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摘要：在5G技术和全息投影技术的结合下，未来新型教学模式突破了传统直播教学的互动局限性和传统教室教学的地域局限性。全息投影技术凭借着自身虚实结合、三维立体成像等独特的创新展现方式结合在5G网络下超高速、低延迟的信息资源传输等特点，为未来新型教学提供有力的保障。在网络授课教学的发展下，如何将5G结合全息投影构建新型教学是一个值得深究的问题。本文将从5G网络平台建设、全息投影虚拟现实交互等方面进行阐述。
关键词：5G;全息投影;远程教学
中图分类号：TP393 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2021）27-0201-02
Abstract：With the combination of 5G technology and holographic projection technology， the new teaching model in the future breaks through the interactive limitations of traditional live-streaming teaching and the regional limitations of traditional classroom teaching.Holographic projection technology， by virtue of its own combination of virtual and real， three-dimensional imaging and other unique innovative presentation methods， combined with the characteristics of ultra-high speed and low delay information resource transmission under 5G network， provides a strong guarantee for the new type of teaching in the future.With the development of network teaching， how to combine 5G with holographic projection to build a new type of teaching is a problem worthy of deep investigation.This paper will elaborate on the construction of 5G network platform， holographic projection virtual reality interaction and other aspects.
Key words： 5G; holographic projection; distance education
1 概论
在疫情防控期间，通过采取教师网上远程直播教学的方法，对在家隔离而不能上学的广大学子提供了更加有力的教学保障。但其存在师生互动困难、教学方式单一、学生吸收知识效率低等众多弊端，随着高网速、高可靠、可移动、低延迟的5G技术的大规模应用.5G技术结合全息投影将作为未来新型教学模式进入我们的思考当中，因而5G技术结合全息投影将教师教学现场搬到家中已成为可能[1]。教师远程教学可以通过计算机建模和程序编写来创建出逼近于现实世界的三维虚拟场景，通过学生端的输出设备结合5G网络将教师教学内容实时传到学生本地，打造出身临其境的课堂教学环境。全息投影技术能够改变过去视频或图像单一视角的展示方式，既能使老师更加充分全面地介绍展示内容，又能让同学们置身于虚拟场景中更加深入了解教学展示的画面，因此提高远程教学模式中学生吸收知识的效率。现在世界上正处于最大的信息基础设施（5G）的升级改造项目中，教育不仅仅是为了应对世界的变化，而且也在改变着世界。促进信息技术与学校教育的融合，这无疑是人类未来前进和发展的方向。作为传统课堂教学模式和网课教学模式的补充与改进，基于5G技术结合全息投影建立起来的未来新型教育模式将会是一场伟大的教育创新。基于此，本文将主要探讨关于5G如何结合全息投影技术构建未来新型教学模式。
2 網络5G平台建设
