全息影像技术论文范文

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第1篇

关键词：赣文化；全息影像；信息资源；数据库；管理系统

中图分类号：TP315 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）29-0013-02

The Research of Construction Technique for Holographic Database Based on Jiang Xi Culture

XIA Wang-sheng

（School of Animation and Digital Arts， Communication University of China， Beijing 100024， China）

Abstract： In today's rapid development of information technology， holographic projection image technology in culture and arts industry more widely， how collected holographic form information resources to effectively integrate and manage it is particularly important. Construction technique for holographic database based on Jiangxi culture can classify and integrate the collected holographic form resources， and realize reasonable storage and management to the Jiangxi cultural information resources， and improve the efficiency of the use of information resources.

Key words： Jiang Xi culture； holographic image； information resources； database； management system

赣文化是中国文化的重要组成部分，具有悠久的历史和浓郁的民族特色。基于赣文化的全息影像数据库系统能够把赣文化中的核心元素以立体全息影像的方式呈现出来，成为数字时代展现和发扬中华民族文化的新方式。

全息投影技术是利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像的记录和再现的技术，本质上是通过在空气或者特殊的立体透明棱锥内部形成立体的影像[1]。不同于平面银幕投影仅能在二维介质表面上显示二维的图像或视频信息，全息影像投影通过透视、阴影等效果可以实现立体感的内容，全息投影技术可以真正呈现3D形式的影像，可以从360°的任何角度来观看影像的不同侧面，实现文字、动画影像与虚拟现实等之间的完美融合，使得艺术创作作品的形态由静止的平面走向动态逼真的三维立体空间，对人们的视觉效果产生强力的冲击和震撼效果，图1中显示的是江西傩文化全息视频影像的一个画面。

图1 傩文化全息影像

基于赣文化的全息资源数据库一个最基本的功能在于文化内容数据化的整合与存储，因此创建一个容纳赣文化相关资料的数据资源库是未来应用于各种赣文化全息影像装置的基础。通过构建的全息视频资源库可以将收集而来的数据进行分类、整合和管理，实现在资源库内信息的存储、检索、查询、展示等功能。

在资源库中，把收集到的赣文化信息资源分为人文江西、红色江西和绿色江西三部分，每部分又下设若干子类，例如人文江西包括傩文化、陶瓷文化、茶文化等内容[2]。从存储格式上来分，资源库的资源包括文字、音频、图像和全息视频等四种形式的数据内容。由于它们的物理状态、文化表现形式、个体特性等因素各有其独有的特点，因此在资源的保存和管理方法上也不尽相同。

1 需求分析

由于资源库中包含大量的高精度图像与全息视频数据，信息量和存储数据量都是非常大，结构比较复杂，因此设计全息资源库时与常见的文本数据库不同，需要把大数据量的图像和视频信息单独存储，建立存储的物理位置与逻辑位置之间的关系库等[3]。

通过全息资源库的人机接口可以进行信息资源内容的查询检索、调用、资源库管理等功能，以及图像、音频和视频的播放等功能。管理员可以对全息资源库进行增加资源、删除资源和编辑资源等操作，以及具有普通数据库中常用的维护功能。用户可以通过系统界面来检索和查询自己感兴趣的内容，系统提供全面、清晰、有效、方便地查询、浏览以及调用和观看全息形式的视频等操作。

2系统架构

为了实现全息资源库的各项功能，同时保证资源库的方便灵活性和可扩展性，系统采用了B/S结构的系统构架。用户主要通过WEB浏览器与服务器和数据库进行交互，通过通用的浏览器就可以实现对资源库的所有访问。这种系统构架模式将实现资源库的核心部分存于服务器上，使资源库的发开和维护以及使用更方便和具有通用性，具有较高的工作效率。系统构架如图2所示，它基本上由客户端、服务器和数据库三层结构组成。

图2 资源库系统构架

资源库系统可分为前台与后台两个部分。前台是指用户可以通过网页或接口程序进行浏览，主要用于信息资源的检索、查找和显示内容等工作，后台是指管理人员对数据库中的数据信息进行编辑操作和对数据库的管理工作，主要包括系统管理、信息资源的添加、删除、修改以及管理前台页面的基本显示等功能。

全息资源数据库的后台采用MySQL数据库，MySQL是一个精巧的SQL数据库管理系统，并且是完全网络化的跨平台关系型数据库系统[4]，同时是具有客户机/服务器体系结构的分布式数据库管理系统。MySQL功能强大、使用简便、管理方便、运行速度快、安全可靠性强，能够为建立全息资源库和前端程序提供强大动力。

3 数据库设计

在全息资源库系统的开发过程中，数据库设计是创建资源库系统管理系统的基础，在系统开发和设过程中居于核心的地位。数据库结构设计要规范化，这将便于日后的数据管理，可以防止数据错误的发生[5]。

基于赣文化相关信息资源的收集和整理，包括文字、图像、音频和全息视频等资源，建立关系数据库表，同时避免数据的过度复杂和冗余。通过合理的分析，提取图像、音频和全息视频特征信息，建立关系数据库表，最后还要创建全息视频存储的物理位置与逻辑位置之间的关系数据库表等。

基于赣文化的全息数据库系统大致由以下五个模块构成：

（1）全息资源数据资料库。用来组织和保存全息视频、图像和音频等资源数据，这是调用和播放全息信息的素材库，存储的数据量是非常大的。

（2）资源特征数据库。用来保存从全息视频和图像、音频中提取的各种特征，把全息视频的物理位置与逻辑位置之间建立联系，本数据库的结构和存储与播放查询模块有紧密联系。

（3）查询与播放处理模块。此模块完成用户不同方式的下的查询和检索功能，检索出的全息视频可以选择调用并在全息投影设备上播放，此模块是数据库管理系统的重点。

（4）用户接口模块。此模块的开发与播放系统中的硬件设备关系密切，管理全息投影播放、查询输入、查询结果如何显示等功能。

（5）资源数据管理模块。管理员利用此模块可以实现对数据库中全息视频、图像和音频资源的管理功能，包括增加、删除和编辑资源，同时将同步编辑相应的视频特征数据库。

4 结束语

基于赣文化的全息资源库实现了对赣文化相关资源的收集、整合和存储，并以三维全息影像的形式把赣文化所表达的内容呈现给观者，在展示空间中呈现出立体、清晰、多视角的带有动画效果的三维影像，能够让观者身心沉浸其中。

运用全息资源库技术一方面能对文化资源进行数字化存储，另一方面能以立体影像方式完整再现历史文化，这对于文化遗产的传承具有重要的意义。随着虚拟现实和全息技术的发展，它必将在文化和艺术的存储与展现方面大放异彩。

参考文献：

[1] 刘姣. 关于建设“沉浸式”全息化数字博物馆的构想[J]. 才智， 201（13）：330.

