跟老師“隔空”討論作業，全息技術顛覆教育離我們還有多遠？_風聞

幾年前，很多人一定被這樣一段影像驚豔過。在體育館中，一頭鯨魚高高地躍起又落下，一時間水花四濺，場邊的觀眾驚呼連連。

而影像背後的美國著名增強現實設備生產公司Magic Leap，當年就憑藉幾個類似的“概念”宣傳視頻一時聲名大噪，市場也對全息、AR技術充滿了熱情和期待，而隨着5G的全面鋪開，全息技術也可能迎來新的“拐點”。

今年開學季，北京郵電大學首次採用5G全息直播技術實現兩校區同上一門課，以全息影像的方式，將遠在25公里外的教授“搬”到了另一校區的教室裏，讓人們看到了將“天涯變咫尺“的全息技術更多的可能性。 

（圖片來自北京郵電大學微信公眾號，版權屬於原作者） 

那麼，全息技術跟增強現實、虛擬現實有何不同呢？它將給教育行業帶來怎樣的改變，又還會面臨怎樣的技術挑戰？

全息技術與AR、VR的區別

實際上，近些年在虛擬成像領域，我們經常會聽到全息投影、AR、VR技術，很多人可能會迷糊，這幾個技術都能讓用户產生身臨其境的體驗，它們究竟有何區別？

虛擬現實技術(VR)是指由計算機模擬生成具有實時動態的三維立體逼真虛擬世界，通過佩戴相關設備讓使用者與虛擬環境產生互動。目前VR技術相對成熟，在遊戲領域有比較廣泛的應用和開發，關於VR遊戲發展可查看硅谷洞察之前的文章：收購Beat Game，Facebook離“VR遊戲社交王國”夢還有多遠？  而VR技術最顯著的特點就是所創造的場景都是虛擬的，與現實世界沒有聯繫。

增強現實技術（AR）則是一種將真實世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成的技術。把原本在現實世界的很難體驗到的實體信息（包括視覺信息、聲音、觸覺等)，通過計算機模擬仿真後再疊加，**將虛擬的信息應用到真實世界，讓用户擁有超越現實的體驗。**AR技術的特點就是能在真實環境看到虛擬事物，將其疊加在了同一個畫面或空間，具體應用比如曾風靡一時的尋找寵物小精靈的遊戲Pokeman Go。

（圖片來自網絡，版權屬於原作者）

而全息投影技術（front-projected holographic display）也稱虛擬成像技術，是利用干涉和衍射原理記錄並再現物體真實的三維圖像的技術。該技術記錄了包括外觀、顏色、運動軌跡、空間位置等全部信息，並事先做好的影像，再播放出來以3D形式展示在觀影者面前。

從技術層面講，**VR、AR技術都是通過計算機實現，全息技術則是通過光學原理實現本質上是一種投影技術。**而全息投影最大的優勢在於可以不通過3D設備就可以裸眼觀看到逼真的虛擬畫面，因此應用的場合和領域更加廣泛。

老師“分身術”、三維全息圖，全息+教育的想象空間在哪裏？

全息技術最早是由英國物理學家丹尼斯·蓋伯於1947年在研究增強電子顯微鏡性能手段時偶然發明，並獲得了1971年的諾貝爾物理學獎。最開始，全息投影作為一種科研手段存在，僅被應用於電子顯微技術中。但隨着投影技術的不斷發展，全息投影技術已經被嘗試應用於娛樂、建築、醫療等多個領域。

比如在演唱會中讓周杰倫與鄧麗君跨時空“對唱”。

比如在博物館裏，讓敦煌壁畫上的天女在你眼前“復活”舞動。

比如在台桌上升起3D建模圖用於工業設計。 

而全息技術在教育行業的應用也讓人看到了無限潛能，且意義重大。

首先，全息技術將打破傳統的“面對面”教學模式，打破了課堂的地理、物理限制，更好的促進教育公平。

去年11月，英國帝國理工學院就宣佈將在商學院首次開設“全息投影”課程形式，**學生和講師將可以實現隔空互動，講師還能直接與學生們進行眼神交流，並同時可以實現4個人的同時交互活動。**除了實時呈現影像，授課過程還可以被錄製下來，在需要的時候可以再次播放。

（帝國理工的全息“教授”，圖片來自於網絡） 

帝國理工是第一個這樣採用該種方式授課的學術機構，推出後在教育系統引起了很大反響。學校表示雖然全息技術還有一定侷限，**但該技術的優勢已經遠遠超過了它可能面對的風險。**美國政府目前也已經在阿拉斯加等偏遠地區提供了專項資金，用於通過全息投影形式進行教育。

而隨着5G技術的發展，憑藉低時延、高速率特性實現的4K影像實時傳輸的特點讓圖像數據傳輸更加穩定，目前包括MIT、斯坦福大學、清華大學、北京郵電大學等在內的國內外頂尖高校也都在嘗試探索將“全息”老師帶進課堂的可能，如同北郵一樣，多個學校都實現了“教授”在不同校區同時上課。

