投影漫谈

    邱元阳等

    

    

    

    编者按：在教育信息化和信息技术辅助教学的过程中，投影机起到了非常重要的作用。投影机是一种应用十分广泛的大屏幕影像设备，曾经每一间多媒体教室、会议室，几乎都少不了它的身影。经过几十年的发展和市场竞争，投影机也在不断地更新换代，其应用领域也不断扩展。在每年的INFOCOMM（国际视频集成设备及技术展）展览中，各种新型的投影设备和技术都会惊艳亮相，指示着投影机的发展方向。本期我们继续讨论投影机的那些事儿。

    主持人：

    邱元阳? 河南省安阳县职业中专

    嘉? 宾：

    刘宗凡? 广东省四会中学

    金 琦? 浙江师范大学附属中学

    倪俊杰? 浙江省桐乡市凤鸣高中

    杨 磊? 天津市第五中学

    教学投影的技术框架

    邱元阳：虽然一些信息化手段比较先进的学校已经采用智慧教室进行教学，但大多数学校的教室多媒体教学手段仍然是典型的“計算机+投影机”或者“一体化电子白板+投影机”的形式。

    从原理上来看，投影机只是从计算机上取得信号源，将图像投射到幕布上。一般情况下，投影机是没有声音的，通常是通过VGA接口接收计算机显卡输出的信号，而计算机的声音再通过声卡输出到教室的音箱中，因此这种组合音频视频分离、布线复杂，一般会带有一个讲桌形式的中央控制台（简称中控），统一控制各种输入输出、幕布升降和系统开关，如下页图1所示。

    随着投影技术的发展，投影机的功能也越来越强大，不仅能接受VGA信号，还能接受HDMI的多媒体信号，直接将计算机的音视频信号同时传输到投影机。

    为了方便直接在屏幕上操作，交互式电子白板也加入到教室多媒体系统中，教师可以直接在白板上进行触控操作，这种方式比键盘鼠标的方式更加直观，特别适合操作演示。同时，电子白板附带的其他功能也能充分发挥作用，如画各种几何图形的工具。如果输入输出设备较多，可能需要更复杂的中控系统（如图2），但基本的架构形式仍然没变。

    在这个基础上，还可以加入跟踪摄像机和红线感应装置，配合自动导播系统，成为一间录播教室。

    电子白板一体机的出现大大简化了多媒体教室的设备组成和操作。一台白板一体机加上短焦投影机，就能轻松搞定多媒体教学。当然，大屏幕液晶触摸一体机更加集成，但是屏幕尺寸有限，代价不菲。

    从LCD到DLP，从长焦到短焦，从LED到激光，作为教室核心设备的投影机，在不断更新，各种新技术也不断应用到教学投影之中。

    教学中最后的一席之地

    金琦：传统投影机展示教学的时候，需要与计算机、音响等设备同时使用，利用投影机将计算机上的内容投影到幕布上，如果教师想把自己的新的教学理念和想法通过文字的形式展示给学生，就要通过特定的定位笔或键盘输入，非常不方便。而且传统投影机对光线的适应差，在教学过程中往往要拉上窗帘、关上门，降低教室的亮度，形成暗室才能看清屏幕上面的内容。所以集高清液晶大屏显示器、投影机、电子白板、计算机和音响等多种电子设备的特点于一身的智能化交互式教学触摸液晶一体机，由于具有便捷的多种安装方式、快速上手等特点，迅速成为教室用多媒体设备的新宠儿。那么，曾在校园风靡一时的投影机真的要退出校园舞台吗？我认为，还有以下两个重要因素决定了投影机在很长的一段时间内在学校教学环境中仍旧有一席之地。

    首先，当下近视现象已经成为困扰中国学生的一大难题。所以从学生的角度来说，他们迫切需要一款高效、不伤眼的大屏设备。目前流行的触摸式教学液晶一体机采用直射的方式，光线直接射入眼睛，长时间观影很容易造成视力下降。而投影产品都是采用漫反射的方式，光不会直接照射眼睛，而是通过幕布反射到学生的眼中，画面柔和自然，而且各色光分布均衡，蓝光发光量更小（在诸多可见光中，蓝光对人眼的伤害是非常大的），大大降低了设备对教师和学生视力的伤害，减少了对教师和学生的辐射影响。所以，现在一些电子白板一体机厂家仍旧采用“OPS内置计算机+红外定位触摸的电子白板幕+激光超短焦投影机”的组合配置，激光超短焦投影机相比于传统投影机具有寿命长（光源寿命长达20000小时以上）、故障率低、光衰大大变缓、离显示设备更近等特点，色彩效果和开机速度都有质的超越，光源安全，防尘散热好，大大提升了课堂效率和用户体验。