[2] 佟婷，宴紫昭. 从体验性角度浅析全息技术与非物质文化结合的意义[J]. 电视研究，2015（8）：45.

[3] 李逸波. 多媒体数据库技术[M]. 北京：机械工业出版社，2004.

第2篇

关键词：3D技术；裸眼3D；全息影像技术

1 3D技术起源及原理

人眼产生3D视觉的秘密――偏光原理：

人眼在看任何物体时，由于两只眼睛在空间有一定间距约为5cm，即存在两个视角。这样形成左右两眼所看的图像不完全一样，称为视差。这种细微的视差通过视网膜传递到大脑里，就能显示出物体的前后远近，产生强烈的立体感。这是1839年，英国科学家温斯特发现的一个奇妙的现象，至今为止几乎任何3D影像技术都是基于这个原理开发的。

2 3D技术发展状况

2.1 3D成像技术种类

3D成像技术有很多种，分为不闪式3D技术、互补色技术、时分法技术、光栅式技术、普式技术、全息式技术等。而其中以时分法为当今所广泛应用，而不闪式技术和互补色技术也有着较为广泛的应用。为了方便说明我们用互补色技术解释立体电影的形成（光的三原色原理――红、绿、兰）

⑴互补色技术是目前比较多电影院采用的技术，依据人眼的成像原理，以两台摄影机模拟人眼左右眼所成的像。再在放映过程中使用两台放映机它将不同视角上的成像用不同的颜色印刻在同一副画面下，互补色3D眼镜采用的技术也就是色分法，色分法会将两个不同视角上拍摄的影像分别以两种不同的颜色印制在同一副画面中。如果在这样的情况下，我们直接利用肉眼去观看红蓝、红绿等多种模式类的电影，就会出现模糊的重影图像。这样我们就无法观看到红蓝、红绿等多种模式类的电影的立体效果。再让用户通过红蓝立体镜片来观看到立体效果。由于技术成熟而且眼镜造价相对低廉，所以广为当今的电影院所接受。

⑵时分法即是（快门法）通过提高屏幕刷新率把图像按帧一分为二，形成左右眼连续交错显示的两组画面，通过快门式3D眼镜的配合，使得这两组画面分别进入左右双眼，最终在大脑中合成3D立体图像。计算机可以用显卡将普通2D影像生成3D效果，成为未来用户接触3D视觉的主流设备。它也包括红蓝色分法，但这只是为了让不具备硬件条件的用户也能体验3D视觉的次级方案，它主要是利用快门原理的时分法技术。

时分法3D视觉体验的质量取决于镜片液晶的偏转频率。要获得理想的视觉效果，显示器至少需要120Hz的刷新率，分配到每只眼睛上的图像刷新率是60Hz。这样视网膜影像残留效应，人就很难感觉出来，图像就不觉闪烁。

⑶不闪式3D 电视方式。不闪式3D使用特殊薄膜分离左右影像来体现3D影像。把分离左侧影像和右侧影像的特殊薄膜贴在3D电视表面和眼镜上，通过电视分离左右影像后同时送往眼镜，经眼镜的过滤，把分离左右影像送到各个眼睛，大脑再把这两个影像合成高清晰3D影像。因为不闪式3D能够体现1秒钟240张3D合成影像，没有重叠画面和拖拉现象，所以不闪式3D也被称作世界唯一的240赫兹3D电视。

2.2 裸眼3D显示技术

目前3D立体显示技术，大部分要依赖特制的眼镜，长时间的观看会有恶心眩晕等感觉。舒适度大大降低。由以下这两种技术（视差障壁；柱状透镜技术）的基础上改良而成的裸眼3D显示技术能较好解决这些问题，代表3D立体显示技术发展前沿。

⑴视差障壁技术。在显示器和眼睛之间设置一个栅栏式的挡板，就可以改变奇、偶列图像的光线走向，使之分别送达左、右眼，形成立体视觉效果。这种方法的双眼视图也是位于屏幕上的奇列和偶列分区，实施是用一个开关液晶屏、偏振膜和高分子液晶层，利用液晶层和偏振膜制造出一系列方向为90°的垂直条纹宽几十微米。通过它们的光就形成了垂直的细条栅模式，称之为“视差障壁”。通过一系列的缝隙来观看奇、偶列图像，这样的装置使左、右眼能分别看到对应的图像，形成立体视觉效果。

缺陷：由于视差障壁，亮度会降低，分辨率也降低，导致清晰度将降低。

⑵柱状透镜技术。在显示器前面板镶上一块柱透镜板（透镜板由细长的半圆柱透镜紧密排列构成）组成裸眼立体显示的光学系统，像素的光线通过柱透镜的折射，把视差图像投射到人的左、右眼，经视觉中枢的立体融合获得立体感。

优点：亮度不受到影响，3D显示效果更好。

缺点：相关制造与现有LCD液晶工艺不兼容，需要投资新的设备和生产线

为了克服上述不足，还有一些改进版的新技术：

⑶MLD技术―微位相差板法。使用微位相差板改变光的偏极态来分离左、右眼视图。也是使用视差图像来实现立体场景，两幅图像分别显示在奇列分区和偶列分区。

优点：观看3D影像时，不会产生眩晕、头疼及眼睛疲劳；分辨率高；可兼容文字等二维影像和3D影像；可视角度大。

⑷指向光源技术。这种裸眼立体显示器在LCD像素后面使用线光源提供背光照明，密集的线光源照明使奇、偶列像素的图像传输路径产生分离，分离后的视差图像能分别到达对应的眼睛.全部像素被分为奇、偶列交错的两个显示单元。用来显示具有视差的立体对图像。

