邱元陽等

編者按：在教育信息化和信息技術(shù)輔助教學(xué)的過程中，投影機起到了非常重要的作用。投影機是一種應(yīng)用十分廣泛的大屏幕影像設(shè)備，曾經(jīng)每一間多媒體教室、會議室，幾乎都少不了它的身影。經(jīng)過幾十年的發(fā)展和市場競爭，投影機也在不斷地更新?lián)Q代，其應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴展。在每年的INFOCOMM（國際視頻集成設(shè)備及技術(shù)展）展覽中，各種新型的投影設(shè)備和技術(shù)都會驚艷亮相，指示著投影機的發(fā)展方向。本期我們繼續(xù)討論投影機的那些事兒。

主持人：

邱元陽? 河南省安陽縣職業(yè)中專

嘉? 賓：

劉宗凡? 廣東省四會中學(xué)

金 琦? 浙江師范大學(xué)附屬中學(xué)

倪俊杰? 浙江省桐鄉(xiāng)市鳳鳴高中

楊 磊? 天津市第五中學(xué)

教學(xué)投影的技術(shù)框架

邱元陽：雖然一些信息化手段比較先進的學(xué)校已經(jīng)采用智慧教室進行教學(xué)，但大多數(shù)學(xué)校的教室多媒體教學(xué)手段仍然是典型的“計算機+投影機”或者“一體化電子白板+投影機”的形式。

從原理上來看，投影機只是從計算機上取得信號源，將圖像投射到幕布上。一般情況下，投影機是沒有聲音的，通常是通過VGA接口接收計算機顯卡輸出的信號，而計算機的聲音再通過聲卡輸出到教室的音箱中，因此這種組合音頻視頻分離、布線復(fù)雜，一般會帶有一個講桌形式的中央控制臺（簡稱中控），統(tǒng)一控制各種輸入輸出、幕布升降和系統(tǒng)開關(guān)，如下頁圖1所示。

隨著投影技術(shù)的發(fā)展，投影機的功能也越來越強大，不僅能接受VGA信號，還能接受HDMI的多媒體信號，直接將計算機的音視頻信號同時傳輸?shù)酵队皺C。

為了方便直接在屏幕上操作，交互式電子白板也加入到教室多媒體系統(tǒng)中，教師可以直接在白板上進行觸控操作，這種方式比鍵盤鼠標的方式更加直觀，特別適合操作演示。同時，電子白板附帶的其他功能也能充分發(fā)揮作用，如畫各種幾何圖形的工具。如果輸入輸出設(shè)備較多，可能需要更復(fù)雜的中控系統(tǒng)（如圖2），但基本的架構(gòu)形式仍然沒變。

在這個基礎(chǔ)上，還可以加入跟蹤攝像機和紅線感應(yīng)裝置，配合自動導(dǎo)播系統(tǒng)，成為一間錄播教室。

電子白板一體機的出現(xiàn)大大簡化了多媒體教室的設(shè)備組成和操作。一臺白板一體機加上短焦投影機，就能輕松搞定多媒體教學(xué)。當(dāng)然，大屏幕液晶觸摸一體機更加集成，但是屏幕尺寸有限，代價不菲。

從LCD到DLP，從長焦到短焦，從LED到激光，作為教室核心設(shè)備的投影機，在不斷更新，各種新技術(shù)也不斷應(yīng)用到教學(xué)投影之中。

教學(xué)中最后的一席之地

金琦：傳統(tǒng)投影機展示教學(xué)的時候，需要與計算機、音響等設(shè)備同時使用，利用投影機將計算機上的內(nèi)容投影到幕布上，如果教師想把自己的新的教學(xué)理念和想法通過文字的形式展示給學(xué)生，就要通過特定的定位筆或鍵盤輸入，非常不方便。而且傳統(tǒng)投影機對光線的適應(yīng)差，在教學(xué)過程中往往要拉上窗簾、關(guān)上門，降低教室的亮度，形成暗室才能看清屏幕上面的內(nèi)容。所以集高清液晶大屏顯示器、投影機、電子白板、計算機和音響等多種電子設(shè)備的特點于一身的智能化交互式教學(xué)觸摸液晶一體機，由于具有便捷的多種安裝方式、快速上手等特點，迅速成為教室用多媒體設(shè)備的新寵兒。那么，曾在校園風(fēng)靡一時的投影機真的要退出校園舞臺嗎？我認為，還有以下兩個重要因素決定了投影機在很長的一段時間內(nèi)在學(xué)校教學(xué)環(huán)境中仍舊有一席之地。

