全息投影技術(shù)(front-projected holographic display)也稱虛擬成像技術(shù)是利用干涉和衍射原理記錄并再現(xiàn)物體真實的三維圖像的記錄和再現(xiàn)的技術(shù)。
其第一步是利用干涉原理記錄物體光波信息,此即拍攝過程:被攝物體在激光輻照下形成漫射式的物光束;另一部分激光作為參考光束射到全息底片上,和物光束疊加產(chǎn)生干涉,把物體光波上各點的位相和振幅轉(zhuǎn)換成在空間上變化的強度,從而利用干涉條紋間的反差和間隔將物體光波的全部信息記錄下來。記錄著干涉條紋的底片經(jīng)過顯影、定影等處理程序后,便成為一張全息圖,或稱全息照片。
其第二步是利用衍射原理再現(xiàn)物體光波信息,這是成象過程:全息圖猶如一個復(fù)雜的光柵,在相干激光照射下,一張線性記錄的正弦型全息圖的衍射光波一般可給出兩個象,即原始象(又稱初始象)和共軛象。再現(xiàn)的圖像立體感強,具有真實的視覺效應(yīng)。全息圖的每一部分都記錄了物體上各點的光信息,故原則上它的每一部分都能再現(xiàn)原物的整個圖像,通過多次曝光還可以在同一張底片上記錄多個不同的圖像,而且能互不干擾地分別顯示出來。
2013 年 9 月 13 日,去世 18 年的歌手鄧麗君“穿越時空 210 秒”,與男歌手周杰倫同臺對唱,別具一格的全息投影技術(shù)很快成為新聞媒體報道的熱點,引起人們極大的興趣和關(guān)注。全息投影設(shè)備價格較高,一般應(yīng)用于商業(yè)展覽或影視特效中。對于廣大中小學(xué)科學(xué)教師來說,只要應(yīng)用生活中常見的實驗器材,花費很低的經(jīng)濟成本,同樣可以制作簡易的全息投影演示實驗,帶給學(xué)生新奇的科學(xué)體驗與樂趣。
全息投影原理
全息投影技術(shù)也稱虛擬成像技術(shù),利用光的干涉和衍射原理,記錄并再現(xiàn)物體真實的三維圖像。
第一步是利用干涉原理記錄物體光波信息,被攝物體在激光輻照下形成漫射式的物光束;另一部分激光作為參考光束射到全息底片上,和物光束疊加產(chǎn)生干涉,把物體光波上各點的位相和振幅轉(zhuǎn)換成在空間上變化的強度,利用干涉條紋間的反差和間隔,將物體光波的全部信息記錄下來。記錄干涉條紋的底片經(jīng)過顯影、定影等處理程序后,便成為一張全息圖,或稱全息照片。
第二步是利用衍射原理再現(xiàn)物體光波信息,這是成像過程。全息圖的每一部分都記錄物體各點的光信息,能夠再現(xiàn)原物的整個圖像,通過多次曝光可以在同一張底片上記錄多個不同的圖像,互不干擾地分別顯示出來。全息投影系統(tǒng)將三維立體畫面懸浮在實景半空中,畫面的對比度和清晰度高,有空間感和透視感,營造了亦幻亦真的神奇氛圍。依據(jù)實現(xiàn)技術(shù)手段與途徑的不同,全息投影分為兩類。
1)透射全息投影:通過向全息投影膠片照射激光,從另一個方向來觀察重建的圖像。透射全息投影可以使用白作者:麻艷華、覃園園,廣西民族大學(xué)理學(xué)院物理實驗室,研究方向為物理實驗與教育裝備(530006)。色光來照明,廣泛應(yīng)用于信用卡防偽和產(chǎn)品包裝等領(lǐng)域,通常在一個塑料膠片形成表面浮雕圖案,通過背面鍍上鋁膜,光線透過膠片得以重建圖像。
2)反射全息投影。使用白色光源,從和觀察者相同的方向照射膠片,通過反射重建彩色圖像。鏡面全息投影利用控制鏡面在二維表面上的運動,制造三維圖像。
簡易全息投影設(shè)備制作
應(yīng)用于商業(yè)展覽或影視特技的全息投影需要復(fù)雜的制作技術(shù)與專業(yè)設(shè)備 。為了向青少年普及科學(xué)知識,介紹前沿科技新成就,教師利用身邊的簡易器材,同樣可以制作出具有立體效果的全息圖像。
實驗原理 利用 4 個半透面對光線的折射和全反射,把屏幕上的視頻源文件反射。由于視頻源文件同時有圖像的前、后、左、右 4 個面,4 個面同時投影形成全息效果。原理圖如圖 1 所示。
制作材料與過程 能夠形成單屏投影的設(shè)備(包括手機、平板電腦)、各種透明薄板(如亞克力板、塑料板、 PVC 板、手機貼膜等)。由于四棱椎體是最簡單的制作,以下詳細(xì)介紹全息投影制作過程以及注意事項。
1)確定四棱椎體的幾何形狀與大小。本實驗制作的投影設(shè)備由透明塑料等材質(zhì)構(gòu)成棱錐、覆蓋在上方的單屏投影源構(gòu)成(圖 2)。光線由投影源發(fā)出,在棱錐側(cè)面產(chǎn)生全反射,進(jìn)入觀察者眼睛。如果能夠使每個側(cè)面反射的光線恰好構(gòu)成三維物體的不同側(cè)面,觀察者從不同方向觀看,就大限度地實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo),達(dá)到教學(xué)要求。要做到這些,教師必須要全面提升自身素質(zhì),努力掌握現(xiàn)代信息技術(shù),學(xué)會利用網(wǎng)絡(luò)資源,以此充實和豐富教學(xué)內(nèi)容;在制作課件時應(yīng)該盡量親自動手,把易被學(xué)生接受的自身風(fēng)格融入其中,既體現(xiàn)自己的教育理念,也易于學(xué)生掌握。同時,高校應(yīng)加強對英語教師課件制作技能的培訓(xùn),既要使課件易于教師制作,又要易于學(xué)生理解。
結(jié)語
知識經(jīng)濟全球化的趨勢向高等教育提出新的挑戰(zhàn),要適應(yīng)這一新的發(fā)展趨勢,不管是作為教育者的教師,還是作為被教育者的學(xué)生,都必須要具有實踐能力和創(chuàng)新精神。將多媒體運用于大學(xué)英語教學(xué)是培養(yǎng)適應(yīng)社會發(fā)展的復(fù)合型人才的有效途徑,它極大地改善了教師的教學(xué)方式,使教師走出繁重的教學(xué)活動,用更多的時間和精力去真正實現(xiàn)對學(xué)生的全面教育。作為現(xiàn)代大學(xué)英語教師,應(yīng)主動適應(yīng)現(xiàn)代社會的發(fā)展,熟練運用多媒體技術(shù),創(chuàng)造富有生機與活力的課堂,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力,全面提升大學(xué)生英語綜合運用能力,以在激烈的市場競爭中立于不敗之地。