 （圖片來自網絡，版權屬於原作者）

除了在教學模式上的轉變，全息技術還能給教育內容帶來多樣性和趣味性，提升教學效率。

**通過將書本上的靜態物品和知識進行三維圖像轉化，有效實現動畫轉換，讓書本上的知識活起來，**因此充分調動學生的感官與聽覺，幫助學生提高他們的思維發散能力，從而實現更好記憶和更深入的理解。

比如在在飛機制造課程教學中，由於飛機體型巨大，如C919的翼展就有幾十米長，實驗室難以構建場景，而且實驗失敗的成本很高。但是通過虛擬仿真實驗，學生不僅可以在實驗室中體驗這個過程，還可以把原來物理實驗中不能重複做的，在虛擬環境中不斷迭代，增強實驗能力。

 （圖片來自網絡，版權屬於原作者）

比如在醫療課程中，過去需要老師帶着學生們進行器官解剖，而通過全息技術，教授們可以將器官通過全息立體投影成像，並且可以看到虛擬成像的具體細節，學生則可以通過這個立體成像一目瞭然的瞭解生物的具體的內部結構，從而達到高效教學的目的。

今年11月，位於美國俄亥俄州的凱斯西儲大學的研究團隊使用使用了微軟HoloLens的全息技術創建了第一個交互式的人腦神經通路的全息圖像。研究團隊表示，由於大腦神經通路很小，在現實中很難通過2D書本教學和實物操讓學生精準而生動的認識，而通過全息腦圖將使大腦神經結構更加立體形象，進而幫助老師能夠進行互動性更強、更為立體直觀的額可視化教學和研究。

（圖片來自網絡，版權屬於原作者）

全息技術的市場前景以及面臨的技術壁壘

除了教育行業之外，全息技術還可能給各行各業帶來顛覆性的變化。**然而，縱觀近年來全息產業相關領域的發展，卻並非一帆風順。**今年，“全息築夢商”Magic Leap爆出E輪融資進展不順利、Magic Leap One 銷量慘淡，產品大量積壓，公司 CFO 和創意策略副總裁紛紛離職，多個部門員工遭到裁減。

國內市場也是如此，於2015年成立於北京的微美全息，在今年7月在納斯達克提交了IPO申請，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於廣告，至今還未成功上市。

（圖片來自微美全息官網，版權屬於原作者）

看起來，全息技術帶來的“魔幻”概念在現階段仍難以真正落地。那麼，究竟是什麼制約了全息產業的發展呢？

**首先，介質問題。**全息投影必須需要一定的介質投影在上邊才能實現，雖然空氣被認為是最理想的介質，但受温度、濕度等因素影響目前還不能達到理想效果。目前常見的三種介質分別為水霧、鏡面激光旋轉和全息膜投影，但在很大程度上制約了全息技術使用的場合和效率。

**其次，聲效問題。**全息投影技術想讓用户有真實的體驗就必選保證聲音的真實度。所以不僅要採取沉浸式的音頻，而且要求在不同的方向或聲場，觀眾所聽到的效果都有所不同，如何在應用場合下保證真實的音效也是難點之一。

**最後，傳輸問題。**要保證全息平台運作正常穩定，則需要高效的內存分配和超強圖像處理能力，但是要想同時實現百萬級的並行處理，對網絡速度和硬件設備都提出了很高的要求。

隨着5G的全面鋪開，全息產業的下一階段發展可能也將迎來新的轉機。據Mordor Intelligence最新發布的報告顯示，全息顯示市場2018年價值16.54億美元，預計到2024年將增長到76.01億美元，在預測的2019-2024年期間內，年均增長率達到28.4%。

 （圖片來自Mordor Intelligence，版權屬於原作者）

而從全球地區增長分佈來看，北美地區和亞太地區增長最快。而印度市場目前雖然仍處於起步階段，但Mordor Intelligence預測，隨着零售業的興起、科技產業的發展，印度也將成為全息產業的另一個增長極。

（圖片來自Mordor Intelligence，版權屬於原作者） 

​但是小探認為，**5G的到來雖然能夠幫助解決傳輸問題，但投影介質仍然是市場需要解決的核心問題。**一旦空氣介質問題得到攻克，便能夠在空氣中隨時成像，也就代表着我們正式從泛屏幕時代邁入無屏幕時代，那將是人類科技的一次史詩級的突破。

可喜的是，近幾年來，高校和企業也取得了眾多突破性的進展。三星於9月完成了一項三維影像專利申請，能將我們手機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。而於2018年在合肥成立的東超科技，也從中科大實驗室中走出在空氣成像商業化應用上發力。

**雖然目前的空氣全息投影還面臨着第像素、顏色單一、成本高昂等問題，**但我們至少能看到全息投影真正到來的曙光，誰不想早日像Tony Stark一樣在空氣中“揮斥方遒”呢？

你們怎麼看待全息產業的發展呢？你們認為還有多久全息時代才能真正到來？歡迎大家留言討論！