吳婷婷 陸建隆

摘 要：偽全息3D顯示技術(shù)起源于佩珀?duì)柣孟?，是利用光學(xué)原理使影像經(jīng)投影后產(chǎn)生與全息投影相似的立體圖像。偽全息3D技術(shù)在當(dāng)今人們的社會(huì)生活中有三種典型的應(yīng)用，同時(shí)其在創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，作為低成本的現(xiàn)代技術(shù)走進(jìn)學(xué)生的探究活動(dòng)課堂，并引發(fā)學(xué)生對(duì)未來(lái)從事科技職業(yè)的思考上具有教育價(jià)值，啟迪了現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)與科技、生活的聯(lián)結(jié)。

關(guān)鍵詞：偽全息技術(shù)；低成本；教育價(jià)值

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2016）9-0054-3

1 偽全息技術(shù)的起源及與全息技術(shù)的區(qū)別

偽全息3D技術(shù)起源佩珀?duì)柣孟螅≒eppers ghost）技術(shù)，距今已有100多年歷史。佩珀?duì)柣孟蠼?jīng)常使用于劇院和魔術(shù)表演中，最具代表的是迪士尼樂(lè)園的鬼屋設(shè)計(jì)。其基本原理為，在黑色背景下，通過(guò)一種反射率和折射率均為50%材質(zhì)的鏡子，使物體在人眼中的成像由鏡子反射至人眼的圖像和物體折射的虛像兩部分的疊加組成，從而產(chǎn)生一種幻象感覺(jué)。

佩珀?duì)柣孟蟮囊豁?xiàng)成熟應(yīng)用是“裸眼3D顯示技術(shù)”，也叫偽全息3D顯示。它是指若投影源的圖案周圍背景為純黑色，在透明背景的現(xiàn)實(shí)空間里能夠產(chǎn)生物體懸浮在空氣中的虛像。這種投影產(chǎn)生的視覺(jué)效果與全息顯示投影極其相似，但是二者實(shí)現(xiàn)的原理不同。全息技術(shù)是利用光的干涉和衍射的原理來(lái)記錄物體三維圖像的技術(shù)。全息圖像是真正的“三維圖像”，而如由佩珀?duì)柣孟蟮纫暡詈铣傻膱D像只是“準(zhǔn)”三維像，故叫“偽全息3D顯示技術(shù)”（Pseudo holographic 3D display technology）。

2 偽全息技術(shù)的應(yīng)用

目前，偽全息技術(shù)主要有三種應(yīng)用，一種是“偽立體投影”，表現(xiàn)為將投影機(jī)直接背投在投影膜上。如在初音未來(lái)洛杉磯演唱會(huì)上就是使用德國(guó)Sax 3D 公司開(kāi)發(fā)的全息箔投影顯示屏。該屏幕可以不受其他角度光線的干擾而顯示某一特定角度的圖像。（圖1）。

另一種偽全息技術(shù)的應(yīng)用，是采用放映機(jī)或其他投影光源利用光線先在與地面成45度的透明平坦的面上發(fā)生反射后進(jìn)入人眼的視覺(jué)技術(shù)。如果反射面周圍的背景光線比較黑暗，會(huì)產(chǎn)生物體是立體呈現(xiàn)在人眼前的幻象。這種投影的舞臺(tái)效果非?？犰牛枋种芙軅惻c鄧麗君實(shí)現(xiàn)跨時(shí)空同臺(tái)演唱就是運(yùn)用了此原理。原理圖如圖2所示。

第三種應(yīng)用是360度偽全息成像技術(shù)。它由兩部分組成，第一部分是視頻，一個(gè)視頻界面同時(shí)顯示所要投影的二維物體的四個(gè)不同的角度。第二部分是由透明材料制成的四棱錐體。視頻經(jīng)四棱錐體折射45度成像并匯集到一起后形成具有感觀維度的立體影像。

