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創(chuàng)新思維視域下3D多媒體教室設(shè)計探索與實(shí)踐

玉 琨鄺 海陶人川王麗芳易春梅李 晨

（廣西醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院，廣西 南寧 530021）

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不斷推動著教學(xué)方法和環(huán)境的進(jìn)步，創(chuàng)新思維視域3D多媒體教學(xué)的引入將改變傳統(tǒng)2D教學(xué)方法和教學(xué)環(huán)境。3D多媒體教學(xué)技術(shù)在教育領(lǐng)域開始起步，越來越受到教育界的關(guān)注，應(yīng)如何設(shè)計和建設(shè)高等院校的3D多媒體教室是其中的一個重要環(huán)節(jié)。依據(jù)醫(yī)學(xué)院校的教學(xué)特點(diǎn)和規(guī)律，探討了3D多媒體教室的基本結(jié)構(gòu)，介紹了3D多媒體教室的設(shè)備配置及技術(shù)指標(biāo)，總結(jié)了在使用3D多媒體教室過程中經(jīng)常出現(xiàn)的故障，并針對這些故障進(jìn)行原因分析，提出實(shí)用的解決方法。

3D；多媒體教室；高等院校；教育；教學(xué)方法

隨著3D技術(shù)與教學(xué)信息化不斷融合發(fā)展，數(shù)字技術(shù)成功應(yīng)用到了日常影片的拍攝、制作和放映的全過程，給媒體帶來全新的技術(shù)革命。隨著數(shù)字技術(shù)的成熟發(fā)展，3D數(shù)字?jǐn)z像、編輯、播放、3D課件的制作、播放等高新科技技術(shù)進(jìn)入日常的教學(xué)工作中。3D立體多媒體技術(shù)實(shí)現(xiàn)了重大突破。筆者依據(jù)醫(yī)學(xué)院校的教學(xué)特點(diǎn)和規(guī)律，探討了3D多媒體教室的基本結(jié)構(gòu)、設(shè)備配置及技術(shù)指標(biāo)，總結(jié)了在使用3D多媒體教室過程中經(jīng)常出現(xiàn)的故障，并針對這些故障進(jìn)行原因分析，提出實(shí)用的解決方法。讓3D多媒體教室成為教師新的授課方法，學(xué)生身臨其境融入課堂必備的教學(xué)場所。

1　3D成像原理（3D Image Theory）

3D立體成像技術(shù)是利用計算機(jī)圖形成像技術(shù)和圖形圖像處理技術(shù)，根據(jù)人類眼睛視覺生理特點(diǎn)，將二維圖像轉(zhuǎn)換為三維立體顯示輸出，從而產(chǎn)生視覺三維模型和“虛擬真實(shí)”的立體視覺場景。目前常用的三維顯示技術(shù)都是基于人眼立體視覺原理，此外直接顯示物理意義上的三維圖像信息的體三維顯示技術(shù)和全息三維顯示技術(shù)也是目前熱門發(fā)展的方向。

根據(jù)人眼立體視覺原理，模擬形成人工立體視覺必須具備以下4個條件：①所觀察的兩幅影像必須有符合人類視覺的左右視差；②兩眼必須分別觀察左右或上下不同的影像，即實(shí)現(xiàn)“分像”；③兩幅影像所放置位置必須成相應(yīng)視線成對直線相交，即消除上下視差。④兩幅影像的大小要一致。