优点：分辨率、透光率较高，能沿用现有的设计架构，3D显示效果出色

缺点：技术产品还不成熟。

2.3 全息影像技术

人类之所以能感受到立体感是由于人的两眼视差。根据这个原理，可以将3D显示技术分为两种：一种是利用人眼的视差特性产生立体感；另一种则是在空间显示真实的3D立体影像，如基于全息影像技术的立体成像。全息影像是真正的三维立体影像，用户不需要佩戴带立体眼镜或其他任何的辅助设备，就可以在不同的角度裸眼观看影像。全息显示技术的问世给真正的立体三维电视带来了希望之光。全息电视与立体电视相比，其优越之处不仅仅在于立体三维图像更接近于物体自身，而且还要从人眼对物体深度感在生理上的心理暗示来加以考虑。

⑴3D全息影像技术简介。全息技术最早是应用在照相上的。它实际上是利用了光的干涉原理。把物体特有的光波资讯记录在感光材料上，经过显影定影处理後，得到一张全息图。这张全息图上面是没有图像的。要想看到图像，就是要使光波重现。重现的图像与原物一模一样，如同透过窗口观看外面的景物一样。移动眼睛可以看到物体的不同侧面。观看前后不同距离的景物时，效果更加出色，与看话剧演出没什么两样。

世界上最酷的透明玻璃电视―CLARO推出了一款以前从未见过的显示器――透明玻璃电视，名为“Holoscreen”。它不同于现在的任何一款电视，是全息技术与视觉审美的无瑕结合的产物。它可以接受所有输入格式。从电视、DVD、录影、个人计算机到笔记本，都能使用。可称得上是显示技术的大革命。

⑵3D全息影像技术产品。全息投影3D全息立体投影设备不是利用数码技术实现的，而是投影设备将不同角度影像投影至进口的MP全息投影膜上，让你看到不属于你自身角度的其他图像，因而实现了真正的3D全息立体影像，是近期非常流行的技术。可实现的全息投影从技术上分为三种。1）空气投影；2）激光束投影；3）日本公司研制了一种利用激光束来投射实体的全息影像投射方法。

以360全息成像为例，是由透明材料制成的四面锥体。当观众的视线透过椎体的一个面时，通过表面镜射和反射，能够从椎体内的空间里看到自由飘浮的影像。

2010年上海世博会中，多个国家馆就采用了全息投影技术，其亦幻亦真的感觉，带给人全新的视觉体验。可以把远处的人或物以三维形式投影在空气之中。《阿凡达》视觉团队把这一技术应用在湖南卫视2012跨年演唱会的舞台上，不必借助3D眼镜、IMAX屏幕，如幻似真的奇幻场面就呈现在舞台现场。全息投影技术本质上是通过空气或其它特殊的介质形成立体的影像，突破了传统的声、光、电等介质的局限性，成像色彩鲜艳，对比度、清晰度都非常高，强烈的空间感和透视感是这种技术最具魅力之处。全息投影有望超越当前的各种3D技术，成为终极立体显示解决方案。

3 3D技术发展前景

在激光全息技术中，全息显示技术由于更接近于人们的日常生活而倍受关注。它不仅可制出惟妙惟肖的立体三维图片美化人们的生活，还可将其用于证券、商品防伪、商品广告、促销、艺术图片、展览、图书插图与美术装潢、包装、室内装潢、医学、刑侦、物证照相与鉴别、建筑三维成像、科研、教学、信息交流、人像三维摄影及三维立体影视等众多领域，近年来还发展成为宽幅全息包装材料而得到了广泛的应用。由于白光再现全息技术可在白昼自然环境中或在普通白光照射条件下观看物体的三维图像，一直是研究全息技术的最新发展及运用，期待自身的努力使得全息显示技术得到了迅速的发展。

第3篇

“全媒体”作为一种媒介实践的形态是“媒介化社会”背景下中国影视传媒领域广泛采用的核心概念之一。概念的提出建立在传媒业界积极的探索和媒介资源整合实践的基础之上。“全媒体”概念的提出是以互联网为主导的数字化革命的必然结果。旨在建立某种新型的集媒介生产、传播、与媒介运营模式于一体的介质平台。它颠覆了传统媒介形式广泛意义上的生产消费观念。在全媒体语境下电视舞台美术设计可以选择众多的实现与表达方式打破了传统的单一形态提高增值效果；同时，“全媒体”加强了电视舞台美术设计中“技术”与“艺术”各媒介形态之间的相互交流和组合运用。

建立在电子技术基础上并经历了从模拟到数字、高清历程的视听艺术——电视，由于技术条件的限制在全媒体时代信息技术大爆炸的背景下其发展过程中诸多环节都遭到了限制。电视舞台美术在相当长的时期内依旧延续着传统意义上“画笔布景”的尴尬，与如火如荼的影视技术发展与革新之间形成了巨大的脱节现象。究其原因不难发现，技术的快速发展主要集中于后期剪辑等方面的应用，而电视舞台美术究根追底是移植于戏剧属于文化艺术的产物。戏剧舞台作为一种综合性的艺术形式具有丰富的内涵与外延，其艺术语言千变万化很难用一种媒介或技术形式进行表达；传媒技术的发展很难适应舞台设计多样性的要求。戏剧舞台历经千年发展已经形成了相对规范的发展程式与模式化表达手法，这也一定程度上与日益求新的电视艺术寻求新的艺术发展诉求相互矛盾，并成为当代舞台艺术人共同面临的挑战。

2 舞台美术设计的历史“溯源”