5G网络建设近年来一直都在进行中，但大多集中在一线二线城市，还尚未普及到家家户户。相比于4G网络，5G网络采用了毫米波技术，具备了更高的频率，但与4G信号穿透能力相比要更弱。这也就意味着，5G基站的数量需求要比4G基站更多，而现有的5G基站地址资源非常有限，未来5G网络需要满足的场景更加杂、性能要求也要更高。为了满足我国未来5G网络高容量场景的需求，需要新增大量的5G基站地址，以实现超密集部署。当然这些基站并不是传统的大基站的地址，而是更多的小体积、低功率的微小基站，因此5G网络建设需要研究创新型的部署方案;其次，5G想要以超高速的速率传输还需要满足如1000MHz以上的大量的频率资源。随着互联网产业和智能制造推动着5G无线通信技术的快速发展，5G网络平台建设正在快速进行中，各行各业将迎来一个全新的时代。在教育方面，5G网络也将对教师的教学理念、教学方式等产生重大影响，基于5G结合全息投影技术构建的未来新型教学模式，将不断丰富教育场景的维度，促进教育场景的变革，推动教育改革与教育信息化的进程[2]。
3 全息投影仪连接无线通信
这项技术的展示能让人有一种物体近在眼前的感觉。这项技术主要应用在舞台展示、医院解剖、虚拟游戏、教学应用、艺术表演、科学研究、媒体报道等领域，日本的初音未来便是全球第一个应用了全息投影技术能在舞台上展示的虚拟歌姬。全息立体投影设备通过干涉原理记录物体的光波信息，然后经过处理变成全息图，再由衍射原理再现出来图像。这种再现出来的图像非常有立体感，有着很逼真的视觉效果。全息投影设备与无线通信的连接可以更好地展现全息投影图像，使其应用范围更广、作用更大。全息投影设备连接无线通信是由应用服务器发出无线信号，无线信号通过电磁波的方式在空气中传播，电磁波是由同相且互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射的震荡粒子波，传播速度为光速。无线信号在空气中传播，直到无线信号被接收器接收。接收器将接收到的无线信号转变成电流。接收和发送信号所需要的天线是由全向天线和定向天线组成。因为无线信号在传播的过程中会受到反射、衍射和散射的影响，所有无线信号会通过很多条不同的路径到达接收器所在的位置，产生多径信号。将全息投影仪连接网络类似于给手机连接网络。不过前者更具有时代性，从2D图像到3D图像的跳跃。 4 人像环境感知
全息投影在三維虚拟交互系统中实现立体场景显示与虚拟交互等功能，需要一个外接跟踪交互设备，并对外接跟踪交互设备进行软件的访问与校准，就是在虚拟交互应用系统中建立接入跟踪交互设备的接口，并进行3D模型校准使得现实物理空间的动作位置与交互时的场景的动作位置进行精准匹配，以此来完成实时的更新，而不仅仅是以往的成像原理[3]。由于是以5G网络为介质，其高速传输速率能够及时处理复杂的信息，所以能够实现这样的要求。
5 虚拟现实交互
全息投影技术能够将过去多媒体荧幕对公共空间的平面展示转化为三维展示，同时全息投影技术还具备可交互性，可以通过手势指令来完成对投影内容的操控。互动全息投影构建交互的方法具体有三种：第一种运用交互技术和交互程序结合来实现虚拟现实交互。第二种：通过传感器设备感应人体的身体动作变化从而实现虚拟现实交互。第三种：利用摄像头捕捉环境中的变化，然后向应用服务器发出相应信号，再由应用服务器进行分析，分析完成后应用服务器对全息投影的图像进行相应的改变从而实现虚拟现实交互。
其在实际中互动全息投影技术体现形式有：抹除式交互，反转式交互，跟随式交互，躲避式交互，相撞式交互，水纹交互等不同的交互方式，这些交互形式的使用，无论在视觉、听觉还是触觉上都给人极好的体验感，对于教学而言，亦有很大的帮助，同学们学习就能不仅仅局限于看着传统的黑板，亦不用面对面在同一地点与老师交流，亦不用不拘泥于时间，地点的限制去教学，因为全息投影技术完美地解决了这些问题。
这项技术可以在空间中投射出立体影像，使用者通过该项技术可以360度全方位地看到现实维度的3D空间影像，并且能够依靠手势直接在影像上进行操控而实现交互。首先，全息投影技术利用全息投影设备将需要显示的内容投影出来。其次，3D全息投影设备上各个方位的传感器会对用户在3D影像上的操控动作进行捕捉，并将数据实时传送给电脑。最后，在数据处理方面，可以通过设备处理器对各种手势动作信号进行筛选处理，并实时反馈。
6 未来新型教学模式
虚拟展示技术的教学应用首次体现在教学过程的规划以及设计上。使用虚拟展示技术强大的三维环境功能可以更有效地向学生展示制作模型效果，在前期对公共空间模型进行的建模处理之后便可以利用虚拟展示技术向所有的学生立体展示模型，可以通过虚拟互动和观察自主地展开对教学和内容的学习。虚拟展示技术下的教学方案设计应强调以学生为核心，教师更多的是发挥教学和引导作用。学生利用虚拟设备就能够在虚拟空间中进行模型搭建，让学生更好地发挥自己的想象力和审美理解的能力，同时也可以进行自由搭建，这样就不用再考虑传统模型搭建时材料紧缺及搭建稳定性的问题[4]。而且在虚拟空间内设计制作的模型可以自由导出到个人的移动设备中;便于学生在课余时间继续完成自己的作品，这样在虚拟空间中的实践教学既会减轻教学材料的损失，也会减少学校教学资源的投入。
