研成果

摘要：在今日已呈普遍应用趋势的数字媒体技术中，全息影像技术还处于不断开发和应用探索的阶段，目前人们将全息影像技术逐步应用到艺术设计、商业展示、舞台呈现、医学探索、高科技开发等各个领域进行探索，这将会实现技术乃至艺术领域上的新突破，充分展示出科技带来的魅力。然而在全息艺术越来越丰富的今天，人们对全息影像的需求也日益增大，尤其是对实践类虚拟仿真互动教学等方面的课程。虚拟仿真互动教学，为学习者提供近似真实的训练环境，提高受训者职业技能。因此，笔者认为全息影像技术凭借真实再现及创造性自由等技术优势，对今后的艺术创作乃至实践类课堂教学等方面都有非常广泛的应用前景。

关键词：数字媒体;全息艺术;全息影像技术

中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1672-9129（2020）06-0056-02

Abstract：Amongthedigitalmediatechnologiesthathaveshownageneralapplicationtrendtoday，holographicimagingtechnologyisstillinthestageofcontinuousdevelopmentandapplicationexploration.Atpresent，peoplearegraduallyapplyingholographicimagingtechnologytoartdesign，commercialdisplay，stagepresentation，medicalexploration，high-techExploringinvariousfieldssuchastechnologydevelopmentwillrealizenewbreakthroughsintechnologyandart，andfullydemonstratethecharmbroughtbytechnology.However，asholographicartisbecomingmoreandmoreabundant，thedemandforholographicimagesisalsoincreasing，especiallyforpracticalvirtualsimulationinteractiveteachingcourses.Virtualsimulationinteractiveteachingprovideslearnerswithanear-realtrainingenvironmentandimprovestrainees'professionalskills.Therefore，theauthorbelievesthattheholographicimagetechnologyhasverybroadapplicationprospectsforfutureartisticcreationandevenpracticalclassroomteachingduetoitstechnicaladvantagessuchastruereproductionandcreativefreedom.

Keywords：digitalmedia;holographicart;holographicimagetechnology

随着当今虚拟现实（VirtualReality）以及全息影像技术的发展，我们的生活已经进入高科技、数字化的时代。剖析全息影像技术的特征，可以发现它用自身特有的虚拟技术来为使用者提供更广阔的设计空间、设计灵感、设计内容，同时在设计过程中加以艺术的创造和对技术的创新。因此，笔者尝试在实践类课程中融入全息技术，让受训者能获得更多的实践经验和临场体验。这样就能够让我们的实践类课程更具有特色，同时全息技术的加入，我们还能创造虚拟空间和真实世界的互动，使我们的实践类课程具有很强的灵活性、创造力、表现力。

1全息技术介入实践类课程的优势

1.1课程设计范围的拓展。对于授课者而言，在进行传统实践类课程教学过程中，我们往往受限于场地、环境等方面内容，不得不放弃对身体某些感官体验的塑造。例如：在急救知识实践课程培训中，受训者面对假体道具往往只能有触觉感受，而听觉和视觉感官回馈甚微。这就很容易造成，在真正面对突发时手忙脚乱的情况。而采用全息影像技术来打造的虚拟实践教学场景，就为我们授课者带来了设计思维创作空间的延展、设计内容和设计尺度上更大程度发挥的可能性。以笔者构思的虚拟现实互动教室为例，通过对室内空间墙壁的全方位动态投影，不仅达到了设计空间视觉效果的延展，还可以通过增加声、画、交互来营造更好的环境体感效果，使受训者在获得专业技能知识的同时，感受逼真的临场环境氛围。通过对传统实践类课程教学和全息模式下实践类课程教学两者的比较得知，全息影像技术作为实践类课程最终效果呈现的技术支持，在参与环境建造和表现时具有化腐朽为神奇的魅力，普通的实践类课程设计融入全息技术就能够让设计形态、效果产生巨大的质变。全息影像的介入增强了人机交互能力与环境画面的视觉冲击力。它让实践课程教学效果从外观到本质都发生了改变，外观变成了设计内容更丰富、效果呈现更多元化的逼真画面，而在全息技术的帮助下，教学场地空间的视觉延展即将变成了可能，不受教学场地限制的本质也发生了相应的变化。从教学模式发展的角度来看，全息影像技术带给我们的视觉延展性，对未来的实践类教学将是革命性的。伴随着全息技术的进一步发展，人们对实践类教学模式的要求不断提升，利用空间的虚拟现实技术成为了未来实践类课程教学发展的新趋势。