首先，當(dāng)下近視現(xiàn)象已經(jīng)成為困擾中國學(xué)生的一大難題。所以從學(xué)生的角度來說，他們迫切需要一款高效、不傷眼的大屏設(shè)備。目前流行的觸摸式教學(xué)液晶一體機采用直射的方式，光線直接射入眼睛，長時間觀影很容易造成視力下降。而投影產(chǎn)品都是采用漫反射的方式，光不會直接照射眼睛，而是通過幕布反射到學(xué)生的眼中，畫面柔和自然，而且各色光分布均衡，藍光發(fā)光量更?。ㄔ谥T多可見光中，藍光對人眼的傷害是非常大的），大大降低了設(shè)備對教師和學(xué)生視力的傷害，減少了對教師和學(xué)生的輻射影響。所以，現(xiàn)在一些電子白板一體機廠家仍舊采用“OPS內(nèi)置計算機+紅外定位觸摸的電子白板幕+激光超短焦投影機”的組合配置，激光超短焦投影機相比于傳統(tǒng)投影機具有壽命長（光源壽命長達20000小時以上）、故障率低、光衰大大變緩、離顯示設(shè)備更近等特點，色彩效果和開機速度都有質(zhì)的超越，光源安全，防塵散熱好，大大提升了課堂效率和用戶體驗。

其次，當(dāng)教室面積大于70平方米以上時，顯示設(shè)備需要達到100吋以上，目前也只有投影機可以做到。而大屏幕觸摸液晶一體機由于工藝限制，目前86吋以下的屏幕還是主流，所以很難滿足學(xué)校合班教室的需要。而且兩臺激光高清高亮投影機通過融合，更能輕松投影出高清高亮的超過250吋的大畫面，可以保障大型教室中所有學(xué)生都能觀看到。

所以，新一代投影機具備的護眼+大屏的優(yōu)勢，能有效解決學(xué)校在課堂上所面臨的視力保護和實際場景應(yīng)用問題。

另類投影機

倪俊杰：投影機除了應(yīng)用于教育、會議等場景外，還有很多其他用途，當(dāng)然也會涉及一些另類的投影機。

1.婚禮投影

在室外，投影機就能發(fā)揮其獨特用途了，如用在婚禮現(xiàn)場或室外求婚。投影能夠在求婚過程中扮演多重角色，可以在求婚前用來回顧兩人浪漫的視頻或圖片，以營造氣氛。一般也會根據(jù)使用場景選擇不同類型的投影機。如果空間相對不大或者是要隱蔽一些，可以使用小巧精致的智能微投產(chǎn)品;如果是婚禮現(xiàn)場或者是白天等大型場面，就可以使用幾臺大型工程投影機拼接實現(xiàn)大屏投影。

2.手機投影

隨著DLP技術(shù)和LED燈亮度的發(fā)展提升，手機投影機的效果也越來越好。目前，比較流行的有蘋果專用手機投影機，主要品牌是美高G6蘋果手機專用投影機，還有安卓手機投影機，很多品牌都生產(chǎn)。這種專門支持手機的投影機可以把手機屏幕放大幾十英寸到上百英寸投射到屏幕和墻上，實現(xiàn)大屏娛樂和多人分享。那么手機投影是如何實現(xiàn)的呢？一般有有線連接和無線連接兩種方式。美高G6手機投影機是專門支持iPhone手機的投影機，兼容性高，支持iPhone5、iPhone6、iPhone7、iPhone8系列手機;自動識別iPhone手機的操作系統(tǒng)，且自動適應(yīng)。美高G6投影機結(jié)構(gòu)采用鑲嵌式，所有iPhone手機都可以嵌入美高G6投影機卡槽，就像是一個行走的大屏幕。