    其次，当教室面积大于70平方米以上时，显示设备需要达到100吋以上，目前也只有投影机可以做到。而大屏幕触摸液晶一体机由于工艺限制，目前86吋以下的屏幕还是主流，所以很难满足学校合班教室的需要。而且两台激光高清高亮投影机通过融合，更能轻松投影出高清高亮的超过250吋的大画面，可以保障大型教室中所有学生都能观看到。

    所以，新一代投影机具备的护眼+大屏的优势，能有效解决学校在课堂上所面临的视力保护和实际场景应用问题。

    另类投影机

    倪俊杰：投影机除了应用于教育、会议等场景外，还有很多其他用途，当然也会涉及一些另类的投影机。

    1.婚礼投影

    在室外，投影机就能发挥其独特用途了，如用在婚礼现场或室外求婚。投影能够在求婚过程中扮演多重角色，可以在求婚前用来回顾两人浪漫的视频或图片，以营造气氛。一般也会根据使用场景选择不同类型的投影机。如果空间相对不大或者是要隐蔽一些，可以使用小巧精致的智能微投产品;如果是婚礼现场或者是白天等大型场面，就可以使用几台大型工程投影机拼接实现大屏投影。

    2.手机投影

    随着DLP技术和LED灯亮度的发展提升，手机投影机的效果也越来越好。目前，比较流行的有苹果专用手机投影机，主要品牌是美高G6苹果手机专用投影机，还有安卓手机投影机，很多品牌都生产。这种专门支持手机的投影机可以把手机屏幕放大几十英寸到上百英寸投射到屏幕和墙上，实现大屏娱乐和多人分享。那么手机投影是如何实现的呢？一般有有线连接和无线连接两种方式。美高G6手机投影机是专门支持iPhone手机的投影机，兼容性高，支持iPhone5、iPhone6、iPhone7、iPhone8系列手机;自动识别iPhone手机的操作系统，且自动适应。美高G6投影机结构采用镶嵌式，所有iPhone手机都可以嵌入美高G6投影机卡槽，就像是一个行走的大屏幕。

    3.最小的投影机

    一款超小型投影机在瑞士联邦理工学院旗下科研公司的实验室里研发成功，体积只有1立方厘米。别看它个体小，其清晰度可以达到清晰的720P。这款投影机的核心部件是一个微型镜片，把它放置在吸盘上，它能够反射红蓝绿激光束，光束能以每秒两万次的速度扫描物体表面。试想，如果把它安置在手机、笔记本计算机上，就会产生很多神奇的效果。而且，据称它的耗电量比现在普遍流行的LED投影机能耗减少三成。中国百度公司研制发布了一台名为百度DuRing的投影机，仅重22克。它的外形被设计成戒指的模样，最小直径为18厘米。DuRing投影机采用钛合金的材质，具有极强的抗压和耐磨性，可以轻松观看百度视频APP提供的视频内容。它投影的尺寸达到了50英寸左右，而且是保证高清画质的情况下。它还采用了最新的快速充电技术，相比一般充电方式时间减少了75%左右，但是续航时间却高达15小时。

    4.最大的投影机

    最大的投影机不是投影机器本身多大，而是指投影的效果能夠达到多大。2018年，白鹭湖水幕投影成功通过了吉尼斯的官方认证，获得当时全球第一大水幕投影的殊荣。据相关介绍，该项目采用了3台NEC 40000流明4K双色激光工程机，最终实现了长150米、高25米的水幕整体效果，总投影面积达1582平方米（打破了迪拜此前保持的893平方米的纪录）。NEC投影机也充分发挥其40000流明的超高亮度优势，不会受到激光、舞台灯光等户外环境光的影响，保证了出色的显示效果。其高达4K的分辨率，在湖水介质不平整的客观条件之下，仍能将水幕画面展现得淋漓尽致。同样是2018年，在芝加哥的一栋建筑物的整个前立面，利用34台投影设备打造出了世界上最大的永久数字投影系统，这片建筑的面积大概有10117平方米。最令人震撼的是2020年3月，在迪拜的阿尔瓦斯尔广场、世博会的中心，252台科视D4K40-RGB纯激光投影机以1000万流明的亮度从内部及外部同时点亮穹顶。巨型换装投影能将穹顶“变身”为全球最大的360度环形投影面，参观者从穹顶内外均能看到投影面上的内容，非常震撼。

