创新思维视域下3D多媒体教室设计探索与实践

玉 琨　邝 海　陶人川　王丽芳　易春梅　李 晨

创新思维视域下3D多媒体教室设计探索与实践

玉 琨邝 海陶人川王丽芳易春梅李 晨

（广西医科大学附属口腔医院，广西 南宁 530021）

科学技术的发展不断推动着教学方法和环境的进步，创新思维视域3D多媒体教学的引入将改变传统2D教学方法和教学环境。3D多媒体教学技术在教育领域开始起步，越来越受到教育界的关注，应如何设计和建设高等院校的3D多媒体教室是其中的一个重要环节。依据医学院校的教学特点和规律，探讨了3D多媒体教室的基本结构，介绍了3D多媒体教室的设备配置及技术指标，总结了在使用3D多媒体教室过程中经常出现的故障，并针对这些故障进行原因分析，提出实用的解决方法。

3D；多媒体教室；高等院校；教育；教学方法

随着3D技术与教学信息化不断融合发展，数字技术成功应用到了日常影片的拍摄、制作和放映的全过程，给媒体带来全新的技术革命。随着数字技术的成熟发展，3D数字摄像、编辑、播放、3D课件的制作、播放等高新科技技术进入日常的教学工作中。3D立体多媒体技术实现了重大突破。笔者依据医学院校的教学特点和规律，探讨了3D多媒体教室的基本结构、设备配置及技术指标，总结了在使用3D多媒体教室过程中经常出现的故障，并针对这些故障进行原因分析，提出实用的解决方法。让3D多媒体教室成为教师新的授课方法，学生身临其境融入课堂必备的教学场所。

1　3D成像原理（3D Image Theory）

3D立体成像技术是利用计算机图形成像技术和图形图像处理技术，根据人类眼睛视觉生理特点，将二维图像转换为三维立体显示输出，从而产生视觉三维模型和“虚拟真实”的立体视觉场景。目前常用的三维显示技术都是基于人眼立体视觉原理，此外直接显示物理意义上的三维图像信息的体三维显示技术和全息三维显示技术也是目前热门发展的方向。

根据人眼立体视觉原理，模拟形成人工立体视觉必须具备以下4个条件：①所观察的两幅影像必须有符合人类视觉的左右视差；②两眼必须分别观察左右或上下不同的影像，即实现“分像”；③两幅影像所放置位置必须成相应视线成对直线相交，即消除上下视差。④两幅影像的大小要一致。

人类通过进化产生视差，对立体视觉形成起着非常重要的作用。视差产生是由于人左右眼之间有一定距离，未成年人大约为45～55mm ，成年人大约为65mm。正常人都是用双眼来辨认三维空间物体，在观看空间某个物体时，物体图像就从左右眼睛两边稍有差别的角度进入眼睛，由于存在角度偏差，反应在大脑中就会产生“立体视觉”，两个画面组合在一起，便产生立体感，从而能够判断物体前后关系，被观察物体在人左右眼视网膜上所形成像的差异就是双眼视差。物体在可见光的照射下，在左右眼视网膜上形成图像，由感光细胞将其转换成神经脉冲信号，经神经纤维传入大脑视觉神经中枢进行处理和融合，由于视差作用，人就能感受到所看到物体的立体层次。

2　3D多媒体教室设计

根据3D立体成像技术原理，2014年广西医科大学附属口腔医院建立3D多媒体教室。3D多媒体教学系统是全部电化教学、计算机辅助教学和演示手段，是目前新兴、最具感染力、效果最理想的教学演示系统。它将多媒体计算机（能支持3D播放）、3D投影机等先进的视听设备以及其他可遥控设备有机地连接，构成现代化3D视听教学环境。

2.1教学设备组成

3D多媒体教室教学设备由多媒体计算机（能支持3D播放）、3D投影机、圆偏振光3D眼镜、蓝光3D高清播放机、APPLE TV3、5.1影院级音响系统、灯光分区控制、中央控制系统、150-300英寸3D全屏金属投影屏幕、

2.2支持3D播放多媒体计算机配置

CPU：至少在intel core i3 CPU 以上，内存：至少在4G以上，显卡：至少在1G独显以上，同时带有VGA、HDMI、DVI接口，硬盘：至少在500G以上。