1.2学习者体验的变更。在传统实践类课程教学中，受训者往往不能從现实环境中直接判断实践训练内容的变化过程，只是能够被动接受授课者所传递的信息。例如：在急救培训课程中，受训者往往只能按照既定流程抢救虚拟病患，虚拟病患不能主动反馈信息给受训者，这就容易造成在实际应用中受训者应变能力的不足。但利用全息影像独特的技术特征，同时完成对受训者视觉、听觉、嗅觉与肢体的全方位信息交流，从多个层面引导受训者进行交互，真正意义上使受训者融入到环境里，并参与到课程变换过程中，带给受训者以新的体验形式和内容。全息技术支撑下的实践类课程以数字动态画面辅以多感官体验交流的方式来完成信息传递，改变了受训者信息接受的方式，增强了临场感。同时配合智能化互动设计和全息影像的展出形式，以人的体验感受、交互感受为中心做出相应设计和交互反馈，拉近与受训者内心的距离，由以往被动接受到主动体验、主动接受现实环境给予的暗示，并参与到实践训练内容的变化中。因而，达到一种发自内心的互动情感并于实践环境产生共鸣。

1.3课程表现形式多样性。当今全息影像作为一种新的成像技术，相比以往的多媒体实践课程教学模式，全息影像实践类课程教学在设计内容和设计形式多样性方面都有很大程度的提高，它可以塑造人们情理之中、现实世界之外的虚拟画面，也可以虚幻人们梦境里的幻想场景。可以说只要是人们能够想到的，全息影像都能活灵活现、形式多样的塑造出来，并将其投射在多种介质上。由于全息影像投影所产生的是三维立体虚拟画面，所以全息影像成像的映射介质范围很广，几乎所有的物体都有可能成为全息影像的画面载体。相对于传统多媒体实践课程教学的设计与表达，全息影像有更主动适应环境、贴近现实物理空间界限的技术特征，在空间塑造和场景还原等方面，往往能产生更具有带入感的临场效果。

2全息实践类课程创作构思

笔者实验尝试的创作选择了最贴近人们生活的急救培训实践类课程。采用全息影像技术塑造逼真的急救现场环境以此来完成创作实验。在实验过程中本着探索实践应用的目的，首先详细的了解了完成本次实验所需的技术层面要求和内容。经过理论验证，要实现急救培训实践类课程环境的虚拟成像效果，在虚拟现实架构技术层面需要同时整合仿真引擎、动作感知及视觉体验等三种仿真技术，结合BIM数据库来形成完整的仿真体验系统，從而来达到逼真的现场动态画面和良好的互动效果，而这三种仿真技术的应用方式如下：

2.1仿真引擎。仿真引擎是虚拟现实的核心，所有的虚拟世界的物体、环境及交互设计内容均需通过仿真引擎来进行开发及整合。

2.2动作感知。包括眼睛及肢体动作（如头、手、脚等）均可被特殊仪器感知并由处理器进行复杂的运算，将由处理器生成的精确虚拟3D声像传回，使急救者产生临场感。该技术集成了计算机仿真开发、人体动作捕捉等高新科技成果，是一种由计算机技术辅助生成的高精密度模拟仿真系统。在实验中拟采用的A.R.T.光学捕捉设备提供6个自由度的动作捕捉，精密度小于1mm，能够实时的捕捉人体动作数据，针对设计、装配、性能检测进行可视化的仿真。

