序論：好文章的創(chuàng)作是一個不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]十篇全息影像技術(shù)論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

1 3D技術(shù)起源及原理

人眼產(chǎn)生3D視覺的秘密――偏光原理：

人眼在看任何物體時，由于兩只眼睛在空間有一定間距約為5cm，即存在兩個視角。這樣形成左右兩眼所看的圖像不完全一樣，稱為視差。這種細(xì)微的視差通過視網(wǎng)膜傳遞到大腦里，就能顯示出物體的前后遠(yuǎn)近，產(chǎn)生強烈的立體感。這是1839年，英國科學(xué)家溫斯特發(fā)現(xiàn)的一個奇妙的現(xiàn)象，至今為止幾乎任何3D影像技術(shù)都是基于這個原理開發(fā)的。

2 3D技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

2.1 3D成像技術(shù)種類

3D成像技術(shù)有很多種，分為不閃式3D技術(shù)、互補色技術(shù)、時分法技術(shù)、光柵式技術(shù)、普式技術(shù)、全息式技術(shù)等。而其中以時分法為當(dāng)今所廣泛應(yīng)用，而不閃式技術(shù)和互補色技術(shù)也有著較為廣泛的應(yīng)用。為了方便說明我們用互補色技術(shù)解釋立體電影的形成（光的三原色原理――紅、綠、蘭）

⑴互補色技術(shù)是目前比較多電影院采用的技術(shù)，依據(jù)人眼的成像原理，以兩臺攝影機模擬人眼左右眼所成的像。再在放映過程中使用兩臺放映機它將不同視角上的成像用不同的顏色印刻在同一副畫面下，互補色3D眼鏡采用的技術(shù)也就是色分法，色分法會將兩個不同視角上拍攝的影像分別以兩種不同的顏色印制在同一副畫面中。如果在這樣的情況下，我們直接利用肉眼去觀看紅藍(lán)、紅綠等多種模式類的電影，就會出現(xiàn)模糊的重影圖像。這樣我們就無法觀看到紅藍(lán)、紅綠等多種模式類的電影的立體效果。再讓用戶通過紅藍(lán)立體鏡片來觀看到立體效果。由于技術(shù)成熟而且眼鏡造價相對低廉，所以廣為當(dāng)今的電影院所接受。

⑵時分法即是（快門法）通過提高屏幕刷新率把圖像按幀一分為二，形成左右眼連續(xù)交錯顯示的兩組畫面，通過快門式3D眼鏡的配合，使得這兩組畫面分別進(jìn)入左右雙眼，最終在大腦中合成3D立體圖像。計算機可以用顯卡將普通2D影像生成3D效果，成為未來用戶接觸3D視覺的主流設(shè)備。它也包括紅藍(lán)色分法，但這只是為了讓不具備硬件條件的用戶也能體驗3D視覺的次級方案，它主要是利用快門原理的時分法技術(shù)。

時分法3D視覺體驗的質(zhì)量取決于鏡片液晶的偏轉(zhuǎn)頻率。要獲得理想的視覺效果，顯示器至少需要120Hz的刷新率，分配到每只眼睛上的圖像刷新率是60Hz。這樣視網(wǎng)膜影像殘留效應(yīng)，人就很難感覺出來，圖像就不覺閃爍。

⑶不閃式3D 電視方式。不閃式3D使用特殊薄膜分離左右影像來體現(xiàn)3D影像。把分離左側(cè)影像和右側(cè)影像的特殊薄膜貼在3D電視表面和眼鏡上，通過電視分離左右影像后同時送往眼鏡，經(jīng)眼鏡的過濾，把分離左右影像送到各個眼睛，大腦再把這兩個影像合成高清晰3D影像。因為不閃式3D能夠體現(xiàn)1秒鐘240張3D合成影像，沒有重疊畫面和拖拉現(xiàn)象，所以不閃式3D也被稱作世界唯一的240赫茲3D電視。

2.2 裸眼3D顯示技術(shù)

目前3D立體顯示技術(shù)，大部分要依賴特制的眼鏡，長時間的觀看會有惡心眩暈等感覺。舒適度大大降低。由以下這兩種技術(shù)（視差障壁；柱狀透鏡技術(shù)）的基礎(chǔ)上改良而成的裸眼3D顯示技術(shù)能較好解決這些問題，代表3D立體顯示技術(shù)發(fā)展前沿。

⑴視差障壁技術(shù)。在顯示器和眼睛之間設(shè)置一個柵欄式的擋板，就可以改變奇、偶列圖像的光線走向，使之分別送達(dá)左、右眼，形成立體視覺效果。這種方法的雙眼視圖也是位于屏幕上的奇列和偶列分區(qū)，實施是用一個開關(guān)液晶屏、偏振膜和高分子液晶層，利用液晶層和偏振膜制造出一系列方向為90°的垂直條紋寬幾十微米。通過它們的光就形成了垂直的細(xì)條柵模式，稱之為“視差障壁”。通過一系列的縫隙來觀看奇、偶列圖像，這樣的裝置使左、右眼能分別看到對應(yīng)的圖像，形成立體視覺效果。

缺陷：由于視差障壁，亮度會降低，分辨率也降低，導(dǎo)致清晰度將降低。

⑵柱狀透鏡技術(shù)。在顯示器前面板鑲上一塊柱透鏡板（透鏡板由細(xì)長的半圓柱透鏡緊密排列構(gòu)成）組成裸眼立體顯示的光學(xué)系統(tǒng)，像素的光線通過柱透鏡的折射，把視差圖像投射到人的左、右眼，經(jīng)視覺中樞的立體融合獲得立體感。

優(yōu)點：亮度不受到影響，3D顯示效果更好。

缺點：相關(guān)制造與現(xiàn)有LCD液晶工藝不兼容，需要投資新的設(shè)備和生產(chǎn)線

為了克服上述不足，還有一些改進(jìn)版的新技術(shù)：

⑶MLD技術(shù)―微位相差板法。使用微位相差板改變光的偏極態(tài)來分離左、右眼視圖。也是使用視差圖像來實現(xiàn)立體場景，兩幅圖像分別顯示在奇列分區(qū)和偶列分區(qū)。

優(yōu)點：觀看3D影像時，不會產(chǎn)生眩暈、頭疼及眼睛疲勞；分辨率高；可兼容文字等二維影像和3D影像；可視角度大。

⑷指向光源技術(shù)。這種裸眼立體顯示器在LCD像素后面使用線光源提供背光照明，密集的線光源照明使奇、偶列像素的圖像傳輸路徑產(chǎn)生分離，分離后的視差圖像能分別到達(dá)對應(yīng)的眼睛.全部像素被分為奇、偶列交錯的兩個顯示單元。用來顯示具有視差的立體對圖像。

優(yōu)點：分辨率、透光率較高，能沿用現(xiàn)有的設(shè)計架構(gòu)，3D顯示效果出色

缺點：技術(shù)產(chǎn)品還不成熟。

2.3 全息影像技術(shù)

人類之所以能感受到立體感是由于人的兩眼視差。根據(jù)這個原理，可以將3D顯示技術(shù)分為兩種：一種是利用人眼的視差特性產(chǎn)生立體感；另一種則是在空間顯示真實的3D立體影像，如基于全息影像技術(shù)的立體成像。全息影像是真正的三維立體影像，用戶不需要佩戴帶立體眼鏡或其他任何的輔助設(shè)備，就可以在不同的角度裸眼觀看影像。全息顯示技術(shù)的問世給真正的立體三維電視帶來了希望之光。全息電視與立體電視相比，其優(yōu)越之處不僅僅在于立體三維圖像更接近于物體自身，而且還要從人眼對物體深度感在生理上的心理暗示來加以考慮。

⑴3D全息影像技術(shù)簡介。全息技術(shù)最早是應(yīng)用在照相上的。它實際上是利用了光的干涉原理。把物體特有的光波資訊記錄在感光材料上，經(jīng)過顯影定影處理後，得到一張全息圖。這張全息圖上面是沒有圖像的。要想看到圖像，就是要使光波重現(xiàn)。重現(xiàn)的圖像與原物一模一樣，如同透過窗口觀看外面的景物一樣。移動眼睛可以看到物體的不同側(cè)面。觀看前后不同距離的景物時，效果更加出色，與看話劇演出沒什么兩樣。

世界上最酷的透明玻璃電視―CLARO推出了一款以前從未見過的顯示器――透明玻璃電視，名為“Holoscreen”。它不同于現(xiàn)在的任何一款電視，是全息技術(shù)與視覺審美的無瑕結(jié)合的產(chǎn)物。它可以接受所有輸入格式。從電視、DVD、錄影、個人計算機到筆記本，都能使用?？煞Q得上是顯示技術(shù)的大革命。

⑵3D全息影像技術(shù)產(chǎn)品。全息投影3D全息立體投影設(shè)備不是利用數(shù)碼技術(shù)實現(xiàn)的，而是投影設(shè)備將不同角度影像投影至進(jìn)口的MP全息投影膜上，讓你看到不屬于你自身角度的其他圖像，因而實現(xiàn)了真正的3D全息立體影像，是近期非常流行的技術(shù)。可實現(xiàn)的全息投影從技術(shù)上分為三種。1）空氣投影；2）激光束投影；3）日本公司研制了一種利用激光束來投射實體的全息影像投射方法。

