全息技術(shù)顛覆教育方式還有多久？

　　幾年前，很多人一定被這樣一段影像驚艷過。在體育館中，一頭鯨魚高高地躍起又落下，一時(shí)間水花四濺，場(chǎng)邊的觀眾驚呼連連。

　　而影像背后的美國著名增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備生產(chǎn)公司Magic Leap，當(dāng)年就憑借幾個(gè)類似的“概念”宣傳視頻一時(shí)聲名大噪，市場(chǎng)也對(duì)全息、AR技術(shù)充滿了熱情和期待，而隨著5G的全面鋪開，全息技術(shù)也可能迎來新的“拐點(diǎn)”。

　　今年開學(xué)季，北京郵電大學(xué)首次采用5G全息直播技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩校區(qū)同上一門課，以全息影像的方式，將遠(yuǎn)在25公里外的教授“搬”到了另一校區(qū)的教室里，讓人們看到了將“天涯變咫尺“的全息技術(shù)更多的可能性。

　　那么，全息技術(shù)跟增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)有何不同呢？它將給教育行業(yè)帶來怎樣的改變，又還會(huì)面臨怎樣的技術(shù)挑戰(zhàn)？

　　全息技術(shù)與AR、VR的區(qū)別

　　實(shí)際上，近些年在虛擬成像領(lǐng)域，我們經(jīng)常會(huì)聽到全息投影、AR、VR技術(shù)，很多人可能會(huì)迷糊，這幾個(gè)技術(shù)都能讓用戶產(chǎn)生身臨其境的體驗(yàn)，它們究竟有何區(qū)別？

　　虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(VR)是指由計(jì)算機(jī)模擬生成具有實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的三維立體逼真虛擬世界，通過佩戴相關(guān)設(shè)備讓使用者與虛擬環(huán)境產(chǎn)生互動(dòng)。目前VR技術(shù)相對(duì)成熟，在游戲領(lǐng)域有比較廣泛的應(yīng)用和開發(fā)，關(guān)于VR游戲發(fā)展可查看硅谷洞察之前的文章：收購Beat Game，F(xiàn)acebook離“VR游戲社交王國”夢(mèng)還有多遠(yuǎn)？而VR技術(shù)最顯著的特點(diǎn)就是所創(chuàng)造的場(chǎng)景都是虛擬的，與現(xiàn)實(shí)世界沒有聯(lián)系。

　　跟老師“隔空”討論作業(yè)，全息技術(shù)顛覆教育離我們還有多遠(yuǎn)？

　　增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）則是一種將真實(shí)世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成的技術(shù)。把原本在現(xiàn)實(shí)世界的很難體驗(yàn)到的實(shí)體信息（包括視覺信息、聲音、觸覺等)，通過計(jì)算機(jī)模擬仿真后再疊加，將虛擬的信息應(yīng)用到真實(shí)世界，讓用戶擁有超越現(xiàn)實(shí)的體驗(yàn)。AR技術(shù)的特點(diǎn)就是能在真實(shí)環(huán)境看到虛擬事物，將其疊加在了同一個(gè)畫面或空間，具體應(yīng)用比如曾風(fēng)靡一時(shí)的尋找寵物小精靈的游戲Pokeman Go。

　　而全息投影技術(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(shí)的三維圖像的技術(shù)。該技術(shù)記錄了包括外觀、顏色、運(yùn)動(dòng)軌跡、空間位置等全部信息，并事先做好的影像，再播放出來以3D形式展示在觀影者面前。

　　從技術(shù)層面講，VR、AR技術(shù)都是通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，全息技術(shù)則是通過光學(xué)原理實(shí)現(xiàn)本質(zhì)上是一種投影技術(shù)。而全息投影最大的優(yōu)勢(shì)在于可以不通過3D設(shè)備就可以裸眼觀看到逼真的虛擬畫面，因此應(yīng)用的場(chǎng)合和領(lǐng)域更加廣泛。

　　老師“分身術(shù)”、三維全息圖，全息+教育的想象空間在哪里？

　　全息技術(shù)最早是由英國物理學(xué)家丹尼斯·蓋伯于1947年在研究增強(qiáng)電子顯微鏡性能手段時(shí)偶然發(fā)明，并獲得了1971年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。最開始，全息投影作為一種科研手段存在，僅被應(yīng)用于電子顯微技術(shù)中。但隨著投影技術(shù)的不斷發(fā)展，全息投影技術(shù)已經(jīng)被嘗試應(yīng)用于娛樂、建筑、醫(yī)療等多個(gè)領(lǐng)域。