人類通過進(jìn)化產(chǎn)生視差，對立體視覺形成起著非常重要的作用。視差產(chǎn)生是由于人左右眼之間有一定距離，未成年人大約為45～55mm ，成年人大約為65mm。正常人都是用雙眼來辨認(rèn)三維空間物體，在觀看空間某個物體時，物體圖像就從左右眼睛兩邊稍有差別的角度進(jìn)入眼睛，由于存在角度偏差，反應(yīng)在大腦中就會產(chǎn)生“立體視覺”，兩個畫面組合在一起，便產(chǎn)生立體感，從而能夠判斷物體前后關(guān)系，被觀察物體在人左右眼視網(wǎng)膜上所形成像的差異就是雙眼視差。物體在可見光的照射下，在左右眼視網(wǎng)膜上形成圖像，由感光細(xì)胞將其轉(zhuǎn)換成神經(jīng)脈沖信號，經(jīng)神經(jīng)纖維傳入大腦視覺神經(jīng)中樞進(jìn)行處理和融合，由于視差作用，人就能感受到所看到物體的立體層次。

2　3D多媒體教室設(shè)計

根據(jù)3D立體成像技術(shù)原理，2014年廣西醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院建立3D多媒體教室。3D多媒體教學(xué)系統(tǒng)是全部電化教學(xué)、計算機(jī)輔助教學(xué)和演示手段，是目前新興、最具感染力、效果最理想的教學(xué)演示系統(tǒng)。它將多媒體計算機(jī)（能支持3D播放）、3D投影機(jī)等先進(jìn)的視聽設(shè)備以及其他可遙控設(shè)備有機(jī)地連接，構(gòu)成現(xiàn)代化3D視聽教學(xué)環(huán)境。

2.1教學(xué)設(shè)備組成

3D多媒體教室教學(xué)設(shè)備由多媒體計算機(jī)（能支持3D播放）、3D投影機(jī)、圓偏振光3D眼鏡、藍(lán)光3D高清播放機(jī)、APPLE TV3、5.1影院級音響系統(tǒng)、燈光分區(qū)控制、中央控制系統(tǒng)、150-300英寸3D全屏金屬投影屏幕、

2.2支持3D播放多媒體計算機(jī)配置

CPU：至少在intel core i3 CPU 以上，內(nèi)存：至少在4G以上，顯卡：至少在1G獨(dú)顯以上，同時帶有VGA、HDMI、DVI接口，硬盤：至少在500G以上。

2.3金屬投影幕布的選擇

金屬幕是在樹脂板外涂層緊致細(xì)密的金屬分子組成蜂窩陣列，從四周入射的干擾光波在經(jīng)過該陣列時振蕩、衰減并被吸收，這一特性使金屬投影屏具備超高對比度和超強(qiáng)的抗環(huán)境光干擾能力，黑色更黑，彩色更亮，即使置于燈光明亮的室內(nèi)，甚至是在非陽光直射的戶外，均能杜絕傳統(tǒng)珠光投影幕影像模糊的霧狀感，提供明亮、清透、完美圖像效果，有效成像點(diǎn)距超細(xì)，是普通屏幕的1/50 - 1/30，這就使顯示精細(xì)程度提升數(shù)十倍，影像清晰細(xì)膩、銳麗無比。尤其在顯示動態(tài)視頻或圖片時，極強(qiáng)的層次感和縱深感令影像鮮活靈動、栩栩如生，特別適合進(jìn)行3D電影、3D動畫等顯示。

金屬幕分為金屬軟幕與金屬硬幕兩種，金屬幕較傳統(tǒng)的珠光屏幕創(chuàng)造了全新的投影概念，使3D投影設(shè)備的放映效果得到提升，最大程度地過濾了周圍環(huán)境的光線，大大提升了畫面的質(zhì)量。