以360全息成像為例，是由透明材料制成的四面錐體。當(dāng)觀眾的視線透過椎體的一個面時，通過表面鏡射和反射，能夠從椎體內(nèi)的空間里看到自由飄浮的影像。

2010年上海世博會中，多個國家館就采用了全息投影技術(shù)，其亦幻亦真的感覺，帶給人全新的視覺體驗?？梢园堰h(yuǎn)處的人或物以三維形式投影在空氣之中?！栋⒎策_(dá)》視覺團隊把這一技術(shù)應(yīng)用在湖南衛(wèi)視2012跨年演唱會的舞臺上，不必借助3D眼鏡、IMAX屏幕，如幻似真的奇幻場面就呈現(xiàn)在舞臺現(xiàn)場。全息投影技術(shù)本質(zhì)上是通過空氣或其它特殊的介質(zhì)形成立體的影像，突破了傳統(tǒng)的聲、光、電等介質(zhì)的局限性，成像色彩鮮艷，對比度、清晰度都非常高，強烈的空間感和透視感是這種技術(shù)最具魅力之處。全息投影有望超越當(dāng)前的各種3D技術(shù)，成為終極立體顯示解決方案。

3 3D技術(shù)發(fā)展前景

篇（2）

【中圖分類號】G40-057 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【論文編號】1009―8097(2009)12―0102―04

一 虛擬現(xiàn)實研究現(xiàn)狀

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是許多相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域交叉、集成的產(chǎn)物。它的研究內(nèi)容涉及到人工智能、計算機科學(xué)、電子學(xué)、傳感器、計算機圖形學(xué)、智能控制、超聲波、心理學(xué)等。我們必須清醒地認(rèn)識到,雖然這個領(lǐng)域的技術(shù)潛力是巨大的,應(yīng)用前景也是很廣闊的,但仍存在著許多尚未解決的理論問題和尚未克服的技術(shù)障礙。

就像電影《黑客帝國》里描述的那樣,未來的我們竟可以生活在一個由電腦控制的虛擬世界里。在這個世界里,我們同樣擁有各種感覺,同樣擁有親戚朋友,同樣擁有工作,同樣擁有現(xiàn)實世界的一切“真實”。只是,這一切都是虛擬的[1]。虛擬現(xiàn)實如果應(yīng)用于教育有可能是教育技術(shù)仿真的一個飛躍。虛擬現(xiàn)實營造了“自主學(xué)習(xí)”的環(huán)境,由傳統(tǒng)的“以教促學(xué)”的學(xué)習(xí)方式代之以由學(xué)習(xí)者通過自身與信息和環(huán)境的相互作用來得到知識、技能的新型學(xué)習(xí)方式,能做到在教學(xué)活動中“學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)”。將其引入課堂,展現(xiàn)那些在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中無法實現(xiàn)的教學(xué)過程、虛擬各種實驗設(shè)備和實訓(xùn)環(huán)境,甚至用于遠(yuǎn)程教育,從而生動地表現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容。因此,虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)入高校教學(xué)的研究,勢必將會對探索發(fā)展現(xiàn)代教育思想、提高教學(xué)質(zhì)量水平、改善實驗培訓(xùn)環(huán)境、優(yōu)化教學(xué)過程、加速培養(yǎng)現(xiàn)代化的專業(yè)技術(shù)人才產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響[2]。

如何顯示虛擬場景呢?現(xiàn)在應(yīng)用的虛擬現(xiàn)實廣角(寬視野)的立體顯示,主要采用多通道平面或環(huán)幕立體投影展示系統(tǒng),需配戴跟蹤頭部運動的虛擬現(xiàn)實頭套,另外一些設(shè)備還需要數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)衣。這些系統(tǒng)使用復(fù)雜,局限性強,仿真效果差,價格昂貴推廣不易。本文虛擬仿真顯示的設(shè)計構(gòu)思是采用光技術(shù),利用光投影機投射而成的3D全息展示系統(tǒng),人可以通過使用各種特殊裝置將自己“投射”到這個環(huán)境中,并操作、控制環(huán)境,實現(xiàn)特殊的目的,即人是這種環(huán)境的主宰。能將課堂教學(xué)情景、課件內(nèi)容立體真三維可視化,再配合聲音、資源庫、智能系統(tǒng)等雙向互動,完全模擬真實情景,與現(xiàn)場無異,它具備更大的顯示尺寸、更寬的視野、更多的顯示內(nèi)容、更高的顯示分辨率,以及更具沖擊力和沉浸感的視覺效果。

美國麻省一位叫Chad Dyne的29歲理工研究生發(fā)明了一種空氣投影和交互技術(shù),這是顯示技術(shù)上的一個里程碑,它可以在氣流形成的墻上投影出具有交互功能的圖像。此技術(shù)來源海市蜃樓的原理,將圖像投射在水蒸氣上,由于分子震動不均衡,可以形成層次和立體感很強的圖像。另據(jù)報道,日本公司Science and Technology發(fā)明了一種可以用激光束來投射實體的3D影像,這種技術(shù)是利用氮氣和氧氣在空氣中散開時,混合成的氣體變成灼熱的漿狀物質(zhì),并在空氣中形成一個短暫的3D圖像。還有,南加利福尼亞大學(xué)創(chuàng)新科技研究院的研究人員目前宣布他們成功研制一種360度全息顯示屏,這種技術(shù)是將圖像投影在一種高速旋轉(zhuǎn)的鏡子上從而實現(xiàn)三維圖像,只不過好像有點危險?？梢哉f這些技術(shù)很多國家都在研制,毫不夸張的說這項技術(shù)它包含了未來,誰最先使用這項技術(shù),誰就最先走入未來的先進(jìn)技術(shù)行列。[3]

二 光技術(shù)及其應(yīng)用效果

1 三維成像如何顯示

人看周圍的世界時,由于兩只眼睛的位置不同,得到的圖像略有不同,這些圖像在腦子里融合起來,就形成了一個關(guān)于周圍世界的整體景象,這個景象中包括了距離遠(yuǎn)近的信息。當(dāng)然,距離信息也可以通過其他方法獲得,例如眼睛焦距的遠(yuǎn)近、物體大小的比較等[4]。

根據(jù)人眼立體視覺的特性,實現(xiàn)立體電視的方式也對應(yīng)為兩大類:一類是利用兩眼的視差特性,使一對視差信號的兩幅圖像同時出現(xiàn)在屏幕上,讓兩眼分別觀看這兩幅圖像來獲得立體感覺;第二類是利用一只眼睛也能獲得立體感的特性,將一對視差信號的兩幅圖像先后輪流地出現(xiàn)在屏幕上,從而獲得立體感覺。

第三種就是真三維成像,本文擬推薦應(yīng)用光技術(shù)全息三維成像,使用普通光束即可(不需銀幕真三維)。這個系統(tǒng)可以用來拍攝諸如籃球比賽的三維影片。如果你的家中有三維播放機,你就可以在虛擬現(xiàn)實狀態(tài)下觀看籃球比賽,觀看者會感覺自己仿佛就在場內(nèi)一樣(見圖1)。全息三維立體顯示正在向全息彩色立體電視和電影的方向發(fā)展。同理,課堂教學(xué)也能夠獲得同樣的視覺和聽覺效果。

圖1 三維播放機

2 如何實現(xiàn)光電三維成像

使用課堂多媒體光電三維成像設(shè)備,主教室和各分教室雙方的三維立體全息圖像便瞬間出現(xiàn)在對方面前,讓兩個不同空間的人同時出現(xiàn)在一個空間,就好像一個真人站在你面前一樣(見圖2),然后你便可以和他隨意交談,使用各種表情,那是一種呈現(xiàn)在空氣中的光學(xué)立體影像,不需要任何屏幕之類的媒質(zhì),不像今天的網(wǎng)絡(luò)衛(wèi)星遠(yuǎn)程教學(xué)、可視電話還需要一個屏幕才能顯像。光虛擬現(xiàn)實技術(shù)可很好地應(yīng)用到虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境的建立。它可以虛擬地建立起與真實環(huán)境相近的學(xué)習(xí)場景,可以把遠(yuǎn)處的人或物以三維的形式投影在空氣之中,使學(xué)生似乎已處于真實環(huán)境之中。另外,比如配一套可觸摸超聲波虛擬三維物體的系統(tǒng)設(shè)備。可使用戶通過超聲波高度逼真地觸摸到虛擬圖像,讓人們感覺如同把三維圖像掌握在手中一樣。

圖2兩個不同空間的人同時出現(xiàn)在一個空間

3 虛擬光電三維成像應(yīng)用原理

以光干涉為例,獲得相干光的方法:兩列或幾列光波在空間相遇時相互迭加,在某些區(qū)域始終加強,在另一些區(qū)域則始終削弱,形成穩(wěn)定的強弱分布的現(xiàn)象。不過,只有兩列光波的頻率相同,位相差恒定,振動方向一致的相干光源,才能產(chǎn)生光的干涉。[5]