舞台美术设计的发展史也是其技术不断蜕变与革新的里程史，每一次舞台美术设计的重大发展身后都蕴含着技术的变革。舞台设计最初源于希腊原始的祭祀活动需求，雅典人依据自然山体形态筑建酒神剧场，容纳万人的观众席靠近接近于扇形的高坡上，可见早期的舞台形式主要是为祭祀和舞蹈提供场所，早期的舞台空间概念初步形成。中世纪以及文艺复兴等时期，出现了奥林匹克剧场，建筑师阿利奥提建立了第一个具有固定式属性的镜框式舞台并引入了幻觉式布景的概念，戏剧舞台也随剧场的变化开始走出“室内”进入自然。建筑与美术艺术家开始成为舞台设计的主导，相适应的关于舞台绘画学的研究也广泛开展，“透视画法”概念的引入正式宣告舞台布景设计时代的来临，尤其是意大利文艺复兴时期透视概念在舞台设计上应用所创造出纵深的广场视觉奇观强烈刺激和震撼了受众的审美心理与诉求。18世纪中叶之后，工业与人口的急剧增长导致了境况剧场与机械化舞台的诞生，1874年巴黎大歌剧院的落成华丽而庄严、豪华而颇具规模在建筑史和舞台美术史上都留下了光辉的一笔。科技足以支撑艺术家按照自己的意愿进行舞台的艺术化改造，画面幻觉的时代终究来临。近代以来，结构几何学理念以及透视在戏剧舞台设计中的创造性运用成为舞台设计空间感塑造的重要影响因子。舞台投影的发明更是颠覆了传统意义上机械师的人工舞台设计形式。舞台设计泰斗斯沃博达更是创造性的使用了投影，其舞台设计力图创造四维空间——时间与空间的结合体，在他的活动舞台与建筑中活动性成为组织舞台空间生气勃勃的力量。舞台美术经历了多种艺术思潮与流派争鸣的长时间的繁荣时期后伴随着技术的进步而获得了长足的发展。然而令人遗憾的是在19世纪后期以来戏剧舞台美术设计的发展呈现逐渐式微的倾向，传统的舞台制作程式与工艺理论呈现出逐渐脱节的现象而不能很好地满足人们日益增长的对戏剧艺术审美逐步提高的局面，即艺术家的创作欲望受到媒介技术手段的限制而为以后其自身舞台艺术的发展留下了隐患。

3 舞台美术发展的滞后——以电视舞台美术为例

诸多戏剧的元素被借鉴到电视这个新型的视听媒介中，自然而然的戏剧舞台美术也被应用到电视舞台设计领域之中。电视正如文艺复兴时期的建筑给众多的艺术家以施展才华的平台，一时间诞生出了一大批优秀的电视舞台美术设计师。然而电视艺术同样是建立在科技基础之上的，舞美设计师似乎被置于了边缘性的层面。舞台美术设计长期以来重视艺术专业与设计修养的发展提升上，戏剧舞台长期落后的生产、制作方式以及电视数字技术制作方式相融合也是重要的原因。直到新千年之后这种局面才有了不少的变化新技术的不断涌出为舞台美术设计注入了一丝活力。视频技术、激光电子技术、计算机微电子技术等闪亮登场标志着电视舞台美术大变革时代的到来，舞台美术的概念也突破了传统意义上电视技术和舞台艺术相互不匹配的问题，而舞台美术影像加入了动画合成、后期特效处理技术等大量电视制作方法，应用高科技影像技术将舞台美术演变成为一门新兴的舞台影像美学。

舞台设计的载体也发生了根本性的变化，屏幕影像代替传统意义上的布景画面绘画，虚拟科技世界进行自然的再现并适时根据节目需要进行不断调整，相较于传统舞台美术设计以真实材料作为具体的载体媒介进行表达具有极大的灵活性和新颖性，给观众营造一种奇特的视幻觉感官效果，舞美影像通过专业视频软件进行制作取代[( dylw.NEt) 专业提供专业论文写作和发表教育论文的服务,欢迎光临]传统戏剧舞美设计手锯、纸张、模板等真实物质材料为媒介进行的制作手法。这种技术的转变使舞台美术设计呈现出传统布景形式无法比拟的灵活性与时空性，创作者可以根据自己的主观意图表达任何想呈现的事物，动静结合、虚实相间极大提升观众的想象力，增加观众的心理感受进而对观众的假定性幻觉进行突破，观众如同置身于真实的视幻觉空间氛围中，产生如梦如幻的真实感。

第4篇

【关键词】视联网；虚拟现实；增强现实；接合自然；教学应用

【中图分类号】G40-057 【文献标识码】A 【论文编号】1009―8097（2011）04―0145―04

随着科技的发展与经济水平的提高，手机由于其功能强大，价格低廉的特点，被广泛应用于日常生活中，成为当前信息传递的主要工具之一。良好的人机交互性直接影响着学习者对其所呈现信息的接受效率。带有增强现实功能的智能手机将使人们的工作、学习与生活变得更加便捷也将会使学习更具意义。

一 相关定义

随着遥感技术（Remote Sensing，RS）、地理信息系统（Geography information systems，GIS）和全球定位系统（Global positioning systems，GPS）的发展，及空间信息处理技术的不断成熟，空间数据可视化已成为人们认知空间的重要组成部分，多维和多时相数据信息及过程的显示能有效地帮助用户增强获取空间信息能力。

1 虚拟现实

虚拟现实（Virtual Reality，VR）是运用计算机图形系统、各种显示及控制等接口设备，在计算机上生成可交互的三维环境，以帮助用户提供沉浸感觉的技术。VR比传统的空间信息可视化更具沉浸感、交互感与想象感。强调在虚拟环境中的视觉、听觉、触觉等感官的完全浸入，将用户抛离现实世界而完全沉浸于由计算机所控制的虚拟信息空间之中。

2 增强现实

增强现实（Augmented Reality，AR）是在虚拟现实技术的基础上，将计算机所生成的虚拟物体、虚拟场景等内容叠加到现实情境之中，对当前用户所感知的真实情境进行“扩张”。随着计算机视觉技术的发展AR系统模型更具灵活性、真实感。

3 接合自然

接合自然（Articulated Naturality）是将虚拟对象与现实世界进行无缝结合，摆脱传统的机械互动，帮助用户走出机房，摆脱鼠标、键盘的束缚，使人们获取信息的手段回归自然。接合自然技术使AR的功能得到了加强与延伸，为AR在移动终端设备中的应用提供了技术支持，也使AR技术在人们的工作、学习与生活中得到了更广泛的应用。