3 偽全息技術(shù)在物理教學(xué)中的教育價(jià)值

3.1 作為視聽(tīng)媒體，創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境

根據(jù)戴爾的經(jīng)驗(yàn)之塔理論，教育教學(xué)要由具體經(jīng)驗(yàn)入手，再向抽象過(guò)渡。有效的學(xué)習(xí)之路應(yīng)以具體經(jīng)驗(yàn)為支柱。塔中的視聽(tīng)媒體層，能夠給學(xué)生提供較之單純的語(yǔ)言和視覺(jué)符號(hào)更為直觀和容易理解的經(jīng)驗(yàn)，并能夠不受時(shí)空的限制，彌補(bǔ)其他直接經(jīng)驗(yàn)方式的不足之處。3D偽全息影像作為一種視聽(tīng)媒體，加上其本身具有的立體感和變幻的美感能夠有效地為學(xué)生提供富有吸引力的學(xué)習(xí)情境，幫助學(xué)生進(jìn)行積極的知識(shí)建構(gòu)。

3.2 作為低成本的新技術(shù)走進(jìn)學(xué)生的拓展探究活動(dòng)中

課改實(shí)施的核心是要突出學(xué)生的主體地位，倡導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與、探究發(fā)現(xiàn)、交流合作的學(xué)習(xí)方式，在經(jīng)驗(yàn)或?qū)W習(xí)知識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行大膽的想象、構(gòu)建新的圖像，提出自己的看法，并勇于嘗試 [6]。偽全息技術(shù)涉及光學(xué)知識(shí)可供學(xué)生分析，而且現(xiàn)象十分有趣奇特，在捕獲學(xué)生吸引力的同時(shí)可引導(dǎo)學(xué)生探究現(xiàn)象出現(xiàn)的條件。鼓勵(lì)學(xué)生利用生活中現(xiàn)有的材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，逐步實(shí)現(xiàn)從模仿階段到再造階段到最后的創(chuàng)新階段。并在活動(dòng)過(guò)程中使學(xué)生學(xué)會(huì)自主合作探究的學(xué)習(xí)方式。

自初音未來(lái)演唱會(huì)后，自制偽全息3D舞臺(tái)在網(wǎng)上非常流行，材料與制作步驟在相關(guān)貼吧均可以搜索到。由于偽全息投影技術(shù)涉及的光學(xué)原理比較簡(jiǎn)單，教師在講授光的反射知識(shí)點(diǎn)時(shí)可將制作偽全息3D舞臺(tái)作為課外拓展實(shí)驗(yàn)。如提前布置相關(guān)家庭作業(yè)讓學(xué)生自主搜集材料，教師提供視頻資源，并以小組形式合作制作。

所用材料有：手機(jī)、厚紙板、黑色鼠標(biāo)墊、量角器、剪刀、尺、iPad貼膜、透明膠帶等。制作步驟：1.在紙上畫一個(gè)底邊長(zhǎng)為手機(jī)屏幕寬長(zhǎng)度，頂角為70.5度的等腰三角形；2.在iPad貼膜上用黑色水筆（后期用紙巾擦去黑色痕跡，保證貼膜干凈透明）將其三角形輪廓描出，剪4個(gè)該等腰三角形；3.用透明膠帶將4個(gè)三角形拼接成四棱錐；4.用厚紙板制作簡(jiǎn)易播放舞臺(tái)，厚紙板所搭舞臺(tái)高度要略高于四棱錐高度；5.用會(huì)聲會(huì)影等視頻處理軟件把教師提供的由4個(gè)單一角度拍攝的視頻源素材整合到同一個(gè)畫面上，注意對(duì)稱性；6.將舞臺(tái)固定在黑色鼠標(biāo)墊上，播放視頻，觀察舞臺(tái)效果。分別如圖3、圖4所示。

學(xué)生小組在模仿網(wǎng)上流程制作出動(dòng)漫效果圖后，教師可利用學(xué)生產(chǎn)生的積極情感體驗(yàn)，趁熱打鐵鼓勵(lì)學(xué)生自主開(kāi)發(fā)與物理教學(xué)有關(guān)的視頻資源進(jìn)行制作，如制作簡(jiǎn)易地球模型，既可加強(qiáng)科學(xué)技術(shù)與物理學(xué)習(xí)的聯(lián)系又能培養(yǎng)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中開(kāi)拓創(chuàng)新的習(xí)慣。操作步驟不再具體贅述，視頻處理圖和成果圖如圖5、圖6所示。

3.3 實(shí)現(xiàn)在物理課堂中引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注現(xiàn)代科技的發(fā)展，引發(fā)未來(lái)從事職業(yè)的思考