因此,由兩個(或兩個以上的)光束,在滿足一定條件下迭加時,在交迭區(qū)的不同地點呈現(xiàn)穩(wěn)定的互相加強或減弱的現(xiàn)象,稱為干涉現(xiàn)象。通常兩個獨立的光源或同一光源上的兩個不同部分都不會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。運用某些方法,如光的反射或折射,可以將同一光源發(fā)出的光分成兩個光束,當(dāng)這兩光束在空間經(jīng)不同路徑而重新聚合時,就能實現(xiàn)干涉現(xiàn)象。

通常采用的方法有兩種:分波陣面法和分振幅法。如楊氏雙縫、菲涅爾雙面鏡、洛埃鏡和薄膜干涉等。下面分析楊氏雙縫干涉原理,如圖4。

圖4楊氏雙縫干涉原理

由垂直于紙面的單縫發(fā)出的柱面波的波前被s1和s2兩縫分成部分,當(dāng)兩束光到達(dá)屏幕P點時,將產(chǎn)生相干疊加,P點的光強

由此可知:半波長的偶數(shù)倍加強,半波長的奇數(shù)倍減弱。

光的衍射原理:光離開直線路徑繞到障礙物幾何陰影里去的現(xiàn)象叫光的衍射,只有當(dāng)小孔、單縫或小屏的尺寸小于波長或和波長差不多時,才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象[6]。

全息技術(shù)是利用干涉和衍射原理記錄并再現(xiàn)物體真實的三維圖像的記錄和再現(xiàn)的技術(shù)[7]。

根據(jù)相干光干涉、光的衍射原理和利用全息技術(shù)原理推理,三維攝像機采用激光作為照明光源,并將光源發(fā)出的光分為兩束,一束直接射向感光板,另一束經(jīng)被攝物的反射后再射向感光板。兩束光在感光片上疊加產(chǎn)生干涉,感光板上各點的感光程度不僅隨強度也隨兩束光的位相關(guān)系而不同。所以全息攝影不僅記錄了物體上的反光強度,也記錄了位相信息,如圖4。

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圖4 全息三維攝影原理

感光板采集后的三維動態(tài)數(shù)字信息被記錄傳輸全息到存儲器,播放時用三維全息投影機播放存儲的全息動態(tài)三維數(shù)字信息,同時利用激光去照射投射的干涉光和衍射光形成的空間立體虛擬光屏上,人眼透過空間立體光屏就能看到原來被拍攝物體完全相同的三維立體像(見圖5)。

圖5 動態(tài)全息三維投影光電成像

當(dāng)然,被拍攝的不只是人和物體,同樣也包含場景。虛擬光電三維成像就是利用相干光和衍射光等技術(shù)以及激光、全息照相等其它相關(guān)技術(shù)來實現(xiàn)光的空間三維成像,根據(jù)前面所述是可行的,可達(dá)到虛擬仿真所需圖像的目的。利用全息投影機,將拍攝全息影像以大畫面顯示,實現(xiàn)真正無需戴眼鏡的3D效果。這才是立體顯示的終極目標(biāo)。其時,“人的頭腦就是一部全像攝影機[8]?！?而“世界是一張全息圖[9]”。全息三維立體顯示正在向全息彩色立體電視和電影的方向發(fā)展[10]。目前,國外已經(jīng)有電視、展示等部分行業(yè)開始使用這項技術(shù)[11]。由于全息立體顯示所需要的技術(shù)比較復(fù)雜,資金投入相對較高,因此目前還沒有得到普遍應(yīng)用。相信隨著技術(shù)的發(fā)展,成本的降低,使用投影技術(shù)實現(xiàn)真正全息立體顯示將會成為普遍現(xiàn)象。可望在立體電影、電視、展覽、顯微術(shù)、干涉度量學(xué)、投影光刻、軍事偵察監(jiān)視、水下探測、金屬內(nèi)部探測、保存珍貴的歷史文物、藝術(shù)品、信息存儲、遙感,研究和記錄物理狀態(tài)變化極快的瞬時現(xiàn)象、瞬時過程(如爆炸和燃燒)等各個方面獲得廣泛應(yīng)用。

4 光電三維成像與其它虛擬現(xiàn)實技術(shù)的異同

虛擬現(xiàn)實技術(shù)利用計算機技術(shù)生成一個逼真的、具有視、聽、觸等多種感知的虛擬環(huán)境,用戶通過使用各種交互設(shè)備,同虛擬環(huán)境中的實體相互作用,使之產(chǎn)生身臨其境感覺的交互式視景仿真和信息交流,是一種先進(jìn)的數(shù)字化人機接口技術(shù)。

光電三維成像與其它虛擬現(xiàn)實技術(shù)的異同見表1。

表1光電三維成像與其它虛擬現(xiàn)實技術(shù)的異同

光電三維成像 其它虛擬現(xiàn)實技術(shù)

實時三維可視化 同左

虛擬環(huán)境由基于真實數(shù)據(jù)建立的數(shù)字模型組合而成,嚴(yán)格遵循工程項目設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)和要求,屬于科學(xué)仿真系統(tǒng)。 同左

操縱者親身體驗虛擬三維空間,身臨其境。具有雙向互動功能,沒有時間限制,可真實詳盡的展示。 同左

以高性能計算機為核心的虛擬環(huán)境,視覺無需配帶眼鏡、頭盔顯示器,以語音識別、聲音合成與聲音定位為核心的聽覺系統(tǒng)、通過超聲波高度逼真地觸摸到虛擬圖像,省卻了數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)衣等外部隨身設(shè)備。味覺、嗅覺與觸覺反饋系統(tǒng)等功能單元構(gòu)成。是一種較為接近人們生理習(xí)慣,較易接受的一個虛擬物理環(huán)境。 以高性能計算機為核心的虛擬環(huán)境,以頭盔顯示器為核心的視覺系統(tǒng)、以語音識別、聲音合成與聲音定位為核心的聽覺系統(tǒng)、以方位跟蹤器、數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)衣為主體的身體方位姿態(tài)跟蹤設(shè)備[12]。以及味覺、嗅覺、觸覺與力覺反饋系統(tǒng)等功能單元構(gòu)成。

三 未來課堂教學(xué)應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究方向

未來的新型多媒體教學(xué)將是以多媒體技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感技術(shù)、光技術(shù)、人工智能和虛擬現(xiàn)實技術(shù)等的有機結(jié)合,能夠全面整合網(wǎng)絡(luò)各種“資源”而形成先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)多媒體教學(xué)平臺。在這種教學(xué)平臺上,多媒體教室不再是孤立的,它已融入到校園網(wǎng)教學(xué)系統(tǒng)中,并以校園網(wǎng)資源為“背景”構(gòu)建出一個富有時代特色的現(xiàn)代化教學(xué)環(huán)境:即集教學(xué)、管理、娛樂為一體的“數(shù)字化校園”[13]。多媒體課室是現(xiàn)代教學(xué)環(huán)境建設(shè)的重要組成部分,是教育技術(shù)信息傳遞的展示平臺,是教師了解、聯(lián)系、應(yīng)用教育技術(shù)的橋梁。因此,虛擬現(xiàn)實技術(shù)建構(gòu)的仿真場景對教育的發(fā)展起到多么重要的作用。

設(shè)想,未來的三維虛擬場景將更接近現(xiàn)實,先進(jìn)的傳感設(shè)備,采集現(xiàn)場場景內(nèi)所有物質(zhì),將采集到的信息,利用現(xiàn)代分析技術(shù),特別是儀器分析方法,測定分子的鏈和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)實時進(jìn)行物質(zhì)“分子結(jié)構(gòu)[14]”分析,比如人的外觀形態(tài)、表層分子結(jié)構(gòu)、味道分子結(jié)構(gòu)、溫度大小、色彩聲音觸覺等。并將所得分析結(jié)果編組成信息傳輸,還可實時同步遠(yuǎn)程分子結(jié)構(gòu)重組,重現(xiàn)虛擬仿真場景,與現(xiàn)場無異。編組后的信息壓縮存儲于智能資源庫,用戶只要登陸虛擬平臺,即可將編組信息異步分子結(jié)構(gòu)重組重現(xiàn)虛擬仿真場景。不但場景與現(xiàn)場無異,所有物體和人物都與真的相似,有觸覺、味道、溫度、聲音、感情等。信息顯示終端可能會配置物體、味道、溫度等所需的分子編組箱,編組信息按菜單提取并按分子結(jié)構(gòu)重組。應(yīng)用原理如圖6所示范。

圖6未來的三維虛擬現(xiàn)實應(yīng)用結(jié)構(gòu)圖

未來的虛擬校園為的是要提供學(xué)生與講師們另一個溝通的平臺,給學(xué)生提供一個能夠共同學(xué)習(xí)、互動、分享以及引導(dǎo)創(chuàng)意的空間。學(xué)生們在日益普及的虛擬世界里也能感受得到身為學(xué)生的歸屬感,提倡學(xué)生們在現(xiàn)實與虛擬校園中的社交活動。也吸引來自世界各地的訪客通過虛擬世界來了解大學(xué),并與在線的學(xué)生與講師們溝通。用戶可以自由塑造自己的虛擬人物,甚至把虛擬人物打扮成和現(xiàn)實的自己相似的造型。在虛擬教室上課的情況和現(xiàn)實的課堂情況相似,每個學(xué)生需找個位子坐下,而講師在課室的中央或在學(xué)生中間授課。虛擬課堂上可以展示幻燈片,播放影像、音樂,還可以通過虛擬的麥克風(fēng)同時與多名學(xué)生即時交談,與現(xiàn)實無異。