二 “视联网”支持的增强现实技术

以往的增强现实系统对显示器配置以及虚拟对象制作技术要求较高，无法真正将现实环境与虚拟信息进行实时高效的衔接。颗豆柏德公司作为全球领先的接合自然移动服务供应商，将视联网（Articulated Naturality Web）技术植入手机，让更多的用户使用到这一先进技术。视联网所强调的是接合自然与网络服务的完美接合，将空间数据可视化，通过手机屏幕呈现“增强”后的数字画面，让用户有更深层次的体验。例如，用手机摄像头拍摄天空，屏幕上会叠加一天的天气情况。拍摄某一名胜古迹，就可以获取相关信息等等。“视联网”支持的AR服务在丰富人们获取信息方式的同时也使信息更具实时的互动性与实用性。

1 功能特点

（1）现场性

“视联网”支持的增强现实技术应用更具现场性。AR将虚拟对象与真实环境进行自然融合，呈现给用户一个真实的新环境，用户所感知到的只有虚拟对象与现实世界相结合的唯一世界。用户可以从各个角度，甚至可以进入虚拟对象的内部进行观察，使用户更直观地掌握和理解学习对象，更深刻的认识和理解客观事物的本质及规律。AR系统更加强调现实世界的重要作用，将用户在现实世界的存在性与其感官效果达到有效统一，使用户沉浸感增强。

（2）开放性

“视联网”支持的增强现实技术更具开放性。用户通过支持AR功能的网络平成信息共享。以SPRX mobile公司的Layar软件为例，用户将手机摄像头拍摄某一图书馆，手机屏幕上就会呈现此图书馆的藏书信息。不仅如此，Wikitude世界浏览器，用户除了能够查看已有信息外，还可以通过Wikitude软件编写、分享信息，并采用维基模式进行数据维护，充分体现了Web3.0时代的网络资源共建与共享理念。[1]

（3）实时互动性

“视联网”支持的增强现实技术更具实时互动性。AR系统要求当用户的位置和视线方向发生变化时，计算机所生成的虚拟对象也要实时地发生改变。增强现实技术按照用户要求将系统所产生的三维虚拟对象或虚拟信息实时叠加到用户所处的真实环境的视频流当中，此时虚拟对象随着用户周围真实场景而变化，使这种复合视觉效果变得更加完美与真实。同时，用户可以在真实场景中与虚拟对象进行交互。以手机为终端的AR交互方式更为自然。用户利用手机摄像头捕捉真实的动态画面，再通过陀螺仪和重力感应识别等功能完成用户动作、方向和位置的改变，通过手机与周围环境进行实时互动。

（4）实用性

“视联网”支持的增强现实技术更具实用性。目前，谷歌、诺基亚、三星、iPhone多款手机都具有AR系统。[2]以iPhone上的TwittARound软件为例，只需将摄像头对准天空就可以判断当前的天气状况。手机中的AR已经被应用于商业、游戏、旅游等领域。以智能手机代替昂贵的AR设备，使这一技术的应用更广泛。

2 关键技术

构造一个AR系统需要解决很多的关键技术问题，主要包括输出技术、跟踪和定位技术、界面与可视化技术以及标定技术。[3]

（1）输出技术

AR系统输出单元呈现的是虚拟世界与现实世界合成的平面影像或者全息影像。AR系统通过输入、分析、处理等一系列的流程把相关信息进行转换加工，最终要通过输出单元进行显示，来反映出所表示的信息。而人脑所感知事物的信息，大部分来自视觉，视觉是人最主要的感觉通道。因此，AR系统中输出技术甚为关键。AR系统输出设备包括：头箍显示器、手持显示器和投影显示器。在移动手机终端中所采用的显示设备是手持显示器。它属于平面LCD显示器的一种，使用捆绑的摄像机提供基于视频透视的增强。手持显示器充当一个窗口或放大镜，显示用VR覆盖的真实对象。而更先进的是投影显示器，即把所需的虚拟信息直接投影到真实对象上进行增强，用户通过手机屏幕进行观看。

（2）跟踪和定位技术

为了实现积极有效的交互，并实现互通互联的访问，AR系统需要进行跟踪和定位，准确地获取用户的确切位置以及视域方向，以确定观察点和虚拟生成的物体在三维场景中的准确位置。目前在准备好的室内环境中能够实现较好的定位效果。当用户处于室外、移动的环境中，AR利用移动终端内置的一系列传感器。例如，相机、罗盘仪、GPS和惯性加速器等收集数据，跟踪计算对象在户外的实时位置，使用户能够与周围有趣或有用的目标物体进行交互。

（3）界面与可视化技术

用户能够与AR系统进行交互，并且能够有效地将交互信息在显示器上完美呈现，是许多研究人员正在考虑的问题。在室外移动的真实环境中与虚拟信息进行实时交互存在困难，于是研究人员将目光转向了智能手机软件开发来解决此类问题。

（4）标定技术

“视联网”支持的增强现实要进行精确的定位就需要进行大量测量与标定。例如，手机摄像机参数、视域范围、传感器偏移、对象定位与变形等。在手机系统中采用LBS（基于位置的服务）来标定用户所在的地理空间位置并提供与其相关的各类信息服务。常用的POI（Point of Interest）包括三个维度的信息：名称、类别与坐标（精度、纬度）。系统利用手机自带摄像头定位虚拟对象的三维数据：GPS坐标、数字罗盘测定的手机朝向 、加速器测量的设备与地面夹角度数。用户需要通过这三个参数对显示屏中真实景物与虚拟对象进行标注与修改，否则当与其他用户的这三个参数不匹配时，用户所观看的信息将产生偏移。

三 基于“视联网”的增强现实技术在教学中的应用

目前，增强现实技术已经被广泛应用于互联网、游戏娱乐、医疗、军事、商务、旅游、工业等方面。[4]过去由于增强现实技术与设备成本较高，未被真正应用与教学当中。近年来随着移动技术的迅猛发展，研发人员将手机作为AR系统应用新平台，结合“视联网”技术，使AR系统应用更趋于平民化，也更具实用性。