金屬幕尺寸的選擇，要根據(jù)多媒體教室的面積大小、容納學(xué)生的數(shù)量和金屬幕放置位置的比例大小確定。

2.43D投影儀的選擇

筆者采用了愛普生推出的首款整套被動立體投影產(chǎn)品，CB-W16SK投影機(jī)（標(biāo)稱光亮度（流明）3000 標(biāo)準(zhǔn)分辨率，（dpi）1280×800（光學(xué)參數(shù)），投影機(jī)類型3D投影機(jī)：技術(shù)類型及規(guī)格0.59英寸，對比度5000：1，燈泡功率200W，燈泡壽命（小時）4000小時，投影參數(shù)變焦比1-1.2x 梯形調(diào)整功能 垂直：±15度）標(biāo)配原廠偏振片、疊放架及被動3D眼鏡，更加方便使用及施工人員的安裝。同時由于使用原廠偏振片及3D眼鏡，大大提高了光的利用率，投影機(jī)通過偏振片的光利用率達(dá)到80%以上，通過眼鏡后，整體光利用率達(dá)到60%以上，使3D效果更加明亮。CB-W16SK可連接播放全3D格式，不需額外增加3D格式轉(zhuǎn)換設(shè)備，更加方便高效的享受3D效果。

2.53D眼鏡的選擇

根據(jù)3D顯示器面板類型，選擇3D眼鏡類型，筆者推薦使用偏光式3D眼鏡屬于被動式3D技術(shù)，眼鏡價格較為便宜，使用方面比主動式3D眼鏡方便。目前3D電影院、3D液晶電視等大多采用的是偏光式3D技術(shù)。左、右眼影像無需切換，不會產(chǎn)生眩暈感覺，徹底消除眩暈造成的疲勞感，適合長時間觀看。

2.6藍(lán)光3D高清播放機(jī)的選擇

1920×1080p HDMI高清解像輸出，更支援24fps直接輸出（只限BD），不僅支持藍(lán)光光碟，而且USB支持視頻格式DivX PlusHD/DivX/MKV/WMV/AVI/JPEG播放支援（USB/ DVD/CD/LAN），USB支持音頻格式 MP3/WMA播放支援（USB/DVD/CD/LAN）。配合藍(lán)光影碟（BD-ROM）和USB外存保持電影流暢播放，彷如置身現(xiàn)場一樣。而高清音效亦包括了最高格式的DTS-HD Master Audio及Dolby True HD，并經(jīng)HDMI輸出Bitstream訊號。此外，要獲得身臨其境的音響效果，最好還能具備PQLS技術(shù)，只需透過 HDMI 接口，便可以LPCM / Bitstream形式傳送幾乎全無抖動的多聲道音樂數(shù)據(jù)，提供可能的最佳音質(zhì)。

2.7影院級音響系統(tǒng)配置

為了能夠保證5.1聲道的原汁原味，突出5.1聲道系統(tǒng)的效果，對每一個音箱的位置都有非常嚴(yán)格的要求，不能隨意擺放，也絕對不能按照一般的方法來擺放音箱，其實(shí)有一個非常簡單實(shí)用的法則，就是高音音箱擺在高處，低音音箱擺在低處。前方音箱以一字型排開的方式面對聆聽者擺放，左右分別放置一個音箱，中置音箱放在屏幕的后方。前置音箱與中置音箱的高度盡可能相同，如果是階梯教室的情況下，盡可能放置在階梯教室水平中線位置，而且這三個音箱的正面應(yīng)在同一平面上，中置音箱根據(jù)場地情況稍微向后一些，但其正面應(yīng)與前置音箱的正面平行。前置左右兩音箱之間的距離與聽者的位置有關(guān)，在正常的觀看位置上，音箱與聽者的角度為45度。

2.8燈光分區(qū)控制配置

投影是通過幕布反射光來呈現(xiàn)影像，光反射的過程中會出現(xiàn)衰減。為了能呈現(xiàn)良好的投影效果，多媒體教室燈光控制上，要根據(jù)場地情況合理配置燈光。首先，要進(jìn)行燈光分區(qū)控制管理，幕布至第一排座位為前區(qū)，第一排至最后一排為后區(qū)，左右走道為一個控制區(qū)；其次，在后區(qū)要設(shè)置強(qiáng)光和弱光，左右走道也要設(shè)置強(qiáng)光和弱光；還要設(shè)置一組對著講臺的面燈；在上課時，關(guān)閉前區(qū)燈，開啟講臺面燈、后區(qū)和左右的弱光燈。最大限度的減少燈光對幕布發(fā)射光的影響，已達(dá)到還原原本物體的真實(shí)顏色。