當(dāng)然,教學(xué)不是盲目地追求科技的步伐,但科技確實能夠有效地輔助教學(xué)。虛擬和現(xiàn)實的教學(xué)平臺,各有不同的教學(xué)效果。能夠巧妙地融合兩種平臺,來傳授教學(xué)重點,才能有效地引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,達(dá)到教學(xué)的目的。

四 結(jié)束語

信息時代的到來,社會節(jié)奏的加快,知識呈現(xiàn)出高速增長和快速更新之勢。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,還會有更多的新技術(shù)應(yīng)用在教育技術(shù)中,光技術(shù)就是其中重要的一項,21世紀(jì)將是光技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的時代。我們相信,隨著三維虛擬仿真技術(shù)的快速發(fā)展和軟硬件技術(shù)的不斷進(jìn)步,在不遠(yuǎn)的將來,真正意義上的虛擬現(xiàn)實技術(shù)將為人類娛樂、教育和經(jīng)濟發(fā)展做出新的更大的貢獻(xiàn)。

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篇（3）

作者簡介：熊翠秀（1980-），女，彝族，云南大理人，湖南城市學(xué)院通信與電子工程學(xué)院，講師；徐蘭云（1965-），女，湖南益陽人，湖南城市學(xué)院通信與電子工程學(xué)院，高級實驗師。（湖南 益陽 413000）

中圖分類號：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）29-0099-03

“全息照相”通過物光與參考光相干疊加形成干涉條紋，該干涉條紋記錄了物光波前上各點的全部信息（包括振幅和相位），因此能再現(xiàn)與原物一致的三維立體圖，并具有可分割性。[1]由于“全息照相”技術(shù)的特殊性，自1960年第一臺激光器問世以來，全息技術(shù)得到了迅速發(fā)展，在醫(yī)學(xué)、干涉計量、科研、影視、[2-4]商品防偽標(biāo)簽、身份證的防偽及錢的防偽等方面均有廣泛的應(yīng)用。

鑒于“全息照相”技術(shù)的應(yīng)用價值，筆者本著提高學(xué)生創(chuàng)新能力，普及生活常識進(jìn)行素質(zhì)教育的目的，對“全息照相”實驗的開設(shè)模式進(jìn)行探討，這也是湖南城市學(xué)院目前正在嘗試的開設(shè)模式。

一、傳統(tǒng)開設(shè)模式的不足

“全息照相”實驗是物理學(xué)專業(yè)“光學(xué)”課程必開的實驗，一般情況下只開設(shè)基本的暗室激光全息。實驗過程包括調(diào)整光路、曝光、顯影、水洗、停影、水洗、定影、水洗、漂白及水洗等一系列環(huán)節(jié)，對每個環(huán)節(jié)都有嚴(yán)格的要求，整個過程很繁瑣，所需要的時間也比較長，成功率很低。由于實驗難度較大，一般情況下給物理學(xué)專業(yè)開設(shè)4個學(xué)時。由于中間某個環(huán)節(jié)出錯都有可能導(dǎo)致整個實驗失敗，因此即使學(xué)生認(rèn)真做了實驗都有可能實驗不成功，再加上學(xué)生第一次接觸該實驗，對各個環(huán)節(jié)的時間把握不當(dāng)，有可能一大組的所有學(xué)生都沒有拍攝成功，導(dǎo)致學(xué)生對該項技術(shù)及指導(dǎo)教師的技術(shù)水平產(chǎn)生懷疑，同時也不可能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

對于非物理學(xué)專業(yè)的理工科學(xué)生來說，“大學(xué)物理”是公共課，由于受到課時的限制，一般《大學(xué)物理》教材中沒涉及到“全息照相”技術(shù)，[5]或只是以小字的形式出現(xiàn)在閱讀材料中。[6]故湖南城市學(xué)院也沒有開設(shè)相關(guān)的實驗，學(xué)生對“全息照相”技術(shù)的認(rèn)識完全是一片空白，對日常生活中的相應(yīng)應(yīng)用也知之甚少。

二、“全息照相”實驗對工科學(xué)生開放的開設(shè)模式探討與實踐

1.“全息照相”實驗對工科學(xué)生開放的內(nèi)涵

素質(zhì)教育強調(diào)要全面提高受教育者各個方面的素質(zhì)，并注重受教育者的思想道德品質(zhì)、身心健康和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)等，是與傳統(tǒng)的應(yīng)試教育相對應(yīng)的新時期主流教育方式。[7]學(xué)校必修的公共課和專業(yè)課的課堂教育主要傳授基礎(chǔ)知識與專業(yè)知識，雖然是素質(zhì)教育，但始終離不開各種考試，因此很多學(xué)生以考試及格為目的。為了落實素質(zhì)教育的職責(zé)，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力及動手能力，各學(xué)校都分別提出了開放性實驗室的舉措，具體做法大致都是在正常上班的時間內(nèi)向?qū)W生開放實驗室，學(xué)生可以根據(jù)自己的愛好和興趣進(jìn)行課程規(guī)定之外的實驗。[8，9]為了進(jìn)一步落實素質(zhì)教育的職責(zé)，除了普通意義上的開放性實驗室之外，湖南城市學(xué)院提出了實驗室開放項目的舉措，且已執(zhí)行兩年。

由于“全息照相”實驗所需時間較長，以及實驗室能容納的學(xué)生數(shù)有限，因此公共課和選修課都沒有涉及該實驗。但全息技術(shù)在現(xiàn)實生活中有廣泛的應(yīng)用，因此，湖南城市學(xué)院以實驗室開放項目的方式對非物理學(xué)理工科專業(yè)的部分學(xué)生開放了“全息照相”實驗，目的是實施素質(zhì)教育，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。該部分學(xué)生掌握了日常生活中的一些相關(guān)的防偽技術(shù)后又可以向不同的人傳達(dá)該技術(shù)，從而可以使更多的人掌握相關(guān)的防偽技術(shù)，也就達(dá)到了素質(zhì)教育的目的。

2.基于素質(zhì)教育的“全息照相”實驗開設(shè)模式的實踐

（1）指導(dǎo)教師申報與立項階段。與“全息技術(shù)”相關(guān)的實驗都需要一定的耗材，而由學(xué)生自己出錢買耗材則會為學(xué)生帶來經(jīng)濟負(fù)擔(dān)，也就不可能開展相應(yīng)的實驗。每年下半年，湖南城市學(xué)院組織教師申報實驗室開放項目，指導(dǎo)教師根據(jù)自己的實驗教學(xué)經(jīng)驗、實驗室現(xiàn)有條件和學(xué)生的基礎(chǔ)申報實驗室開放項目。學(xué)校根據(jù)經(jīng)費預(yù)算和實驗的難易程度配備一定的經(jīng)費，以保證實驗室開放項目得以順利開展。

（2）學(xué)生報名階段。實驗室開放項目立項之后，指導(dǎo)教師根據(jù)申報書中所寫的招收對象，在相應(yīng)專業(yè)的班級介紹與該實驗相關(guān)的基礎(chǔ)知識和日常生活中的具體應(yīng)用，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；介紹實驗所需的時間和時間安排，讓學(xué)生結(jié)合自己的實際情況自愿報名。

（3）學(xué)生具體實驗階段。學(xué)生自愿報名后，根據(jù)指導(dǎo)教師的實驗時間安排，學(xué)生進(jìn)實驗室。首先，指導(dǎo)教師簡單講解“全息照相”技術(shù)的基本原理和對實驗的基本要求；其次，指導(dǎo)教師詳細(xì)介紹“全息技術(shù)”在日常生活中的具體應(yīng)用（如防偽商標(biāo)、身份證的防偽標(biāo)簽、錢的防偽標(biāo)志及全息影像等），以及具體的制作方法；最后，以學(xué)生為主、教師為輔，設(shè)計出具體的實驗方案。在不同的環(huán)境溫度下由學(xué)生分小組完成激光全息和白光全息的單次曝光與重復(fù)曝光實驗。分析實驗結(jié)果，總結(jié)出不同環(huán)境溫度下各個環(huán)節(jié)的比較合理的時間。

三、基于素質(zhì)教育的“全息照相”實驗開設(shè)模式的質(zhì)量監(jiān)控和成績評價

對“全息照相”實驗開放模式進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控和成績評價，一方面是為了確保實驗室開放項目的順利開展，保障素質(zhì)教育的實施；另一方面是為了保護實驗室的實驗儀器，從學(xué)生實驗方案的設(shè)計、學(xué)生實驗過程、實驗結(jié)果的分析再到實驗報告的書寫進(jìn)行全程跟蹤指導(dǎo)和實時質(zhì)量監(jiān)控。對整個項目從以下三方面進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控和評價實驗室開放項目的質(zhì)量，即優(yōu)化實驗方案、規(guī)范指導(dǎo)過程和創(chuàng)新成績評價體系。