在未来新型教学模式中，教学不会再受到教育资源差异、空间位置限制等影响。老师通过5G结合全息投影的教学设备对千里之外的学生进行实时授课，同时学生在家可以和远在千里之外的老师进行互动，因为全息投影展现出逼真的视觉效果，让老师与学生之间的互动不再有距离感，交流起来更加亲切。那么学生在家便可以享受到全国各地老师的教育与指导;解决了教育资源差异和空间位置限制的问题[5]。
5G时代的高速传输性，必将使传统的2D视频画面有更加立体化的趋势。为了实现立体化，全息投影技术必将起到巨大的作用。而教育方式一直以来都是跟随科技发展趋势的。因而不久的将来，这种教学模式必然会实现。
7 结束语
5G结合全息投影技术不但可以给学生带来强烈的视觉效果和有趣的课堂体验，还能培养学生的数学建模思想，提高学生的数学建模能力。在实际教学应用中，全息投影技术的应用主要体现在对教学内容的丰富性上的上升，利用全息投影技术的局部投影可以将老师进行立体展示，而且进行传播投影的教师可以在学校班集体上的讲课场景中，将自己的言谈举止和准备好的课件进行全息投影展示和讲述，在展示过程中可以更加直观地感受到讲课的重点与细节，由此提高学生在学习中吸收知识的效率。
参考文献：
[1] 马秀敏，刘晓彤，曹晓娟，张鑫玉. 关于基于物联网技术下发展手机工业远程APP的探讨[J]. 电子世界，2020（1）：89-90.
[2] 袁磊，张艳丽，罗刚. 5G时代教育场景要素变革与应对之策[J]. 远程教育杂志，2019，37（3）：27-37.
[3] 薛靖. 虚拟交互设备在民机三维虚拟培训中的应用研究[J]. 科技传播，2016，8（18）：108-108+153.
[4] 付秀荣，刘蕊萱. “互联网+”背景下思想政治理论课教学的“素质教育翻转”——以“马克思主义基本原理概论”课为例[J]. 思想教育研究，2016（9）：74-77.
[5] 朱永新.5G将如何改变我们的教育[N].环球时报，2019-07-04（15）.
【通联编辑：王力】
关键词：5G;全息投影;远程教学
中图分类号：TP393 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2021）27-0201-02
Abstract：With the combination of 5G technology and holographic projection technology， the new teaching model in the future breaks through the interactive limitations of traditional live-streaming teaching and the regional limitations of traditional classroom teaching.Holographic projection technology， by virtue of its own combination of virtual and real， three-dimensional imaging and other unique innovative presentation methods， combined with the characteristics of ultra-high speed and low delay information resource transmission under 5G network， provides a strong guarantee for the new type of teaching in the future.With the development of network teaching， how to combine 5G with holographic projection to build a new type of teaching is a problem worthy of deep investigation.This paper will elaborate on the construction of 5G network platform， holographic projection virtual reality interaction and other aspects.