2.3视觉体验。视觉是人的五感中最直接、最便捷也是最容易去感受及体验的一种知觉，沉浸式环境已是现今虚拟现实中被广泛应用的手段，在实验中拟使用的是比利时的BARCO投影机，透过BARCO的3D立体投影效果，虚拟现实得以以1：1的方式去呈现及展示，对于BIM系统中的设计评审、模拟训练及仿真体验而言是最佳的呈现方式。

同时，在效果呈现硬件设置方面，根据急救场景虚拟环境所需条件和使用者的预期要求，结合前期对全息影像技术的相关调研，并力求保证最后呈现的动态逼真的视觉效果，准备以以下方式呈现效果。首先以全息膜（幕）投影成像技术塑造大的空间环境，也就是说将全息投影效果最终呈现在空间的各个立面，通过全息投影的方式立体呈现动态、逼真的视觉效果。其次采用多部工程投影机以无缝投影的方式对空间立面、空间地面进行投影，形成画面连续、画质清晰、内容丰富、形式多样的虚拟景观空间。在考虑其后期保洁、保养方面的要求，采用了全息膜（幕）中的魔镜式投影膜。从实验前期论证数据结合预期效果来看，通过全息膜（幕）所塑造的室内虚拟环境能够真实还原急救场景。

3全息实践类课程创作中存在的问题与不足

首先，经过课程前期调研、实验以及多方面市场调查，目前全息影像技术在现实应用过程中存在着经济成本过高的问题，其主要原因来源于材料的昂贵。首先是全息投影膜，这种投影膜价格昂贵，运作成本高，所以仍然不能大规模地进行推广应用。

其次，在课程开发实验过程中，由于受场地和技术的限制，目前全息影像技术成像也存在一定的缺点，比如，人机交互部分还不能实现完全智能化，需要前期编程预定效果;偏振三维成像方式，需要多台投影机设备配合使用，且投影机的位置必须进行准确调校，使用过程中不能随意移动，因此后期维护比较麻烦;整体成本造价过高，不易普及型应用;同时对于实践创作者技术门槛过高，一般工程人员难以单独开发。

再次，面对新的技术应用许多实践类课程教学设计还只能停留在观望的阶段，仅有一些也只能做到固定效果模式的套用。同时专业设计人员不足也是制约我们发展全息实践类课程的瓶颈，加之国内全息影像技术在实践类课程体系中的研究与应用还没有相对成熟的借鉴案例，现有资料仅限于理论研究和应用探索阶段，全息影像技术在实践类课程体系中的研究与应用尚缺乏有效实践。但作为新技术的探索者，我们必须清醒地认识到，全息影像技术研究的重要性、前瞻性，以及使用在实践类课程教学中的必要性。这些都要引起我们的高度重视，我们要从基础理论研究入手，从尝试实际应用起步。所以，研究全息影像技术在实践类课程体系中的研究与应用不容小视，并迫在眉睫。

4结语

随着当今科技的发展，全息技术正向我们缓缓走来，全息技术以后的广泛应用，将是众多学者和艺术家共同努力创造的必然结果，同时全息技术也将引领我们的生活步入美好的明天。笔者今后将针对实践类课程融入全息影像技术的应用进行更深入的研究，对其技术特征、呈现效果、呈现方式等方面做一系列的实践探索。笔者将着眼点放在实践类课程开发、全息影像技术应用、数字虚拟环境塑造等方面的设计应用研究中，并从当今实践类课程教学的发展趋势分析入手，分析、归纳、解决研究过程中全息虚拟实践类课程的现实应用问题，提炼出最适合于实践类课程教学全息技术的应用方法，同时结合以后的本职工作进一步探究具体的应用原则、应用策略、组合方法和应用技术等方面的内容。力求在后续的研究应用工作中，为全息影像技术在实践类课程体系中的发展尽自己微薄之力。

参考文献：

[1]潘定中，刘荣平，闫兴鹏，严志强.现代数字全息导论[M].北京：机械工业出版社，2018.

[2]李俊昌，吴艳梅.衍射计算与数字全息（上册）[M].北京：科学出版社出版社，2016.