1.優(yōu)化實驗方案

指導(dǎo)教師布置了實驗內(nèi)容后，學(xué)生通過相關(guān)書籍和網(wǎng)絡(luò)查詢資料，自行設(shè)計具體的實驗方案。學(xué)生把已設(shè)計的實驗方案交給指導(dǎo)教師，指導(dǎo)教師從以下三方面對學(xué)生的實驗方案進(jìn)行審核：一是現(xiàn)有的實驗條件能否滿足實驗方案的需求。如果實驗條件不具備，要把實驗方案進(jìn)行適當(dāng)修改，直到湖南城市學(xué)院現(xiàn)有的實驗條件能滿足學(xué)生的實驗方案。二是實驗方案是否能起到普及日常生活常識，即達(dá)到素質(zhì)教育的目的。三是實驗方案對學(xué)生來說難度是否適當(dāng)。由于是課余時間的實驗室開放項目，如果難度太大，一方面學(xué)生不能順利的獨立完成，另一方面所需要的時間太長，則會影響學(xué)生對其他課程的學(xué)習(xí)。滿足以上實驗方案，既能保證學(xué)生在現(xiàn)有實驗條件下順利完成相關(guān)實驗，又能起到普及日常生活常識進(jìn)行素質(zhì)教育的目的。

2.規(guī)范指導(dǎo)過程

為了有效地對實驗室開放項目進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控，從實驗方案的設(shè)計、實驗的操作環(huán)節(jié)到實驗研究報告的書寫都要進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，具體就是要提供一些具體的過程材料，且過程材料以表格的形式提供。

（1）實驗方案的設(shè)計過程。首先，通過網(wǎng)上查閱文獻(xiàn)及閱讀相關(guān)的書籍，學(xué)生畫出所設(shè)計實驗方案的光路圖、列寫所需的實驗儀器、沖洗藥水及相應(yīng)的每個實驗環(huán)節(jié)所需的時間。其次，指導(dǎo)教師提供實驗室現(xiàn)有的實驗儀器和相應(yīng)的沖洗藥品。結(jié)合指導(dǎo)教師提供的信息和學(xué)生自己設(shè)計的實驗方案再次修改實驗方案。所有材料都以表格的形式提供，以備以后參考和結(jié)題時提供過程材料。

（2）實驗過程。指導(dǎo)教師不參與實驗的操作過程，但對整個實驗過程進(jìn)行全程跟蹤指導(dǎo)，實時記錄學(xué)生操作過程中出現(xiàn)的各種實驗現(xiàn)象，以便及時指出學(xué)生不當(dāng)?shù)牟僮鞣绞?，盡量使實驗成功，如果實驗不成功，學(xué)生對“全息技術(shù)”產(chǎn)生懷疑，也就不可能達(dá)到教學(xué)目的。此外，也可以讓學(xué)生及時記錄實驗現(xiàn)象，指導(dǎo)學(xué)生分析實驗成敗的原因。

（3）學(xué)生書寫實驗報告的過程。實驗結(jié)束后，書寫實驗報告是實驗課的必須要求，是對實驗課教學(xué)的書面考查。書寫實驗報告的過程能夠培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度和作風(fēng)，幫助他們樹立學(xué)術(shù)意識，鍛煉語言表達(dá)能力，有利于他們將來總結(jié)研究資料，撰寫科技論文等等。[10]對于實驗室開放項目，雖然不是必修的實驗課程或課程實驗，但仍然要書寫實驗報告，以便考查該項目的教學(xué)目的達(dá)到與否。另外，也方便指導(dǎo)教師對學(xué)生的實驗給出更合理的評價。對于該實驗室開放項目“全息照相”實驗，筆者認(rèn)為實驗報告的形式和平時學(xué)生的課程實驗或?qū)嶒炚n程的報告大致一致，但內(nèi)容的側(cè)重點不同。本次學(xué)生書寫的實驗報告應(yīng)包含：實驗?zāi)康?；實驗原理；實驗儀器；實驗藥品；實驗方法及步驟；實驗數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)分析（數(shù)據(jù)分析是本次實驗報告的重點之一）；誤差分析及問題討論（誤差分析是本次實驗報告的重點之二，主要分析本次實驗成功、失敗或?qū)嶒灲Y(jié)果不太理想的原因及改進(jìn)的措施，問題討論可以分析一些具體的應(yīng)用實例）。實驗操作過程允許不成功，只要“實驗數(shù)據(jù)分析”和“誤差分析及問題討論”兩部分寫好了，就達(dá)到了普及日常生活常識，進(jìn)行素質(zhì)教育的目的，也就達(dá)到了教學(xué)目的。

3.創(chuàng)新成績評價體系

實驗室開放項目“全息照相”實驗的教學(xué)目標(biāo)是素質(zhì)教育，一方面培養(yǎng)受教育者的創(chuàng)新能力和動手能力，另一方面培養(yǎng)受教育者的認(rèn)識水平，普及日常生活常識，而不是以傳統(tǒng)的考試通過為目標(biāo)。因此，成績評價方式也要體現(xiàn)教學(xué)目的的兩方面。筆者將本次實驗室開放項目“全息照相”實驗的成績分為實驗操作成績和實驗報告成績兩部分，且比例為70%和30%，把兩部分成績按該比例折合為總評成績。實驗操作成績綜合體現(xiàn)了兩方面的教學(xué)目的，而實驗報告成績則體現(xiàn)第二方面的教學(xué)目的。

其中，實驗操作成績是對實驗過程的評價，采用“表現(xiàn)性評價”方式。[11]該評價方式注重對學(xué)習(xí)過程的評價，包括學(xué)生實驗方案的設(shè)計、實驗儀器的合理選擇、實驗操作（包括光路的調(diào)整、曝光及沖洗等環(huán)節(jié)）和根據(jù)實驗事實調(diào)整實驗方案的能力等。筆者在本實驗室開放項目中招收了8名學(xué)生，分2批做實驗，每批4名學(xué)生，因此可以保證指導(dǎo)教師對每位學(xué)生的實驗過程全程跟蹤進(jìn)行實時“表現(xiàn)性”評價。由于筆者在本實驗過程中采用“表現(xiàn)性”評價方式，加上該實驗過程比較繁瑣，因此允許實驗不成功。具體做法是：在不成功的情況下首先看學(xué)生的態(tài)度，學(xué)生認(rèn)真對待從設(shè)計實驗方案到最后整理實驗儀器的每個環(huán)節(jié)，雖實驗結(jié)果不理想，但學(xué)生認(rèn)真分析了不理想的原因，且分析了原因之后調(diào)整各個環(huán)節(jié)再重新進(jìn)行實驗，實驗結(jié)果有所改善，則達(dá)到了教學(xué)目的，因此也對其實驗操作給予很好的評價成績。

對于實驗報告，一方面實驗報告是學(xué)生對實驗（實驗?zāi)康摹嶒炘?、實驗儀器、實驗方法及步驟、數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理和實驗誤差分析及問題討論）內(nèi)容和實驗各個環(huán)節(jié)的一個匯總，[12]是對實驗的總結(jié)。[13]另一方面實驗報告又可以提升學(xué)生的認(rèn)知水平。實驗過程中可能會出現(xiàn)一系列預(yù)想不到的現(xiàn)象，寫實驗報告的過程中會對實驗現(xiàn)象進(jìn)行一一分析，對實驗現(xiàn)象給出合理的解釋，因此書寫實驗報告是學(xué)生提高認(rèn)知水平的有效環(huán)節(jié)，是完成實驗過程后必須的一項任務(wù)。結(jié)合該實驗的特點和該實驗室開放項目的教學(xué)目的，筆者對本次實驗報告的成績評定的具體做法是：在實驗報告的各項內(nèi)容完整的情況下，重點看“實驗數(shù)據(jù)分析”和“實驗誤差分析及問題討論”兩部分。不管實驗操作的結(jié)果如何，只要這兩部分分析到位，則會對該份實驗報告給予很好的評價成績。

四、教學(xué)效果

1.基本情況

通過教師申報和立項，學(xué)生自愿報名的方式，實驗室開放項目“全息照相”實驗共招收了8名電子信息工程專業(yè)的學(xué)生，分2批，每批4名學(xué)生，每2名學(xué)生組成1個小組。其具體的實驗內(nèi)容是對激光全息和白光全息進(jìn)行單次與重復(fù)曝光實驗，其中激光全息的單次和重復(fù)曝光實驗已完成，白光全息的相關(guān)實驗將在下半年進(jìn)行。