3.最小的投影機

一款超小型投影機在瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院旗下科研公司的實驗室里研發(fā)成功，體積只有1立方厘米。別看它個體小，其清晰度可以達到清晰的720P。這款投影機的核心部件是一個微型鏡片，把它放置在吸盤上，它能夠反射紅藍綠激光束，光束能以每秒兩萬次的速度掃描物體表面。試想，如果把它安置在手機、筆記本計算機上，就會產(chǎn)生很多神奇的效果。而且，據(jù)稱它的耗電量比現(xiàn)在普遍流行的LED投影機能耗減少三成。中國百度公司研制發(fā)布了一臺名為百度DuRing的投影機，僅重22克。它的外形被設(shè)計成戒指的模樣，最小直徑為18厘米。DuRing投影機采用鈦合金的材質(zhì)，具有極強的抗壓和耐磨性，可以輕松觀看百度視頻APP提供的視頻內(nèi)容。它投影的尺寸達到了50英寸左右，而且是保證高清畫質(zhì)的情況下。它還采用了最新的快速充電技術(shù)，相比一般充電方式時間減少了75%左右，但是續(xù)航時間卻高達15小時。

4.最大的投影機

最大的投影機不是投影機器本身多大，而是指投影的效果能夠達到多大。2018年，白鷺湖水幕投影成功通過了吉尼斯的官方認證，獲得當(dāng)時全球第一大水幕投影的殊榮。據(jù)相關(guān)介紹，該項目采用了3臺NEC 40000流明4K雙色激光工程機，最終實現(xiàn)了長150米、高25米的水幕整體效果，總投影面積達1582平方米（打破了迪拜此前保持的893平方米的紀錄）。NEC投影機也充分發(fā)揮其40000流明的超高亮度優(yōu)勢，不會受到激光、舞臺燈光等戶外環(huán)境光的影響，保證了出色的顯示效果。其高達4K的分辨率，在湖水介質(zhì)不平整的客觀條件之下，仍能將水幕畫面展現(xiàn)得淋漓盡致。同樣是2018年，在芝加哥的一棟建筑物的整個前立面，利用34臺投影設(shè)備打造出了世界上最大的永久數(shù)字投影系統(tǒng)，這片建筑的面積大概有10117平方米。最令人震撼的是2020年3月，在迪拜的阿爾瓦斯爾廣場、世博會的中心，252臺科視D4K40-RGB純激光投影機以1000萬流明的亮度從內(nèi)部及外部同時點亮穹頂。巨型換裝投影能將穹頂“變身”為全球最大的360度環(huán)形投影面，參觀者從穹頂內(nèi)外均能看到投影面上的內(nèi)容，非常震撼。

展館矩陣投影

劉宗凡：矩陣投影機又稱為投影機矩陣，是采用多臺投影機組成矩陣形式，互相配合，來完成更大更復(fù)雜場景的投影產(chǎn)品。這種視頻矩陣往往需要工程定制設(shè)計和安裝，常用在各種展館中。

與大屏幕液晶拼接類似，矩陣投影也需要視頻信號控制系統(tǒng)，如VGA矩陣切換器、投影融合矩陣、矩陣控制器等。典型的展館矩陣投影原理如圖3所示。

在展覽館、博物館、大型互動應(yīng)用場所等地方，常常需要將多媒體場館的強弱電、燈光、音響、視頻、機械等有機地結(jié)合起來，完成一整套的集成控制，實現(xiàn)對各個設(shè)備的實時控制，以達到各種效果和展示的需要。這時候就可能需要使用場館矩陣投影系統(tǒng)，實現(xiàn)對大中型多媒體展館中的集成控制，甚至實現(xiàn)投影與實景結(jié)合、機械LED與音視頻聯(lián)動。