　　比如在演唱會(huì)中讓周杰倫與鄧麗君跨時(shí)空“對(duì)唱”。

　　比如在博物館里，讓敦煌壁畫上的天女在你眼前“復(fù)活”舞動(dòng)。

　　比如在臺(tái)桌上升起3D建模圖用于工業(yè)設(shè)計(jì)。

　　而全息技術(shù)在教育行業(yè)的應(yīng)用也讓人看到了無限潛能，且意義重大。

　　首先，全息技術(shù)將打破傳統(tǒng)的“面對(duì)面”教學(xué)模式，打破了課堂的地理、物理限制，更好的促進(jìn)教育公平。

　　去年11月，英國帝國理工學(xué)院就宣布將在商學(xué)院首次開設(shè)“全息投影”課程形式，學(xué)生和講師將可以實(shí)現(xiàn)隔空互動(dòng)，講師還能直接與學(xué)生們進(jìn)行眼神交流，并同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)4個(gè)人的同時(shí)交互活動(dòng)。除了實(shí)時(shí)呈現(xiàn)影像，授課過程還可以被錄制下來，在需要的時(shí)候可以再次播放。

　　帝國理工是第一個(gè)這樣采用該種方式授課的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)，推出后在教育系統(tǒng)引起了很大反響。學(xué)校表示雖然全息技術(shù)還有一定局限，但該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了它可能面對(duì)的風(fēng)險(xiǎn)。美國政府目前也已經(jīng)在阿拉斯加等偏遠(yuǎn)地區(qū)提供了專項(xiàng)資金，用于通過全息投影形式進(jìn)行教育。

　　而隨著5G技術(shù)的發(fā)展，憑借低時(shí)延、高速率特性實(shí)現(xiàn)的4K影像實(shí)時(shí)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)讓圖像數(shù)據(jù)傳輸更加穩(wěn)定，目前包括MIT、斯坦福大學(xué)、清華大學(xué)、北京郵電大學(xué)等在內(nèi)的國內(nèi)外頂尖高校也都在嘗試探索將“全息”老師帶進(jìn)課堂的可能，如同北郵一樣，多個(gè)學(xué)校都實(shí)現(xiàn)了“教授”在不同校區(qū)同時(shí)上課。

　　除了在教學(xué)模式上的轉(zhuǎn)變，全息技術(shù)還能給教育內(nèi)容帶來多樣性和趣味性，提升教學(xué)效率。

　　通過將書本上的靜態(tài)物品和知識(shí)進(jìn)行三維圖像轉(zhuǎn)化，有效實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫轉(zhuǎn)換，讓書本上的知識(shí)活起來，因此充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的感官與聽覺，幫助學(xué)生提高他們的思維發(fā)散能力，從而實(shí)現(xiàn)更好記憶和更深入的理解。

　　比如在在飛機(jī)制造課程教學(xué)中，由于飛機(jī)體型巨大，如C919的翼展就有幾十米長，實(shí)驗(yàn)室難以構(gòu)建場(chǎng)景，而且實(shí)驗(yàn)失敗的成本很高。但是通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅可以在實(shí)驗(yàn)室中體驗(yàn)這個(gè)過程，還可以把原來物理實(shí)驗(yàn)中不能重復(fù)做的，在虛擬環(huán)境中不斷迭代，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

　　比如在醫(yī)療課程中，過去需要老師帶著學(xué)生們進(jìn)行器官解剖，而通過全息技術(shù)，教授們可以將器官通過全息立體投影成像，并且可以看到虛擬成像的具體細(xì)節(jié)，學(xué)生則可以通過這個(gè)立體成像一目了然的了解生物的具體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到高效教學(xué)的目的。

　　今年11月，位于美國俄亥俄州的凱斯西儲(chǔ)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)使用使用了微軟HoloLens的全息技術(shù)創(chuàng)建了第一個(gè)交互式的人腦神經(jīng)通路的全息圖像。研究團(tuán)隊(duì)表示，由于大腦神經(jīng)通路很小，在現(xiàn)實(shí)中很難通過2D書本教學(xué)和實(shí)物操讓學(xué)生精準(zhǔn)而生動(dòng)的認(rèn)識(shí)，而通過全息腦圖將使大腦神經(jīng)結(jié)構(gòu)更加立體形象，進(jìn)而幫助老師能夠進(jìn)行互動(dòng)性更強(qiáng)、更為立體直觀的額可視化教學(xué)和研究。