Key words： 5G; holographic projection; distance education
1 概论
在疫情防控期间，通过采取教师网上远程直播教学的方法，对在家隔离而不能上学的广大学子提供了更加有力的教学保障。但其存在师生互动困难、教学方式单一、学生吸收知识效率低等众多弊端，随着高网速、高可靠、可移动、低延迟的5G技术的大规模应用.5G技术结合全息投影将作为未来新型教学模式进入我们的思考当中，因而5G技术结合全息投影将教师教学现场搬到家中已成为可能[1]。教师远程教学可以通过计算机建模和程序编写来创建出逼近于现实世界的三维虚拟场景，通过学生端的输出设备结合5G网络将教师教学内容实时传到学生本地，打造出身临其境的课堂教学环境。全息投影技术能够改变过去视频或图像单一视角的展示方式，既能使老师更加充分全面地介绍展示内容，又能让同学们置身于虚拟场景中更加深入了解教学展示的画面，因此提高远程教学模式中学生吸收知识的效率。现在世界上正处于最大的信息基础设施（5G）的升级改造项目中，教育不仅仅是为了应对世界的变化，而且也在改变着世界。促进信息技术与学校教育的融合，这无疑是人类未来前进和发展的方向。作为传统课堂教学模式和网课教学模式的补充与改进，基于5G技术结合全息投影建立起来的未来新型教育模式将会是一场伟大的教育创新。基于此，本文将主要探讨关于5G如何结合全息投影技术构建未来新型教学模式。
2 網络5G平台建设
5G网络建设近年来一直都在进行中，但大多集中在一线二线城市，还尚未普及到家家户户。相比于4G网络，5G网络采用了毫米波技术，具备了更高的频率，但与4G信号穿透能力相比要更弱。这也就意味着，5G基站的数量需求要比4G基站更多，而现有的5G基站地址资源非常有限，未来5G网络需要满足的场景更加杂、性能要求也要更高。为了满足我国未来5G网络高容量场景的需求，需要新增大量的5G基站地址，以实现超密集部署。当然这些基站并不是传统的大基站的地址，而是更多的小体积、低功率的微小基站，因此5G网络建设需要研究创新型的部署方案;其次，5G想要以超高速的速率传输还需要满足如1000MHz以上的大量的频率资源。随着互联网产业和智能制造推动着5G无线通信技术的快速发展，5G网络平台建设正在快速进行中，各行各业将迎来一个全新的时代。在教育方面，5G网络也将对教师的教学理念、教学方式等产生重大影响，基于5G结合全息投影技术构建的未来新型教学模式，将不断丰富教育场景的维度，促进教育场景的变革，推动教育改革与教育信息化的进程[2]。
3 全息投影仪连接无线通信
这项技术的展示能让人有一种物体近在眼前的感觉。这项技术主要应用在舞台展示、医院解剖、虚拟游戏、教学应用、艺术表演、科学研究、媒体报道等领域，日本的初音未来便是全球第一个应用了全息投影技术能在舞台上展示的虚拟歌姬。全息立体投影设备通过干涉原理记录物体的光波信息，然后经过处理变成全息图，再由衍射原理再现出来图像。这种再现出来的图像非常有立体感，有着很逼真的视觉效果。全息投影设备与无线通信的连接可以更好地展现全息投影图像，使其应用范围更广、作用更大。全息投影设备连接无线通信是由应用服务器发出无线信号，无线信号通过电磁波的方式在空气中传播，电磁波是由同相且互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射的震荡粒子波，传播速度为光速。无线信号在空气中传播，直到无线信号被接收器接收。接收器将接收到的无线信号转变成电流。接收和发送信号所需要的天线是由全向天线和定向天线组成。因为无线信号在传播的过程中会受到反射、衍射和散射的影响，所有无线信号会通过很多条不同的路径到达接收器所在的位置，产生多径信号。将全息投影仪连接网络类似于给手机连接网络。不过前者更具有时代性，从2D图像到3D图像的跳跃。 4 人像环境感知
全息投影在三維虚拟交互系统中实现立体场景显示与虚拟交互等功能，需要一个外接跟踪交互设备，并对外接跟踪交互设备进行软件的访问与校准，就是在虚拟交互应用系统中建立接入跟踪交互设备的接口，并进行3D模型校准使得现实物理空间的动作位置与交互时的场景的动作位置进行精准匹配，以此来完成实时的更新，而不仅仅是以往的成像原理[3]。由于是以5G网络为介质，其高速传输速率能够及时处理复杂的信息，所以能够实现这样的要求。
5 虚拟现实交互