以下笔者结合“视联网”支持的增强现实技术特点阐述其在教学中的应用：

1情境教学

“视联网”支持的增强现实技术比以往的增强现实技术更具现实性与真实性。为教师进行情景教学提供了更为真实的学习情境。情景教学是在教学过程中，教师有目的地引入或创设具有一定情绪色彩的，形象的、生动的、具体的场景， 以此引起学生情感态度的体验，帮助学生深入了解学习内容或学习对象。在情境教学过程中更注重情境性的创设，真实的活动及文化背景利于学习者知识的获得、应用与情感的体验。当学习者处于某一学习环境中时，虚拟信息就会通过手机推送给学习者有关信息将现实世界进行增强，帮助情境创设。诺基亚“即指即现”功能是一种新型的手机信息服务。用户将他们可接入互联网的手机的摄像头对准实际的目标物体后，手机显示屏就会显示与之关联的数字内容及服务。[5]目前，我国正在使用增强现实技术进行圆明园重建。学习者通过手机此功能观看虚实接合的影像，并可以将其存储纪念。它将学习者置身于圆明园真实的环境中，再对环境进行增强，不仅能帮助学生加强对历史或建筑等相关知识的记忆，更能激发学习者的爱国热情。

2 教育游戏

“视联网”支持的AR教育游戏为体验式学习提供了良好的学习途径。体验式学习是通过实践参与认识学习对象或学习内容的学习方式，注重教学媒体的可视、可听、可感与实时互动。AR技术能够对微观世界、自然环境等进行模拟增强，通过智能手机终端实现与其进行实时交互。AR功能的教育游戏可以让不同地理位置的玩家，以虚拟身份共处于同一场景中进行实时互动游戏。玩家通过竞争在虚拟的世界中树立自己的身份与地位，引起学习兴趣，激发学习热情，使教育游戏更具沉浸感。“视联网”支持的AR教育游戏不受动作、性别、年龄、身份等特性的限制使此类游戏吸引了更多的用户， 利于群体资源共享与激发学习兴趣。[6]

3 活动教学

活动教学是指在实践活动中的教学，是在教学活动过程中构建具有教育性、实践性与创造性的主题活动，以此为中心组成学习团队，通过教师或团队成员之间的相互帮助，激励学习者主动参与、主动实践、主动探索、主动创造及资源分享，使问题得到解决。活动教学效果不仅取决于活动主题的选择、活动设计与组织，在过程进行中，学习者能否及时便捷地获取信息，也是影像活动教学效果的关键因素。“视联网”支持的AR技术能够及时获取与分享学习资源。实时而又具有交互功能的信息系统在活动学习过程中提高了信息的搜集、获取、分享效率，有效提高了学习者的学习效率与热情。增强现实将提供全新的搜索模式，以图片代替文字自动搜索，学习者用手机摄像头照下某物体，程序对捕获的图片进行分析识别后进行搜索，丰富了信息搜索方式，提高信息搜索效率，帮助学习者即时拍摄获取相关信息。利用“视联网”支持的AR技术实时发表言论，在线的交流， 通过SekaiCamera 手机软件，将学习者对某一事物的评论，图片和动画等叠加到通过iPhone摄像头捕获的影像上，将自己公开的言论显示在真实的摄像当中，激发学习者头脑风暴。

4 操作技能培训

AR使操作技能培训更具现实性与真实性。“视联网”支持的AR设备使学习者通过手持屏幕得到虚实叠加的模拟场景，引导学习者融入角色，它比传统的操作技能培训方式更具趣味性与实用性。通过陀螺仪和重力感应技术判断学习者的操作或地理位置的变化，改变屏幕显示的内容信息。例如，在医学解剖课程学习过程中，学习者通过AR软件将虚拟的生命体、机械器材与真实的场景相融合，通过拖动或点击屏幕认识对象组成、解剖知识及器械操作等内容，通过屏幕观察试验结果影像，也可以将其作为视频资料存储便于的巩固学习。AR使操作技能培训更加具有趣味性与安全性，同时也降低了实验成本。

四 展望

基于“视联网”的增强现实技术给人们带来更多的惊喜。目前，已有众多AR软件被应用于智能手机当中，虽然目前还没有一款软件是针对教育而开发，但随着相关技术的发展和人们对教育关注度的提高，将会有优质的AR教育软件问世。AR手机终端由于其成本低、便携带以及实时交互等特点将成为未来教学的重要工具。

参考文献

[1] 增强现实――未来移动用户的终极体验[OL].

< >

[2] 陈靖,王涌天,郭俊伟,刘伟. 增强现实技术在智能手机上的应用[J].电子科技大学学报, 2010,(39):80-82.

[3] 齐越,马红妹.增强现实:特点、关键技术和应用[J].小型微型计算机系统, 2004,(25):900-903.

[4] AR技术,用数字改变现实世界[OL].

[5] 诺基亚增强现实技术 亮相世博芬兰馆[OL].

[6] 徐媛.增强现实技术的教学应用研究[J].中国远程教育, 2007,(10):68-70.

Based on " Articulated Naturality Web " Augmented Reality in Teaching Research

LI Ting1ZHU Kun2LI Ziyun3

(Information Communication College, Xuzhou Normal University, Xuzhou, Jiangsu 221004,China)

第5篇

思考的都是人类命运

一座略显陈旧的小楼，坐卧在高楼大厦林立的美国硅谷地带，毫不起眼，如果你不仔细打量，很难对这座普通的白色小楼产生兴趣。

但就是在这里，硅谷的精英们在筹划着一场史无前例的大学变革――利用10周的时间，培养出学生们的指数意识，再用指数科技，影响地球上的十亿人口。

不需要入学考试，也没有烦人的论文，但在入学的第一天，新来的学生，就肩负着拯救人类的使命。他们在学校后勤人员的引导下，根据自己的兴趣，会领到一张表格，表格按人类当今最棘手的几大问题分类：能源问题、污染问题、人类健康问题等。