如果結(jié)合投影融合和全息投影，展館投影的效果會更加靈活逼真和震撼。

高科技的全息投影

楊磊：全息技術(shù)使數(shù)字內(nèi)容變得生動起來，無論是在玻璃管內(nèi)還是懸浮在稀薄的空氣中。3D全息圖使觀看者可以以完全不同的方式與內(nèi)容進行交互。3D全息設(shè)備可以高度逼真的方式顯示對象或文物，使內(nèi)容栩栩如生。無論是新飛機還是最新的移動設(shè)備，無論是歷史文物還是現(xiàn)代產(chǎn)品，無論規(guī)模大小，無論是在展示廣告中還是在臨床環(huán)境中，都可以通過圖形化和易于理解的方式演示。3D全息圖正在融入我們的日常生活。

全息投影機操作的關(guān)鍵是全息圖。在數(shù)字成像技術(shù)出現(xiàn)之前，全息圖就是膠片上的圖案。攝影師將單個光源分成兩部分。一半照亮了被攝體，另一半則直接照到了膠片上，從而使從被攝體反射的光產(chǎn)生了干涉圖案。

數(shù)字顯示器已經(jīng)能夠創(chuàng)建這種干涉圖樣并取代膠片上的全息圖。這意味著可以開始在全息投影機上投影視頻。投影機通過數(shù)字顯示器發(fā)出激光或純白光與一系列圖像相對應(yīng)的干涉圖案進行合成并使光線穿過干涉圖案在投影機前面創(chuàng)建圖像。

在傳統(tǒng)的投影機中，光線穿過圖形圖像，該圖形圖像會阻擋某些光線而產(chǎn)生陰影，并且僅允許某些顏色通過以對投影的圖像進行著色。全息投影機通過干涉圖案折射產(chǎn)生投影圖像，幾乎不損失任何光，并且工作效率更高。它們體積很小，并且產(chǎn)生的熱量很少，這使得它們非常適合應(yīng)用到功率和空間受限的移動電子設(shè)備中。

全息圖或數(shù)字全息干涉圖僅適用于一種顏色，因為干涉圖來自單個波長的光的干涉。為了獲得顏色，全息投影機必須使用彩色激光，這些彩色激光照亮其顏色的相應(yīng)干涉圖案。簡單的全息投影機的光源可以通過平坦的干涉圖案發(fā)光，產(chǎn)生具有三維質(zhì)量的圖像，但是圖像仍然是平坦的。為了創(chuàng)建真實的3D圖像，全息投影機可以使用旋轉(zhuǎn)鏡將圖像反射給觀察者。鏡子發(fā)送與觀察者從其觀看對象的角度相對應(yīng)的圖像。觀察者在主題周圍移動時，會從不同的視角對其進行查看，并看到在空間中漂浮的三維圖像。

全息投影系統(tǒng)是一種利用干涉和衍射原理記載并再現(xiàn)物體真實的三維圖畫，它利用雙眼立體視覺原理，使觀眾能從銀幕上獲得三維空間的立體視覺效果的影像。全息投影實現(xiàn)主要有三種方式：

①水霧投影。這是最簡單也是成本最低的一種全息投影模式，將激光打在噴出的水霧上形成反射，從而展現(xiàn)出立體的全息影像。

②激光旋轉(zhuǎn)投影。它的模式是利用高速旋轉(zhuǎn)的鏡面來反射激光，利用觀眾的視覺誤差來制造全息效果。介質(zhì)與投射影像之間必須高度配合，很難在一臺儀器上展現(xiàn)若干不同的影像，導(dǎo)致成本十分高昂。

③全息膜投影。其原理是利用一層透明度很高的薄膜來反射出全息影像。搭配周圍光線較暗，薄膜本身看不清，就有了所謂高仿全息的效果。

全息投影的觀看不需要佩戴專業(yè)的顯示設(shè)備，只需肉眼就能看到非常逼真的三維顯示效果。

結(jié)束語

商用投影機增長的疲軟和家用投影機需求的激增，似乎在轉(zhuǎn)變投影機的發(fā)展方向。而微型投影和智能投影的潛在需求，卻也在刺激投影技術(shù)在不同的方向上同時發(fā)展。無論是教育領(lǐng)域、商業(yè)領(lǐng)域、工程領(lǐng)域還是家庭領(lǐng)域，投影機都不會放棄各自的市場，而是在市場化的導(dǎo)向中不斷發(fā)展完善，在技術(shù)革新的過程中一路高歌向前。