當(dāng)今的時(shí)代是科技迅猛發(fā)展的時(shí)代，學(xué)生身處在現(xiàn)實(shí)的環(huán)境中自然而然地在體驗(yàn)著新技術(shù)所帶來(lái)的不同觀感和應(yīng)用價(jià)值。當(dāng)今的教育仍舊要契合“面向未來(lái)”的發(fā)展戰(zhàn)略，物理課堂不僅要成為實(shí)現(xiàn)傳授經(jīng)典知識(shí)之寶地，也能成為新技術(shù)的體驗(yàn)樂(lè)園。使學(xué)生能夠在情感態(tài)度與經(jīng)驗(yàn)上對(duì)當(dāng)今和未來(lái)科技生活作出積極的應(yīng)對(duì)，在物理教學(xué)中啟發(fā)學(xué)生對(duì)未來(lái)從事職業(yè)的思考與規(guī)劃，讓教育面向、啟發(fā)學(xué)生的未來(lái)。

偽全息技術(shù)3D顯示技術(shù)作為中學(xué)物理光學(xué)課外拓展實(shí)驗(yàn)，可為學(xué)生未來(lái)職業(yè)提供多項(xiàng)選擇。在視聽(tīng)覺(jué)方面，偽全息3D顯示實(shí)驗(yàn)的視頻資源的采集和處理任務(wù)為一部分學(xué)生提供了接觸和熟悉視頻編輯軟件的機(jī)會(huì)，可能成為學(xué)生萌生今后從事視頻處理相關(guān)職業(yè)理想的“夢(mèng)想種子”。在3D顯示舞臺(tái)制作方面，要求學(xué)生經(jīng)過(guò)精確的角度計(jì)算和高度設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)圖像能從手機(jī)立體地呈現(xiàn)在四棱錐中心面上。學(xué)生通過(guò)親身經(jīng)歷這個(gè)微型工程設(shè)計(jì)過(guò)程，能以預(yù)嘗工程師的角色扮演。同時(shí)，隨著小組合作進(jìn)行3D演示實(shí)驗(yàn)的制作與創(chuàng)新，以偽全息3D顯示技術(shù)為代表的新型科學(xué)技術(shù)很可能會(huì)成為學(xué)生實(shí)驗(yàn)期間熱烈討論的話題，而對(duì)當(dāng)前國(guó)際尖端技術(shù)（如3D打印機(jī)、云計(jì)算等）的關(guān)注必定又會(huì)反過(guò)來(lái)啟發(fā)和引導(dǎo)有些學(xué)生的未來(lái)職業(yè)規(guī)劃。

3.4 對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的啟示

偽全息3D技術(shù)作為一項(xiàng)廣泛應(yīng)用于舞臺(tái)表演中的技術(shù)引入物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，更好地將課堂情境和學(xué)生的生活情境相融合，使學(xué)生感覺(jué)到物理學(xué)不僅非常有趣更是非常有用。同時(shí)，作為一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)拓展教具，它在不增加實(shí)驗(yàn)成本的前提下，較之傳統(tǒng)的用半圓形玻璃磚觀察反射現(xiàn)象更加具有現(xiàn)代科技之味，學(xué)生思維能動(dòng)性也更活躍。在擴(kuò)展了學(xué)生技術(shù)視野的同時(shí)，更注重發(fā)展學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力，激發(fā)并培養(yǎng)學(xué)生將物理學(xué)的原理遷移到其他領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)思維，有利于學(xué)生對(duì)現(xiàn)有認(rèn)知基礎(chǔ)的超越。從而擺脫傳統(tǒng)的浮在世外桃源之外的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，真正做到物理學(xué)與生活、技術(shù)、社會(huì)的緊密聯(lián)系。這為教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)對(duì)于教具的選擇與技術(shù)、社會(huì)以及物理原理之間的融合帶來(lái)一些啟迪。

4 結(jié) 語(yǔ)

偽全息3D顯示技術(shù)因其簡(jiǎn)單的光學(xué)原理和酷炫的視覺(jué)效果在人們的生活中得到廣泛應(yīng)用。將偽全息技術(shù)引入物理課堂具有教育價(jià)值，啟示在教學(xué)中科技與生活、學(xué)習(xí)之間的緊密聯(lián)系。

參考文獻(xiàn)：

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（欄目編輯 王柏廬）