2.3金属投影幕布的选择

金属幕是在树脂板外涂层紧致细密的金属分子组成蜂窝阵列，从四周入射的干扰光波在经过该阵列时振荡、衰减并被吸收，这一特性使金属投影屏具备超高对比度和超强的抗环境光干扰能力，黑色更黑，彩色更亮，即使置于灯光明亮的室内，甚至是在非阳光直射的户外，均能杜绝传统珠光投影幕影像模糊的雾状感，提供明亮、清透、完美图像效果，有效成像点距超细，是普通屏幕的1/50 - 1/30，这就使显示精细程度提升数十倍，影像清晰细腻、锐丽无比。尤其在显示动态视频或图片时，极强的层次感和纵深感令影像鲜活灵动、栩栩如生，特别适合进行3D电影、3D动画等显示。

金属幕分为金属软幕与金属硬幕两种，金属幕较传统的珠光屏幕创造了全新的投影概念，使3D投影设备的放映效果得到提升，最大程度地过滤了周围环境的光线，大大提升了画面的质量。

金属幕尺寸的选择，要根据多媒体教室的面积大小、容纳学生的数量和金属幕放置位置的比例大小确定。

2.43D投影仪的选择

笔者采用了爱普生推出的首款整套被动立体投影产品，CB-W16SK投影机（标称光亮度（流明）3000 标准分辨率，（dpi）1280×800（光学参数），投影机类型3D投影机：技术类型及规格0.59英寸，对比度5000：1，灯泡功率200W，灯泡寿命（小时）4000小时，投影参数变焦比1-1.2x 梯形调整功能 垂直：±15度）标配原厂偏振片、叠放架及被动3D眼镜，更加方便使用及施工人员的安装。同时由于使用原厂偏振片及3D眼镜，大大提高了光的利用率，投影机通过偏振片的光利用率达到80%以上，通过眼镜后，整体光利用率达到60%以上，使3D效果更加明亮。CB-W16SK可连接播放全3D格式，不需额外增加3D格式转换设备，更加方便高效的享受3D效果。

2.53D眼镜的选择

根据3D显示器面板类型，选择3D眼镜类型，笔者推荐使用偏光式3D眼镜属于被动式3D技术，眼镜价格较为便宜，使用方面比主动式3D眼镜方便。目前3D电影院、3D液晶电视等大多采用的是偏光式3D技术。左、右眼影像无需切换，不会产生眩晕感觉，彻底消除眩晕造成的疲劳感，适合长时间观看。

2.6蓝光3D高清播放机的选择

1920×1080p HDMI高清解像輸出，更支援24fps直接输出（只限BD），不仅支持蓝光光碟，而且USB支持视频格式DivX PlusHD/DivX/MKV/WMV/AVI/JPEG播放支援（USB/ DVD/CD/LAN），USB支持音频格式 MP3/WMA播放支援（USB/DVD/CD/LAN）。配合蓝光影碟（BD-ROM）和USB外存保持电影流畅播放，彷如置身现场一样。而高清音效亦包括了最高格式的DTS-HD Master Audio及Dolby True HD，并经HDMI输出Bitstream讯号。此外，要获得身临其境的音响效果，最好还能具备PQLS技术，只需透过 HDMI 接口，便可以LPCM / Bitstream形式传送几乎全无抖动的多声道音乐数据，提供可能的最佳音质。

2.7影院级音响系统配置

为了能够保证5.1声道的原汁原味，突出5.1声道系统的效果，对每一个音箱的位置都有非常严格的要求，不能随意摆放，也绝对不能按照一般的方法来摆放音箱，其实有一个非常简单实用的法则，就是高音音箱摆在高处，低音音箱摆在低处。前方音箱以一字型排开的方式面对聆听者摆放，左右分别放置一个音箱，中置音箱放在屏幕的后方。前置音箱与中置音箱的高度尽可能相同，如果是阶梯教室的情况下，尽可能放置在阶梯教室水平中线位置，而且这三个音箱的正面应在同一平面上，中置音箱根据场地情况稍微向后一些，但其正面应与前置音箱的正面平行。前置左右两音箱之间的距离与听者的位置有关，在正常的观看位置上，音箱与听者的角度为45度。

2.8灯光分区控制配置

投影是通过幕布反射光来呈现影像，光反射的过程中会出现衰减。为了能呈现良好的投影效果，多媒体教室灯光控制上，要根据场地情况合理配置灯光。首先，要进行灯光分区控制管理，幕布至第一排座位为前区，第一排至最后一排为后区，左右走道为一个控制区；其次，在后区要设置强光和弱光，左右走道也要设置强光和弱光；还要设置一组对着讲台的面灯；在上课时，关闭前区灯，开启讲台面灯、后区和左右的弱光灯。最大限度的减少灯光对幕布发射光的影响，已达到还原原本物体的真实颜色。