全息投影技术能够将过去多媒体荧幕对公共空间的平面展示转化为三维展示，同时全息投影技术还具备可交互性，可以通过手势指令来完成对投影内容的操控。互动全息投影构建交互的方法具体有三种：第一种运用交互技术和交互程序结合来实现虚拟现实交互。第二种：通过传感器设备感应人体的身体动作变化从而实现虚拟现实交互。第三种：利用摄像头捕捉环境中的变化，然后向应用服务器发出相应信号，再由应用服务器进行分析，分析完成后应用服务器对全息投影的图像进行相应的改变从而实现虚拟现实交互。
其在实际中互动全息投影技术体现形式有：抹除式交互，反转式交互，跟随式交互，躲避式交互，相撞式交互，水纹交互等不同的交互方式，这些交互形式的使用，无论在视觉、听觉还是触觉上都给人极好的体验感，对于教学而言，亦有很大的帮助，同学们学习就能不仅仅局限于看着传统的黑板，亦不用面对面在同一地点与老师交流，亦不用不拘泥于时间，地点的限制去教学，因为全息投影技术完美地解决了这些问题。
这项技术可以在空间中投射出立体影像，使用者通过该项技术可以360度全方位地看到现实维度的3D空间影像，并且能够依靠手势直接在影像上进行操控而实现交互。首先，全息投影技术利用全息投影设备将需要显示的内容投影出来。其次，3D全息投影设备上各个方位的传感器会对用户在3D影像上的操控动作进行捕捉，并将数据实时传送给电脑。最后，在数据处理方面，可以通过设备处理器对各种手势动作信号进行筛选处理，并实时反馈。
6 未来新型教学模式
虚拟展示技术的教学应用首次体现在教学过程的规划以及设计上。使用虚拟展示技术强大的三维环境功能可以更有效地向学生展示制作模型效果，在前期对公共空间模型进行的建模处理之后便可以利用虚拟展示技术向所有的学生立体展示模型，可以通过虚拟互动和观察自主地展开对教学和内容的学习。虚拟展示技术下的教学方案设计应强调以学生为核心，教师更多的是发挥教学和引导作用。学生利用虚拟设备就能够在虚拟空间中进行模型搭建，让学生更好地发挥自己的想象力和审美理解的能力，同时也可以进行自由搭建，这样就不用再考虑传统模型搭建时材料紧缺及搭建稳定性的问题[4]。而且在虚拟空间内设计制作的模型可以自由导出到个人的移动设备中;便于学生在课余时间继续完成自己的作品，这样在虚拟空间中的实践教学既会减轻教学材料的损失，也会减少学校教学资源的投入。
在未来新型教学模式中，教学不会再受到教育资源差异、空间位置限制等影响。老师通过5G结合全息投影的教学设备对千里之外的学生进行实时授课，同时学生在家可以和远在千里之外的老师进行互动，因为全息投影展现出逼真的视觉效果，让老师与学生之间的互动不再有距离感，交流起来更加亲切。那么学生在家便可以享受到全国各地老师的教育与指导;解决了教育资源差异和空间位置限制的问题[5]。
5G时代的高速传输性，必将使传统的2D视频画面有更加立体化的趋势。为了实现立体化，全息投影技术必将起到巨大的作用。而教育方式一直以来都是跟随科技发展趋势的。因而不久的将来，这种教学模式必然会实现。
7 结束语
5G结合全息投影技术不但可以给学生带来强烈的视觉效果和有趣的课堂体验，还能培养学生的数学建模思想，提高学生的数学建模能力。在实际教学应用中，全息投影技术的应用主要体现在对教学内容的丰富性上的上升，利用全息投影技术的局部投影可以将老师进行立体展示，而且进行传播投影的教师可以在学校班集体上的讲课场景中，将自己的言谈举止和准备好的课件进行全息投影展示和讲述，在展示过程中可以更加直观地感受到讲课的重点与细节，由此提高学生在学习中吸收知识的效率。
参考文献：
[1] 马秀敏，刘晓彤，曹晓娟，张鑫玉. 关于基于物联网技术下发展手机工业远程APP的探讨[J]. 电子世界，2020（1）：89-90.
[2] 袁磊，张艳丽，罗刚. 5G时代教育场景要素变革与应对之策[J]. 远程教育杂志，2019，37（3）：27-37.
[3] 薛靖. 虚拟交互设备在民机三维虚拟培训中的应用研究[J]. 科技传播，2016，8（18）：108-108+153.
[4] 付秀荣，刘蕊萱. “互联网+”背景下思想政治理论课教学的“素质教育翻转”——以“马克思主义基本原理概论”课为例[J]. 思想教育研究，2016（9）：74-77.
[5] 朱永新.5G将如何改变我们的教育[N].环球时报，2019-07-04（15）.
【通联编辑：王力】