2.實驗結(jié)果

首先由第一批的4個學(xué)生在白天進(jìn)行激光全息的單次曝光實驗，2個小組都沒拍攝成功。學(xué)生結(jié)合實驗過程分析原因，排除了實驗過程出錯的可能性，最后檢查實驗室發(fā)現(xiàn)實驗室的門有微小的縫隙，此外，玻璃窗的遮光紙有多處破裂的地方，初步判斷是因為漏光導(dǎo)致實驗失敗。于是把實驗調(diào)整到晚上，測量室溫之后，也重新調(diào)整了曝光、顯影及定影所用的時間。在室溫21℃下，曝光、顯影和定影的時間分別用25s、4min和8min，成功拍攝了激光全息的單次曝光全息圖，很清晰的再現(xiàn)了被拍攝物。在相同的室溫下用單次曝光所用的各環(huán)節(jié)的時間制作了激光全息重復(fù)曝光的全息圖，對每塊干板曝光2次，第一塊干板在拍攝過程中不小心動了參考光，導(dǎo)致只有一次成功曝光，第二塊干板從兩個不同方向成功曝了2次光。經(jīng)過沖洗之后，第一塊干板再現(xiàn)了一個三維小物，而第二塊干板再現(xiàn)了兩個三維小物。一個星期后，第二批學(xué)生進(jìn)行激光全息的單次和重復(fù)曝光實驗，其室溫為17℃。在該室溫下，曝光、顯影和定影的時間分別取27s、4min和9min，成功制作了激光全息的單次曝光全息圖。對于重復(fù)曝光實驗，2個小組的學(xué)生都出現(xiàn)了相同的失誤，即曝光之前不小心動了參考光，導(dǎo)致參考光沒有投射到干板上，再次調(diào)整了參考光之后，又進(jìn)行了1次曝光。因此重復(fù)曝光的干板都只再現(xiàn)了1個三維小物。

由于時間有限，湖南城市學(xué)院指導(dǎo)教師在“光學(xué)實驗”的“全息照相”實驗中一直沒有涉及重復(fù)曝光，學(xué)生對書上的提法一直持懷疑態(tài)度，直到本次實驗室開放項目成功制作了重復(fù)曝光的全息圖之后才真正信服，這對教師和學(xué)生來說都是對知識的一種升華。

五、總結(jié)

本文以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和動手能力，提高學(xué)生的認(rèn)知水平，普及日常生活常識，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)為目的，嘗試對“全息照相”實驗進(jìn)行開設(shè)模式的探討和改革，通過擴充實驗教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)實驗教學(xué)方法和采取“表現(xiàn)性”的實驗過程評價方式，有效激發(fā)了學(xué)生思考問題的興趣，進(jìn)一步提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，達(dá)到了良好的教學(xué)效果。

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篇（4）

一座略顯陳舊的小樓，坐臥在高樓大廈林立的美國硅谷地帶，毫不起眼，如果你不仔細(xì)打量，很難對這座普通的白色小樓產(chǎn)生興趣。

但就是在這里，硅谷的精英們在籌劃著一場史無前例的大學(xué)變革――利用10周的時間，培養(yǎng)出學(xué)生們的指數(shù)意識，再用指數(shù)科技，影響地球上的十億人口。

不需要入學(xué)考試，也沒有煩人的論文，但在入學(xué)的第一天，新來的學(xué)生，就肩負(fù)著拯救人類的使命。他們在學(xué)校后勤人員的引導(dǎo)下，根據(jù)自己的興趣，會領(lǐng)到一張表格，表格按人類當(dāng)今最棘手的幾大問題分類：能源問題、污染問題、人類健康問題等。

“同學(xué)們，你們這學(xué)期的任務(wù)是挑選一個人類的重大挑戰(zhàn)，比如‘缺乏干凈的飲用水’，然后提出一個能影響十億人生活的積極想法?！痹?010年奇點大學(xué)開學(xué)的第一天，校長演講詞剛剛通過全息影像技術(shù)傳遞?？死赘?文特爾，第一個測試人類基因組的科學(xué)家，坐在一旁；兩個腰部以下癱瘓的人，正在演講臺上使用機器外骨骼行走。

在隨后的午餐時間，一個解決全球糧食問題的小組，很快聚集在了一起，他們將討論如何喂飽世界70億人口。

“關(guān)于人造肉呢？”一個略微發(fā)胖的人建議道?！艾F(xiàn)在我們可以做的是牛排，”一個醫(yī)生模樣的人回答道，“但它會花費您2萬美元?！弊雷訉γ娴囊粋€漂亮的拉丁裔男子沖著兩人，笑了一下。

如果你覺得這是一些神叨叨的人在做一場不切實際的白日夢，那就錯了。那個略微發(fā)胖的人擁有自己的公司，醫(yī)生模樣的人名叫羅伯特?哈里，已經(jīng)創(chuàng)立了一家生物技術(shù)公司，專門從事開拓性干細(xì)胞治療。漂亮的拉丁裔男子是墨西哥第二富，2012年《福布斯》全球富豪排行榜第37位，名叫里卡多?薩利納斯?普里戈。

而在這個教室里的50個人中，一半的人實際上做的事情已對10億人帶來積極的影響。比如互聯(lián)網(wǎng)之父文頓?瑟夫，是TCP/IP協(xié)議和互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的聯(lián)合設(shè)計者之一，現(xiàn)在是谷歌副總裁兼首席互聯(lián)網(wǎng)顧問。還有埃隆?馬斯克，投資創(chuàng)立了研制出世界上第一輛能在3秒內(nèi)從0加速到60英里的電動跑車的公司，2015年12月22日9時29分，SpaceX成功發(fā)射獵鷹9號火箭，發(fā)射10分鐘后完美回收一級火箭，創(chuàng)造了歷史，而他是SpaceX的首席執(zhí)行官兼首席技術(shù)官。

2045年的預(yù)言

這些世界最聰明的頭腦聚集在這里，是為了做一件大事：用最新的科技，迎接奇點時代的到來?！捌纥c”，在物理學(xué)里是指“黑洞里一個點”，在這個點，一切物理定律都失效。但在奇點大學(xué)的指導(dǎo)精神里，“奇點”是指AI（人工智能）超越人類智能的時刻。人類也將可以與計算機融合，把自己的思想卸載到一個電腦上，實現(xiàn)永生，產(chǎn)生一種新的人類物種――奇點人。而這個時間并不遙遠(yuǎn)，奇點大學(xué)的校長預(yù)測在2045年，奇點時代就會來臨。

此前，雷?庫茲韋爾校長在20世紀(jì)80年代曾成功預(yù)言蘇聯(lián)會解體，互聯(lián)網(wǎng)會擊敗最好的人類棋手，電子閱讀器、在線教育等數(shù)十款軟件會上線。在1999年，他為十年之后的世界做出的108項預(yù)測，89項是正確的，另有13項“基本正確”。

如今，奇點這一概念贏得了美國硅谷最富有和最聰明人的青睞。NASA將自己的研究中心提供給奇點大學(xué)作校園空間，在奇點大學(xué)建校之初，谷歌公司捐贈了25萬美元，公司的早期創(chuàng)始人每人捐贈了10萬美元，微軟、思科、英特爾等6家硅谷公司都紛紛投錢給學(xué)校。在奇點大學(xué)官網(wǎng)上，滾動播放的是谷歌的聯(lián)合創(chuàng)始人拉里?佩奇的名言：“如果我是一名學(xué)生，這就是我想要的。”

在奇點大學(xué)，教師和演講者都是各領(lǐng)域頂級的專家，登上奇點大學(xué)講臺的人包括參與人類基因組測序、合成了首個人造細(xì)胞的克雷格?文特爾、登月宇航員巴茲?奧爾德林、“互聯(lián)網(wǎng)之父”文頓?瑟夫等。老師們包括來自斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院、卡耐基-梅隆大學(xué)、哈佛大學(xué)和其他知名大學(xué)的研究人員，谷歌、思科、德勤、考夫曼基金會、諾基亞等著名企業(yè)的高管也會參與講座。

不一樣的大學(xué)

正是因為著眼于未來，奇點大學(xué)沒有普通大學(xué)的基礎(chǔ)課程，課程也沒有經(jīng)過美國官方的授權(quán)，所以奇點大學(xué)并不會授予學(xué)位和學(xué)歷，嚴(yán)格意義上說它只是一個教育培訓(xùn)機構(gòu)。但這個教育機構(gòu)招收門檻比哈佛大學(xué)還高，他們只招收最聰明的學(xué)生，每年2%的招收比例，遠(yuǎn)高于最難入的學(xué)校――斯坦福大學(xué)（5%），而且一期課程的學(xué)費高達(dá)2.5萬美元。

盡管條件如此苛刻，奇點大學(xué)每年80個學(xué)生的名額，還是會收到世界各地約4000人踴躍報名。2010年，奇點大學(xué)一共招收了來自全球35個國家的80個學(xué)生，60%的學(xué)生都有自己的公司，其他的都是從倫理學(xué)到AI的學(xué)界精英。比如大衛(wèi)?達(dá)爾林普爾被招錄進(jìn)來時，正在波士頓的麻省理工學(xué)院攻讀人工智能博士學(xué)位。

毫不夸張地說，大衛(wèi)是個天才。在他18個月大時，他的家庭醫(yī)生注意到他已經(jīng)能記住所有美國50個州的州府，所以建議他在家里學(xué)習(xí)。他爸爸教他程序，媽媽教授了倫理智慧，以及書上學(xué)不到的東西，他也從電腦上自學(xué)到許多東西。大衛(wèi)在14歲時成為MIT最年輕的本科生，19歲的他計劃用兩年的時間完成博士學(xué)位。