　　除了教育行業(yè)之外，全息技術(shù)還可能給各行各業(yè)帶來顛覆性的變化。然而，縱觀近年來全息產(chǎn)業(yè)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展，卻并非一帆風(fēng)順。今年，“全息筑夢(mèng)商”Magic Leap爆出E輪融資進(jìn)展不順利、Magic Leap One 銷量慘淡，產(chǎn)品大量積壓，公司 CFO 和創(chuàng)意策略副總裁紛紛離職，多個(gè)部門員工遭到裁減。

　　國內(nèi)市場(chǎng)也是如此，于2015年成立于北京的微美全息，在今年7月在納斯達(dá)克提交了IPO申請(qǐng)，若上市成功將成為“全息AR第一股”。但微美全息IPO也是一拖再拖，近期被爆公司收入大部分來源于廣告，至今還未成功上市。

　　看起來，全息技術(shù)帶來的“魔幻”概念在現(xiàn)階段仍難以真正落地。那么，究竟是什么制約了全息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展呢？

　　首先，介質(zhì)問題。全息投影必須需要一定的介質(zhì)投影在上邊才能實(shí)現(xiàn)，雖然空氣被認(rèn)為是最理想的介質(zhì)，但受溫度、濕度等因素影響目前還不能達(dá)到理想效果。目前常見的三種介質(zhì)分別為水霧、鏡面激光旋轉(zhuǎn)和全息膜投影，但在很大程度上制約了全息技術(shù)使用的場(chǎng)合和效率。

　　其次，聲效問題。全息投影技術(shù)想讓用戶有真實(shí)的體驗(yàn)就必選保證聲音的真實(shí)度。所以不僅要采取沉浸式的音頻，而且要求在不同的方向或聲場(chǎng)，觀眾所聽到的效果都有所不同，站長資源平臺(tái)如何在應(yīng)用場(chǎng)合下保證真實(shí)的音效也是難點(diǎn)之一。

　　最后，傳輸問題。要保證全息平臺(tái)運(yùn)作正常穩(wěn)定，則需要高效的內(nèi)存分配和超強(qiáng)圖像處理能力，但是要想同時(shí)實(shí)現(xiàn)百萬級(jí)的并行處理，對(duì)網(wǎng)絡(luò)速度和硬件設(shè)備都提出了很高的要求。

　　隨著5G的全面鋪開，全息產(chǎn)業(yè)的下一階段發(fā)展可能也將迎來新的轉(zhuǎn)機(jī)。據(jù)Mordor Intelligence最新發(fā)布的報(bào)告顯示，全息顯示市場(chǎng)2018年價(jià)值16.54億美元，預(yù)計(jì)到2024年將增長到76.01億美元，在預(yù)測(cè)的2019-2024年期間內(nèi)，年均增長率達(dá)到28.4%。

　　而從全球地區(qū)增長分布來看，北美地區(qū)和亞太地區(qū)增長最快。而印度市場(chǎng)目前雖然仍處于起步階段，但Mordor Intelligence預(yù)測(cè)，隨著零售業(yè)的興起、科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，印度也將成為全息產(chǎn)業(yè)的另一個(gè)增長極。

　　5G的到來雖然能夠幫助解決傳輸問題，但投影介質(zhì)仍然是市場(chǎng)需要解決的核心問題。一旦空氣介質(zhì)問題得到攻克，便能夠在空氣中隨時(shí)成像，也就代表著我們正式從泛屏幕時(shí)代邁入無屏幕時(shí)代，那將是人類科技的一次史詩級(jí)的突破。

　　可喜的是，近幾年來，高校和企業(yè)也取得了眾多突破性的進(jìn)展。三星于9月完成了一項(xiàng)三維影像專利申請(qǐng)，能將我們手機(jī)平面看到的畫面成為立體顯示在空氣中，不需要任何的幕布。而于2018年在合肥成立的東超科技，也從中科大實(shí)驗(yàn)室中走出在空氣成像商業(yè)化應(yīng)用上發(fā)力。