3　3D多媒体教室应用中易出现的问题及解决办法

3D多媒体教室是多个系统的组成的综合体，目前在国内也处于起步阶段，在运行一年多的过程中，笔者总结了以下几个方面常见故障及解决方法。

（1）3D投影机在2D模式下投影2D多媒体内容，工作一段时间后，会出现画面模糊的情况。原因是爱普生推出的首款整套被动立体投影产品CB-W16SK投影机，因为投影机工作一段时间后，产生较大热量，引起叠放架发生热涨，导致上下两台投影机相对位置发生细微偏移。解决方法：1.在资金允许的条件下，多安装一台投影用于播放2D多媒体内容；2.用硬纸片折成直角，放置在低位的投影上，遮罩住低位投影的光（注意 不能使用投影上自带的遮光板，否则投影会自动停止运行）。

（2）3D投影机在3D模式下投影3D多媒体内容，工作一段时间后，会出现画面模糊的情况。原因是爱普生推出的首款整套被动立体投影产品CB-W16SK投影机，因为投影机工作一段时间后，产生较大热量，引起叠放架发生热涨冷缩情况，导致上下两台投影机相对位置发生细微偏移。解决方法：在课间休息时间，老师使用投影遥控器微调“调整投影机位置”，使其达到最佳投影状态。

（3）在中央控制器上进行多信号源间切换的过程中，有时会出现投影机无信号提示信息。解决方法：重新启动投影，问题就可以解决。

3D多媒体教室建设，目前在国内处于起步阶段。时代变化的思考中，笔者如何在数字化时代做好教学工作，3D多媒体教学将是又一次推进教学改革和提高教学质量的重要手段。根据教育部加速教育信息化，以信息化促进教育信息化发展的要求。笔者将在3D多媒体教室建设实践中，不断的改进3D多媒体教学技术，改善3D多媒体教学环境，提高3D教学效果。

［1］ 王琴，郑敏.基于物联网技术的智慧多媒体教室设计［J］.实验室研究与探索，2014，33（3）：127-130.

［2］ 周纲，胡晓源.关于多媒体教室设计与实践［J］.电化教育研究，2001，（9）：75-77.

［3］ 李蕾，王健，曹俊.3D影响资源在教育中的应用分析［J］.中国电化教育，2011，（2）：77-80.

［4］ 玉琨，邝海.3D手术视频在口腔颌面外科临床教学中的应用［J］.大众科技，2015，（12）：130-131.

［5］ 梁佩莹，蔡忠岳，陈培宏，等.教室灯光智能控制系统的设计［J］.智能化仪器及其应用，2014，37（9）：83-87.

［6］ 薛胜兰.多媒体教室音响系统的设计与调整［J］.声频工程，2010，（12）：19-22.

［7］ 李耀麟，陈健祥.多媒体教室扩声系统优化的研究［J］.井冈山学院学报：自然科学版，2008，（10）：43-46.

［8］ 李运江，李宏阶.多媒体教室声学设计［J］.四川建筑科学研究，2008，（10）：172-175.

［9］ 陈金坤.多媒体教室扩声系统的设计、管理与维护［J］.音响技术，2004，（1）：34-36.

［10］ 蔡丽霞.多媒体教室声学环境的分析及营造［J］.中国现代教育装备，2008，（5）：36-37.

3D Multimedia Classroom design under the perspective of innovative thinking

From the perspective of 3D innovative thinking， this article aims to probe into and summarize a series of simple and practical steps for designing 3D Multimedia Classroom based on the principles of 3D and multi-media teaching design. It is hoped that the article can provide teachers with instruction and reference to make their 3D teaching courseware more vivid and attractive.

3D Multimedia Classroom； high school； university； education method

G64

A

1008-1151（2016）02-0136-03

2016-01-10

广西壮族自治区卫生厅自筹经费科研课题“构建口腔根管手术显微镜3D成像系统”（Z2015069）。

玉琨（1976－），男，广西桂林人，广西医科大学附属口腔医院工程师，研究方向为3D技术系统集成。

邝海（1967－），男，广西南宁人，广西医科大学附属口腔医院副教授，研究方向为医疗领域3D技术系统集成。