“同学们，你们这学期的任务是挑选一个人类的重大挑战，比如‘缺乏干净的饮用水’，然后提出一个能影响十亿人生活的积极想法。”在2010年奇点大学开学的第一天，校长演讲词刚刚通过全息影像技术传递。克雷格・文特尔，第一个测试人类基因组的科学家，坐在一旁；两个腰部以下瘫痪的人，正在演讲台上使用机器外骨骼行走。

在随后的午餐时间，一个解决全球粮食问题的小组，很快聚集在了一起，他们将讨论如何喂饱世界70亿人口。

“关于人造肉呢？”一个略微发胖的人建议道。“现在我们可以做的是牛排，”一个医生模样的人回答道，“但它会花费您2万美元。”桌子对面的一个漂亮的拉丁裔男子冲着两人，笑了一下。

如果你觉得这是一些神叨叨的人在做一场不切实际的白日梦，那就错了。那个略微发胖的人拥有自己的公司，医生模样的人名叫罗伯特・哈里，已经创立了一家生物技术公司，专门从事开拓性干细胞治疗。漂亮的拉丁裔男子是墨西哥第二富，2012年《福布斯》全球富豪排行榜第37位，名叫里卡多・萨利纳斯・普里戈。

而在这个教室里的50个人中，一半的人实际上做的事情已对10亿人带来积极的影响。比如互联网之父文顿・瑟夫，是TCP/IP协议和互联网架构的联合设计者之一，现在是谷歌副总裁兼首席互联网顾问。还有埃隆・马斯克，投资创立了研制出世界上第一辆能在3秒内从0加速到60英里的电动跑车的公司，2015年12月22日9时29分，SpaceX成功发射猎鹰9号火箭，发射10分钟后完美回收一级火箭，创造了历史，而他是SpaceX的首席执行官兼首席技术官。

2045年的预言

这些世界最聪明的头脑聚集在这里，是为了做一件大事：用最新的科技，迎接奇点时代的到来。“奇点”，在物理学里是指“黑洞里一个点”，在这个点，一切物理定律都失效。但在奇点大学的指导精神里，“奇点”是指AI（人工智能）超越人类智能的时刻。人类也将可以与计算机融合，把自己的思想卸载到一个电脑上，实现永生，产生一种新的人类物种――奇点人。而这个时间并不遥远，奇点大学的校长预测在2045年，奇点时代就会来临。

此前，雷・库兹韦尔校长在20世纪80年代曾成功预言苏联会解体，互联网会击败最好的人类棋手，电子阅读器、在线教育等数十款软件会上线。在1999年，他为十年之后的世界做出的108项预测，89项是正确的，另有13项“基本正确”。

如今，奇点这一概念赢得了美国硅谷最富有和最聪明人的青睐。NASA将自己的研究中心提供给奇点大学作校园空间，在奇点大学建校之初，谷歌公司捐赠了25万美元，公司的早期创始人每人捐赠了10万美元，微软、思科、英特尔等6家硅谷公司都纷纷投钱给学校。在奇点大学官网上，滚动播放的是谷歌的联合创始人拉里・佩奇的名言：“如果我是一名学生，这就是我想要的。”

在奇点大学，教师和演讲者都是各领域顶级的专家，登上奇点大学讲台的人包括参与人类基因组测序、合成了首个人造细胞的克雷格・文特尔、登月宇航员巴兹・奥尔德林、“互联网之父”文顿・瑟夫等。老师们包括来自斯坦福大学、麻省理工学院、卡耐基-梅隆大学、哈佛大学和其他知名大学的研究人员，谷歌、思科、德勤、考夫曼基金会、诺基亚等著名企业的高管也会参与讲座。

不一样的大学

正是因为着眼于未来，奇点大学没有普通大学的基础课程，课程也没有经过美国官方的授权，所以奇点大学并不会授予学位和学历，严格意义上说它只是一个教育培训机构。但这个教育机构招收门槛比哈佛大学还高，他们只招收最聪明的学生，每年2%的招收比例，远高于最难入的学校――斯坦福大学（5%），而且一期课程的学费高达2.5万美元。

尽管条件如此苛刻，奇点大学每年80个学生的名额，还是会收到世界各地约4000人踊跃报名。2010年，奇点大学一共招收了来自全球35个国家的80个学生，60%的学生都有自己的公司，其他的都是从伦理学到AI的学界精英。比如大卫・达尔林普尔被招录进来时，正在波士顿的麻省理工学院攻读人工智能博士学位。

毫不夸张地说，大卫是个天才。在他18个月大时，他的家庭医生注意到他已经能记住所有美国50个州的州府，所以建议他在家里学习。他爸爸教他程序，妈妈教授了伦理智慧，以及书上学不到的东西，他也从电脑上自学到许多东西。大卫在14岁时成为MIT最年轻的本科生，19岁的他计划用两年的时间完成博士学位。

像大卫这样的人，在奇点大学里随处可见。这些人或多或少都会有好莱坞科幻片里的英雄情节，对于他们而言，学位和学历这些已经不重要了，更重要的是让自己的智慧能真正造福人类。

世界最聪明人的盛会

为了创造世界一流的教学环境，展现最新的科技成果，每年开学仪式上，奇点大学都会别出心裁。比如2012年的开学仪式上，校长化身为机器人，一个方形上部、圆形底部的机器人在嘉宾里来回滚动，跟嘉宾交谈，而其本人则坐在几米开外的电脑前，指挥操作。

学生也能时时感受到最前沿的科技。每个学生都能进入“创新实验室”，这里提供最前沿的技术，从3D石膏粉彩色打印到无人航空飞机，再到虚拟现实眼镜、体验太空失重等等，所有这些技术将有助于激发学生的灵感。为获得风向信息和航天物流方面的第一手资料时，教师们甚至会带着10个学生乘坐飞艇在附近海域转悠一上午。

第6篇

思考的都是人类命运

一座略显陈旧的小楼，在高楼大厦林立的美国硅谷地带，毫不起眼，如果你不仔细打量，很难对这座普通的白色小楼发生兴趣。

但就是在这里，硅谷的精英们在筹划着一场史无前例的大学变革――利用10周的时间，培养出学生们的指数意识，再用指数科技，影响地球上的十亿人口。

不需要入学考试，也没有烦人的论文，但在入学的第一天，新来的学生，就肩负着拯救人类的使命。他们在学校后勤人员的引导下，根据自己的兴趣，会领到一张表格，表格是按人类当今最棘手的几大问题分类：能源问题、污染问题、人类健康问题等。