像大衛(wèi)這樣的人，在奇點大學(xué)里隨處可見。這些人或多或少都會有好萊塢科幻片里的英雄情節(jié)，對于他們而言，學(xué)位和學(xué)歷這些已經(jīng)不重要了，更重要的是讓自己的智慧能真正造福人類。

世界最聰明人的盛會

為了創(chuàng)造世界一流的教學(xué)環(huán)境，展現(xiàn)最新的科技成果，每年開學(xué)儀式上，奇點大學(xué)都會別出心裁。比如2012年的開學(xué)儀式上，校長化身為機器人，一個方形上部、圓形底部的機器人在嘉賓里來回滾動，跟嘉賓交談，而其本人則坐在幾米開外的電腦前，指揮操作。

篇（5）

“什么是新媒體”——這個新媒體時代最為核心的命題，實際上從一開始又重復(fù)了直觀描述的謬誤，最為常見的是從“相對性”的路徑予以闡釋。業(yè)界豐富和迅速的變動，常常使研究者以滯后的姿態(tài)對新的媒體形態(tài)予以確認(rèn)，而相對性的抽象把握，一方面很難跳出傳統(tǒng)媒體所形成的樊籬，另一方面對于新媒體的本質(zhì)又形成了巧妙的規(guī)避。時至今日，新媒體的“現(xiàn)象層面”，如傳播特點（如及時性、互動性、廣泛性）和傳播影響（去中心化、高效率、民主提升）被重復(fù)詮釋，各種不同的新媒體形態(tài)（如微博、網(wǎng)絡(luò)視頻、手機報）的研究豐富多元，然而林林總總的樣式和提法似乎都缺乏一個有效的歸整、一個有效的串聯(lián)和一個有效的尺度。

而以智能手機和個人電腦為平臺的App（英文application program的簡稱，即客戶端應(yīng)用程序）的開發(fā)和普及應(yīng)用，似乎為這種尺度的建立提供了可能。一方面，App為人們進(jìn)入各種媒體內(nèi)容設(shè)立了統(tǒng)一入口（如微博、網(wǎng)絡(luò)電視），并在不同平臺上實現(xiàn)了內(nèi)容的有效對接，達(dá)成了某種一致性和歸整性；另一方面，App就像新媒體時代一個必然要實現(xiàn)的預(yù)言，它的初現(xiàn)并不耀眼，但隨著其自身的發(fā)展與進(jìn)化，App逐漸呈現(xiàn)出強大的生命力與難以阻擋的勢頭。本文對于App的探索和賦值，就是試圖建立一個理解新媒體的通道和把握新媒體的尺度，同時說明App何以成為新媒體時代的界碑，并將繼續(xù)成為新媒體演進(jìn)與變革的又一起點。

一、App：“媒介即訊息”的最佳注腳

1964年，傳播學(xué)先驅(qū)麥克盧漢出版了《理解媒介——論人的延伸》一書。在此書中，他提出“媒介即訊息”的觀點，被譽為傳播界的“哥白尼革命”。在《媒介即訊息》這一章節(jié)中，他說：“我們這樣的文化，長期習(xí)慣于將一切事物分裂和切割，以此作為控制事務(wù)的手段。如果有人提醒我們說，在事務(wù)運轉(zhuǎn)的實際過程中，媒介即訊息，我們難免感到有些吃驚”①。

這一論斷之所以讓人吃驚是因為在以往的經(jīng)驗和研究中，媒介本身被高度聚焦的情形并不多見。而麥?zhǔn)喜粌H從莎士比亞的文學(xué)作品中獲得靈感，還從他人的醫(yī)學(xué)理論著作、經(jīng)濟學(xué)家的學(xué)說、電影、繪畫和戲劇藝術(shù)，甚至從軍事歷史中獲得大量旁證，試圖闡釋這一思想的普適性。他將這一觀點分為兩層含義：第一層含義是，任何媒介（即人的延伸）對任何個人和社會的影響，都是由于新的尺度產(chǎn)生的，我們的任何一種延伸（或曰任何一種新技術(shù)），都要在我們的事務(wù)中引進(jìn)一種新的尺度。

這里的“尺度”指的是在人們的實踐活動中會產(chǎn)生與媒介相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和方式，這種標(biāo)準(zhǔn)和方式并不是由媒介的具體內(nèi)容帶來的，而是由媒介本身的性質(zhì)決定的，也就是“由它引入的人間事務(wù)的尺度變化、速度變化和模式變化”。②App的出現(xiàn)正是對這一觀點的典型印證。相較于個人電腦的出現(xiàn)確立了一種互動的尺度——傳統(tǒng)媒體的內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)化之后并沒有發(fā)生多大變化，變化的只是接受內(nèi)容的方式、容量；手機的出現(xiàn)確立了一種自主的尺度，自主訂閱手機報、手機視頻，在任意的時間和地點進(jìn)行自主閱看，打破了時間和空間的線性結(jié)構(gòu)，從而確立了一種新的人與媒介的互動關(guān)系——App在電腦上通過雙擊的方式進(jìn)入，在智能手機上大多通過觸摸的方式進(jìn)入（有的智能手機通過鍵控操作），它所建立的這種特定的互動關(guān)系和內(nèi)容獲取方式，也形成了一種新的尺度，這種尺度并非在互動、自主方面有所突破，其最迷人之處在于將以前出現(xiàn)的各種媒體形態(tài)設(shè)定了一種統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，或者說“進(jìn)入界面”。無論是電視、報紙、廣播還是FaceBook、Twitter、人人網(wǎng)、新浪微博、騰訊微博都變身為App，我們不必再輸入特定網(wǎng)址，也不必調(diào)到特定頻道，瞬間的點擊和回應(yīng)帶來了不同以往的信息獲取模式。有學(xué)者對這種新的模式做出了很好的概括：“應(yīng)用”簡化了獲取信息的路徑；“應(yīng)用”強化了專業(yè)化服務(wù)；“應(yīng)用”以開放的方式促進(jìn)了“長尾”需求的滿足；“應(yīng)用”有助于固化受眾的習(xí)慣；“應(yīng)用”推動了新媒體的收費模式的普及。那么由此而言，對這種新的尺度的概括甚或就可被稱之為App尺度。

根據(jù)最近一次由美國公司尼爾森對近12000擁有聯(lián)網(wǎng)終端的用戶的調(diào)研結(jié)果，70％的平板電腦用戶和68％的智能手機用戶，在看電視的時候會同時使用他們的終端與電視進(jìn)行即時互動，而App已經(jīng)毫不意外地成為了嫁接其中的“通道”。正因為此，不光電視媒體，包括報紙和廣播等傳統(tǒng)媒體也把App作為向移動終端延伸和進(jìn)行新媒體布局的重要策略?，F(xiàn)在面向開放平臺由第三方開發(fā)設(shè)計的App已經(jīng)有百萬之多（最主要的Appstore有60萬、AndroidMarket有25萬），可以說，作為智能科技的優(yōu)秀代表，App帶來了一種全新的媒體應(yīng)用方式，也創(chuàng)造了全新的媒體交互環(huán)境，而這種傳播方式則不可避免地會對人類的思考方式和行為方式產(chǎn)生影響。

媒介即訊息的第二層含義是：一種媒介是另一種媒介的內(nèi)容。“言語是文字的內(nèi)容，正如文字是印刷的內(nèi)容一樣，而印刷則是電報的內(nèi)容。如果有人問‘言語的內(nèi)容是什么？’那么就有必要回答說‘它是思想的實際過程，這本身是非語言的?！彪娨暢霈F(xiàn)之后，電影成為電視的內(nèi)容，網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)之后，電視、廣播、報紙都成為網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容，媒介的效力似乎就可歸因于將另一種或幾種媒介作為內(nèi)容的能力。

五年前，人們還沉浸于網(wǎng)絡(luò)電視所帶來的豐富海量的視頻內(nèi)容中，如今的年輕一代，甚或老人兒童，都已經(jīng)開始熟稔地用手指在手機屏幕上滑來滑去，通過點觸App，進(jìn)入到媒體豐富有趣的內(nèi)容中去，或者實現(xiàn)有益而富有創(chuàng)造力的各種應(yīng)用。而微博、博客、播客等各種形態(tài)的媒體內(nèi)容，都依附于App的新尺度之下，成為App的內(nèi)容。這更加印證了麥?zhǔn)纤f的，“沒有一種媒介具有孤立的意義和存在，任何一種媒介只有在與其他媒介的相互作用中，才能實現(xiàn)自己的意義和價值”③，App與其他媒體之間的良好互動印證了工具和技術(shù)之間的互相結(jié)合才能產(chǎn)生應(yīng)有的功能。

作為基于電腦和手機開發(fā)的客戶端技術(shù)，App帶來了一種新的塑造力和整合力，它不再只是承載內(nèi)容的一個入口或通道，從以上兩種意義而言，它本身就是內(nèi)容，與載體不可分離。App以此作為新媒體發(fā)展的界碑令人鼓舞，一是祛除了之前新媒體樣態(tài)的某種雜亂性，再者又以嶄新的樣態(tài)實現(xiàn)了某種超越性。進(jìn)一步說，App成為一個兼容性極強、延展性極大的容器，這種對媒介的管理方式和再實現(xiàn)方式無論如何也是革命性的。