    展馆矩阵投影

    刘宗凡：矩阵投影机又称为投影机矩阵，是采用多台投影机组成矩阵形式，互相配合，来完成更大更复杂场景的投影产品。这种视频矩阵往往需要工程定制设计和安装，常用在各种展馆中。

    与大屏幕液晶拼接类似，矩阵投影也需要视频信号控制系统，如VGA矩阵切换器、投影融合矩阵、矩阵控制器等。典型的展馆矩阵投影原理如图3所示。

    在展览馆、博物馆、大型互动应用场所等地方，常常需要将多媒体场馆的强弱电、灯光、音响、视频、机械等有机地结合起来，完成一整套的集成控制，实现对各个设备的实时控制，以达到各种效果和展示的需要。这时候就可能需要使用场馆矩阵投影系统，实现对大中型多媒体展馆中的集成控制，甚至实现投影与实景结合、机械LED与音视频联动。

    如果结合投影融合和全息投影，展馆投影的效果会更加灵活逼真和震撼。

    高科技的全息投影

    杨磊：全息技术使数字内容变得生动起来，无论是在玻璃管内还是悬浮在稀薄的空气中。3D全息图使观看者可以以完全不同的方式与内容进行交互。3D全息设备可以高度逼真的方式显示对象或文物，使内容栩栩如生。无论是新飞机还是最新的移动设备，无论是历史文物还是现代产品，无论规模大小，无论是在展示广告中还是在临床环境中，都可以通过图形化和易于理解的方式演示。3D全息图正在融入我们的日常生活。

    全息投影机操作的关键是全息图。在数字成像技术出现之前，全息图就是胶片上的图案。摄影师将单个光源分成两部分。一半照亮了被摄体，另一半则直接照到了胶片上，从而使从被摄体反射的光产生了干涉图案。

    数字显示器已经能够创建这种干涉图样并取代胶片上的全息图。这意味着可以开始在全息投影机上投影视频。投影机通过数字显示器发出激光或纯白光与一系列图像相对应的干涉图案进行合成并使光线穿过干涉图案在投影机前面创建图像。

    在传统的投影机中，光线穿过图形图像，该图形图像会阻挡某些光线而产生阴影，并且仅允许某些颜色通过以对投影的图像进行着色。全息投影机通过干涉图案折射产生投影图像，几乎不损失任何光，并且工作效率更高。它们体积很小，并且产生的热量很少，这使得它们非常适合应用到功率和空间受限的移动电子设备中。

    全息图或数字全息干涉图仅适用于一种颜色，因为干涉图来自单个波长的光的干涉。为了获得颜色，全息投影机必须使用彩色激光，这些彩色激光照亮其颜色的相应干涉图案。简单的全息投影机的光源可以通过平坦的干涉图案发光，产生具有三维质量的图像，但是图像仍然是平坦的。为了创建真实的3D图像，全息投影机可以使用旋转镜将图像反射给观察者。镜子发送与观察者从其观看对象的角度相对应的图像。观察者在主题周围移动时，会从不同的视角对其进行查看，并看到在空间中漂浮的三维图像。

    全息投影系统是一种利用干涉和衍射原理记载并再现物体真实的三维图画，它利用双眼立体视觉原理，使观众能从银幕上获得三维空间的立体视觉效果的影像。全息投影实现主要有三种方式：

    ①水雾投影。这是最简单也是成本最低的一种全息投影模式，将激光打在喷出的水雾上形成反射，从而展现出立体的全息影像。

    ②激光旋转投影。它的模式是利用高速旋转的镜面来反射激光，利用观众的视觉误差来制造全息效果。介质与投射影像之间必须高度配合，很难在一台仪器上展现若干不同的影像，导致成本十分高昂。

    ③全息膜投影。其原理是利用一层透明度很高的薄膜来反射出全息影像。搭配周围光线较暗，薄膜本身看不清，就有了所谓高仿全息的效果。

    全息投影的观看不需要佩戴专业的显示设备，只需肉眼就能看到非常逼真的三维显示效果。

    结束语

    商用投影机增长的疲软和家用投影机需求的激增，似乎在转变投影机的发展方向。而微型投影和智能投影的潜在需求，却也在刺激投影技术在不同的方向上同时发展。无论是教育领域、商业领域、工程领域还是家庭领域，投影机都不会放弃各自的市场，而是在市场化的导向中不断发展完善，在技术革新的过程中一路高歌向前。