“同学们，你们这学期的任务是挑选一个人类的重大挑战，比如说缺乏干净的饮用水，然后提出一个能影响十亿人生活的积极想法。”在2010年奇点大学开学的第一天，校长演讲词刚刚通过全息影像技术传递。克雷格・文特尔，第一个测试人类基因组的科学家，坐在一旁；两个腰部以下瘫痪的人，正在演讲台上使用机器外骨骼行走。

在随后的午餐时间，一个解决全球粮食问题的小组，很快聚集在了一起，他们将讨论如何喂饱世界70亿人口的方案。

“关于人造肉呢？”一个略微发胖的人建议到。“现在我们可以做的是牛排，”一个医生模样的人回答道，“但它会花费您2万美元。”桌子对面的一个漂亮的拉丁裔男子冲着两人，笑了一下。

如果你觉得这是一些神叨叨人的一场不切实际的白日梦，那就错了。那个略微发胖的人拥有自己公司，医生模样的人名叫罗伯特・哈里，已经创立了一家生物技术公司，专门从事开拓性干细胞治疗。漂亮的拉丁裔男子是墨西哥第二首富，2012年《福布斯》全球富豪排行榜第37位，名叫里卡多・萨利纳斯・普里戈。

而在这个教室里的50个人中，一半的人实际上做的事情已对10亿人带来积极的影响。比如互联网之父文顿・瑟夫，是TCP/IP协议和互联网架构的联合设计者之一 ，现在是谷歌副总裁兼首席互联网顾问。还有埃隆・马斯克，投资创立了世界上第一辆能在3秒内从0加速到60英里的电动跑车的公司，2015年12月22日9时29分，SpaceX成功发射猎鹰9号（Falcon 9）火箭，发射10分钟后完美回收一级火箭，创造了历史，而他是SpaceX的首席执行官兼首席技术官。

2045年的预言

这些世界最聪明的头脑聚集在这里，是为了做一件大事，用最新的科技，迎接奇点时代的到来。

“奇点”，在物理学里是指“黑洞里一个点”，在这个点，一切物理定律都失效。但在奇点大学的指导精神里，“奇点”是指AI超越人类智能的时刻。人类也将可以与计算机融合，把自己的思想卸载到一个电脑上，实现永生，产生一种新的人类物种――奇点人。而这个时间并不遥远，奇点大学的校长预测2045年，奇点时代就会来临。

此前，雷・库兹韦尔校长在20世纪80年代曾成功预言苏联会解体，互联网会击败最好的人类棋手，电子阅读器、在线教育等数十款软件会上线。在1999年，他为十年之后世界做出的108项预测，89项是正确的，另有13项是“基本正确”。

如今，奇点这一概念赢得了美国硅谷最富有和最聪明人的青睐。NASA将自己的研究中心提供给奇点大学作校园空间，在奇点大学建校之初，谷歌公司捐赠了25万美元，公司的早期创始人每人捐赠了10万美元，微软、思科、英特尔等6家硅谷公司都纷纷投钱给学校。在奇点大学官网上，滚动播放的是谷歌的联合创始人拉里・佩奇的名言：“如果我是一名学生，这就是我想要的。“

在奇点大学，教师和演讲者都是各领域顶级的专家，登上奇点大学讲台的人包括参与人类基因组测序、合成了首个人造细胞的克雷格・文特尔、登月宇航员巴兹・奥尔德林、“互联网之父”文顿・瑟夫等。老师们包括来自斯坦福大学、麻省理工学院、卡耐基-梅隆大学，哈佛大学和其他知名大学的研究人员，谷歌、思科、德勤、考夫曼基金会、诺基亚等著名企业的高管也会参与讲座。

不一样的大学

正是因为着眼于未来，奇点大学没有普通大学的基础课程，课程也没有经过美国官方的授权，所以奇点大学并不会授予学位和学历，严格意义上说它只是一个教育培训机构。但这个教育机构招收门槛比哈佛大学还高，他们只招收最聪明的学生，每年以2%的比例，远高于最难入的学校――斯坦福大学（5%），而且一期课程的学费高达2.5万美元。

尽管条件如此苛刻，奇点大学每年80个学生的名额，还是会收到世界各地约4000人踊跃报名。2010年，奇点大学一共招收了来自世界35个国家的80个学生，60%的学生都有自己的公司，其他的都是从伦理学到AI的学界精英。比如大卫・达尔林普尔被招录进来时，正在波士顿的麻省理工学院攻读人工智能博士学位。

毫不夸张地说，大卫是个天才。在他18个月大时，他的家庭医生注意到他已经能记住所有美国50个州的州府，所以建议他在家里学习。他爸爸教他程序，妈妈教授了伦理智慧，以及书上学不到的东西，他也从电脑上自学到许多东西。大卫在14岁时成为MIT最年轻的本科生，19岁的他计划用两年的时间完成博士学位。

像大卫这样的人，在奇点大学里随处可见。这些人或多或少都会有好莱坞科幻片里的英雄情节，对于他们而言，学位和学历这些已经不重要了，更重要的是找到一个地方，让自己的智慧能真正造福人类。

世界最聪明人的盛会

为了创造世界一流的教学环境，展现最新的科技成果，每年开学仪式上，都会别出心裁。比如2012年的开学仪式上，校长化身为机器人，一个方形上部、圆形底部的机器人，在嘉宾里来回滚动，跟嘉宾交谈，而校长坐在几米开外的电脑前，指挥操作。

学生也能时时感受到最前沿的科技。每个学生都能进入“创新实验室”，这里提供最前沿的技术，从3D石膏粉彩色打印到无人航空飞机，再到虚拟现实眼镜、体验太空失重等等，所有这些技术将有助于激发学生的灵感。为获得风向信息和航天物流方面的第一手资料时，教师们甚至会带着 10 个学生乘坐飞艇在附近海域转悠一上午。