二、世界被把握為App

馬丁·海德格爾在20世紀(jì)70年代提出世界圖景的概念，他說：“世界圖景……指的并不是一幅關(guān)于世界的圖畫，而是作為一幅圖畫而加以理解和把握的世界……”他注意到當(dāng)前的世界越來越趨于視覺化，無論是在大街上、購物商場、ATM的取款機旁還是高速公路上，攝像鏡頭在一刻不停地記錄人們的行動。而人們工作和休閑的主要方式也越來越集中于接觸包括從電腦到DVD在內(nèi)的各種視像媒體。當(dāng)然，這一情景在今天依然方興未艾。

如果說視覺化是對世界的等值復(fù)制，那么App所做的努力就是將原版復(fù)制的世界進(jìn)行再壓縮和凝聚。論及其必要性，首先作為一種策略，視覺化的把握已是現(xiàn)狀，然而其龐大、不確定性致人于迷茫，其效率也值得質(zhì)疑。相比而言，App是一次更深刻的推進(jìn)，其“凝聚—點擊—釋放”的設(shè)計原理、高級簡約的編程邏輯，符合新媒體時代的效率和技術(shù)主義崇拜。而其簡單的操作方式，更是有助于大范圍的普及，從而帶來點擊行為或觸摸行為的泛化。

其次，App并非作為對視覺化策略的否定，而是另辟蹊徑，借助程序語言對世界進(jìn)行二度編碼，從后果來看，App有助于理解日常生活的譜系，理順認(rèn)識世界的途徑，甚至后現(xiàn)代主義——即斷裂的、碎片化的文化——也可以通過App獲得簡潔的想象和理解。

回到日常生活中，盡管大多數(shù)人對于媒介的變化和使用技巧不甚敏感，甚至很少去思考媒介與自我建立的關(guān)聯(lián)和影響模式，事實上，某種潛移默化的演變直到新的生活習(xí)慣的形成會確鑿地在人的思維、行為中植入新的尺度。App在無形中已經(jīng)成為人們進(jìn)入日常生活和現(xiàn)實世界的入口，通過這個入口，一個虛擬的空間得以釋放，或者個體的精神層面得以展示，人們在彼此不停的交互中獲得日常生活譜系的排列、定義和功能。正如一個幼童通過iPad的應(yīng)用程序進(jìn)入游戲世界，通過App建立同虛擬世界的某種關(guān)聯(lián)，這一行為其實也對應(yīng)了現(xiàn)實生活中的某種映射——生活中的入口比比皆是，而人們傾向于選擇更為簡單和直接的途徑，這也正是App的精神特質(zhì)。當(dāng)然這一現(xiàn)象并不是基于生活經(jīng)驗的探討，而是說明App有助于一種生活思維的確立。有趣的是，人們并不會對這一過程中存在的種種變化駐足反思，相反，他們只是很自然地去使用和感受。而研究者往往在人的慣常行為的基礎(chǔ)上進(jìn)行理論總結(jié)和提升，如果人們回過頭去檢討所被賦予的意義，會發(fā)現(xiàn)日常生活或許真的可以被約化如此。

如上文所說，后現(xiàn)代主義的文化是一種碎片文化，一方面，世界失去了其完整性，中心已不復(fù)存在，世界解構(gòu)了所有的一切，剩下的全是支離破碎的零亂的東西。但這些碎片能夠不斷變化出一些新的排列組合，從而帶來異常的豐富和多元性。另一方面，碎片的自我復(fù)制和分裂致使信息出現(xiàn)了過量危機，信息泛濫和快速變動帶來空前的虛無和疲鈍。

App的出現(xiàn)正是在一定程度上試圖做出這種彌合，首先，它屏蔽了背后泛濫的信息海洋和各種符號，世界似乎被簡約為一個小方形的快捷圖標(biāo)，人們不是直接面對一個令人不知所措的碎片化現(xiàn)實，而是一個被重新編碼的精致界面。其次，App亦重新進(jìn)行了內(nèi)容的編排和組合，無論是呈現(xiàn)于電腦屏幕還是手機屏幕上，文本的展示與組合呈現(xiàn)出精心設(shè)計的結(jié)果。同時，其反應(yīng)靈敏，手指輕輕一點，屏上迅即變動；可根據(jù)各人喜好，將文字和圖片任意放大或縮?。桓淤p心悅目；更加便捷省力；反饋成舉手之勞。這種隨心所欲和有點娛樂的心態(tài)覆蓋了信息量大所帶來的煩躁無措。從這個意義上而言，碎片化的世界雖然沒有得以徹底改觀，但在一定范圍內(nèi)得以重新建構(gòu)。

依然從策略的角度出發(fā)，App給我們帶來了新的認(rèn)識視角和想象。已經(jīng)有媒體開始把App作為營銷推廣策略，④而不得不承認(rèn)，集納眾多報紙App的iPad也是目前美國報業(yè)所探索出的報紙轉(zhuǎn)型的最為成功的策略……可以預(yù)見，App還將在各種向度上走得更遠(yuǎn)。只是，當(dāng)世界被把握為App——意為人們通過此方式與世界的互動，人文主義學(xué)者所擔(dān)心的技術(shù)控制和工具主義的泛濫是否會愈演愈烈？還是說人們把App認(rèn)同為向樸素主義的回歸？這兩個方向截然對立的問題，取決于App對世界進(jìn)行把握的有效性和范圍，也有待其發(fā)展一段時間之后進(jìn)行檢驗。

三、App+云：美麗的未來世界

“云”在當(dāng)今是一個熱門詞匯。在新媒體時代，“云”帶來的就是這樣一種變革——由蘋果、谷歌、IBM這樣的專業(yè)網(wǎng)絡(luò)公司來搭建計算機存儲、運算中心，再通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的方式把本來分散在世界各地的軟件資源整合起來。因而，云計算在本質(zhì)上是分布式處理和網(wǎng)格計算。原理上，用戶只需要一臺筆記本或者一個手機，就可以通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)來實現(xiàn)所需要的一切。與以往不同的是，這些資源并不在本地而是分布在遠(yuǎn)程服務(wù)器上的。“云”來幫我們完成搜索、儲存、計算和推送等工作，所以也有人認(rèn)為云計算其實是一種服務(wù)理念。

可見，對“云”的闡釋有很多路徑，對于App而言，“云”意味著App的再虛擬化。因為當(dāng)前大多App的開發(fā)都是基于本地的應(yīng)用程序，無論是游戲、內(nèi)容或各類服務(wù)應(yīng)用，都會把相應(yīng)的入口、路徑等設(shè)計成內(nèi)置編碼。而在云時代，App本質(zhì)上只相當(dāng)于一個超級鏈接，所有的展開、應(yīng)用、登錄看似在本地，實際都是在它所指向的遠(yuǎn)程服務(wù)器上運行。也就是說，用戶通過App這一個節(jié)點，進(jìn)而找到互聯(lián)網(wǎng)上任何其他節(jié)點或節(jié)點群，這種模式正是對云服務(wù)的經(jīng)典詮釋。

1979年，保羅·萊文森在其博士論文中首次提出了他最為著名，也是奠定了他“技術(shù)樂觀主義”基調(diào)的重要理論——媒介進(jìn)化的“人性化趨勢”理論。他認(rèn)為，媒介給我們提供的實際上是越來越人性化的、自然的和“前技術(shù)”的交流方式。他在論文中提出了媒介演化的三個階段：第一個階段，一切交流都依賴生物學(xué)的感知和認(rèn)知方式，表現(xiàn)為眼睛、耳朵、記憶和想象。然后，我們發(fā)明了文字之類的傳播技術(shù)，借此我們得以跨越生物學(xué)極限進(jìn)行交流，跨時空進(jìn)行交流，這樣我們就進(jìn)入了第二個階段。在第三個階段，收音機給我們提供口播新聞而不是文字寫的新聞，電視則給我們提供更加真實的形象……技術(shù)領(lǐng)域給我們提供的一切都是最好的東西，使我們既可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程交流、長時間交流，又可以不失去自然的世界。⑤應(yīng)該說，在App與云結(jié)合的時代，每一個客戶端對應(yīng)的其實是一個偌大的虛擬云環(huán)境，App則成為這一云世界的入口，無線互聯(lián)、家庭娛樂、社區(qū)生活、遠(yuǎn)程控制、全息影像等都在App中凝聚，進(jìn)而又在“云”中得以釋放。App與云的結(jié)合從根本上實現(xiàn)了更好地為人類服務(wù)的目的，是媒介“人性化趨勢”進(jìn)化的兌現(xiàn)。同時，它又超越了媒介演化的三個階段，應(yīng)該說，它們正在將人們引入第四個階段，在這個階段，自然世界和虛擬世界的界限會逐漸消弭，個人和集體的能力趨于平衡，全球性和地方性的互動地帶既是虛擬的，又是真實的，甚至可以說現(xiàn)代生活就發(fā)生在擬像之中，這絕非日常生活的一部分，而正是生活本身。