3　3D多媒體教室應(yīng)用中易出現(xiàn)的問題及解決辦法

3D多媒體教室是多個系統(tǒng)的組成的綜合體，目前在國內(nèi)也處于起步階段，在運(yùn)行一年多的過程中，筆者總結(jié)了以下幾個方面常見故障及解決方法。

（1）3D投影機(jī)在2D模式下投影2D多媒體內(nèi)容，工作一段時間后，會出現(xiàn)畫面模糊的情況。原因是愛普生推出的首款整套被動立體投影產(chǎn)品CB-W16SK投影機(jī)，因?yàn)橥队皺C(jī)工作一段時間后，產(chǎn)生較大熱量，引起疊放架發(fā)生熱漲，導(dǎo)致上下兩臺投影機(jī)相對位置發(fā)生細(xì)微偏移。解決方法：1.在資金允許的條件下，多安裝一臺投影用于播放2D多媒體內(nèi)容；2.用硬紙片折成直角，放置在低位的投影上，遮罩住低位投影的光（注意 不能使用投影上自帶的遮光板，否則投影會自動停止運(yùn)行）。

（2）3D投影機(jī)在3D模式下投影3D多媒體內(nèi)容，工作一段時間后，會出現(xiàn)畫面模糊的情況。原因是愛普生推出的首款整套被動立體投影產(chǎn)品CB-W16SK投影機(jī)，因?yàn)橥队皺C(jī)工作一段時間后，產(chǎn)生較大熱量，引起疊放架發(fā)生熱漲冷縮情況，導(dǎo)致上下兩臺投影機(jī)相對位置發(fā)生細(xì)微偏移。解決方法：在課間休息時間，老師使用投影遙控器微調(diào)“調(diào)整投影機(jī)位置”，使其達(dá)到最佳投影狀態(tài)。

（3）在中央控制器上進(jìn)行多信號源間切換的過程中，有時會出現(xiàn)投影機(jī)無信號提示信息。解決方法：重新啟動投影，問題就可以解決。

3D多媒體教室建設(shè)，目前在國內(nèi)處于起步階段。時代變化的思考中，筆者如何在數(shù)字化時代做好教學(xué)工作，3D多媒體教學(xué)將是又一次推進(jìn)教學(xué)改革和提高教學(xué)質(zhì)量的重要手段。根據(jù)教育部加速教育信息化，以信息化促進(jìn)教育信息化發(fā)展的要求。筆者將在3D多媒體教室建設(shè)實(shí)踐中，不斷的改進(jìn)3D多媒體教學(xué)技術(shù)，改善3D多媒體教學(xué)環(huán)境，提高3D教學(xué)效果。

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3D Multimedia Classroom design under the perspective of innovative thinking

From the perspective of 3D innovative thinking， this article aims to probe into and summarize a series of simple and practical steps for designing 3D Multimedia Classroom based on the principles of 3D and multi-media teaching design. It is hoped that the article can provide teachers with instruction and reference to make their 3D teaching courseware more vivid and attractive.

3D Multimedia Classroom； high school； university； education method

G64

A

1008-1151（2016）02-0136-03

2016-01-10

廣西壯族自治區(qū)衛(wèi)生廳自籌經(jīng)費(fèi)科研課題“構(gòu)建口腔根管手術(shù)顯微鏡3D成像系統(tǒng)”（Z2015069）。

玉琨（1976－），男，廣西桂林人，廣西醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院工程師，研究方向?yàn)?D技術(shù)系統(tǒng)集成。

鄺海（1967－），男，廣西南寧人，廣西醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院副教授，研究方向?yàn)獒t(yī)療領(lǐng)域3D技術(shù)系統(tǒng)集成。