王珍　丁棟　張豐爍

關(guān)鍵詞：疫苗接種 全息投影 智能規(guī)劃 方艙設(shè)計 秩序高效

中圖分類號：TB472 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-0069（2022）07-0158-03

引言

自新冠肺炎疫情發(fā)生以來，我國醫(yī)科團隊積極研發(fā)新冠肺炎病毒滅活疫苗，為抗擊新冠疫情提供了強有力的保障。隨著新冠疫苗臨床試驗的穩(wěn)步推進，全國范圍內(nèi)現(xiàn)已開展大規(guī)模的疫苗接種工作。由于我國人口基數(shù)龐大，大規(guī)模接種點多為大型公共空間的直接轉(zhuǎn)化，因此整項接種工作具有“工程繁巨、耗資不菲”的特點，為解決此問題文章提出了一種基于全息投影的新冠疫苗接種方艙設(shè)計方案，可以減少場地布置中各種隔斷的耗材和占地，更加智能的為社會減負。

一、國內(nèi)外疫苗接種現(xiàn)狀

據(jù)《江南晚報》6.13日報道，國務(wù)院聯(lián)防聯(lián)控機制召開新聞發(fā)布會發(fā)出通報，截至6月10日，全國累計報告接種新冠病毒疫苗84529.9萬劑次，已經(jīng)覆蓋6.22億人，無論是在疫苗劑次上還是在覆蓋人群數(shù)量上，我國都居于世界首位。[1] 隨著新冠肺炎疫情在全球的蔓延，全球已有56個國家和地區(qū)開啟新冠疫苗接種工作，然而由于國情不同，新冠疫苗的接種工作無論是在試劑數(shù)量還是人員管理方面都有很大的困難。

（一）全球疫苗分配嚴重不均：新加坡《聯(lián)合早報》6.1日援引英國《衛(wèi)報》報道，全球新冠疫苗分配嚴重不均，目前已接種的13億劑新冠疫苗中，只有1%是在非洲接種的。來自非洲、亞洲、拉丁美洲和加勒比地區(qū)的多個國家正面臨著疫苗數(shù)量不夠，運輸、存儲、醫(yī)療基礎(chǔ)設(shè)施不足等問題。[2] 截至2020年9月14日，非洲57個國家人口總數(shù)已逾12.8億人次，約占全球總?cè)丝诘?7%，在這樣龐大的人口基數(shù)下，非洲目前所持有的新冠疫苗僅為2800萬劑次，對于整個非洲大陸來說可謂是杯水車薪。

（二）疫苗接種工作存在問題：當(dāng)前國內(nèi)陸續(xù)開展新冠疫苗接種工作，由于接種流程具有人員流動性強，接種速度快的特點，越來越多的新冠疫苗接種點采用方艙醫(yī)院的概念實施相對隔斷以確保接種秩序和效率，見圖1?！胺脚摗彼a(chǎn)生的隔斷空間、導(dǎo)視系統(tǒng)、警示標(biāo)語等一系列的設(shè)計需要耗費各種材料和設(shè)計成本，在搭建和拆除過程中又會用掉很多人力資源，且疫苗接種過后場地道具多作為醫(yī)廢垃圾處理，因此“方艙”概念下的疫苗接種工作仍有一些問題。此外，人們疫苗接種后還需前往留觀區(qū)靜候30分鐘，若無異變則自行離開。接種人員在這30分鐘內(nèi)即便是沒有不良反應(yīng)，其等待過程也是相當(dāng)乏味的。筆者在對周邊疫苗接種現(xiàn)場進行實地調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，上海松江大學(xué)城體育中心的接種人群在留觀區(qū)并無消極情緒，其原因主要是留觀區(qū)環(huán)繞著冰球賽場，冰球賽事與觀眾的高強互動性使得留觀人群忘記時間的流逝，見圖2，所以在疫苗接種環(huán)節(jié)的設(shè)計中還應(yīng)注重緩解人們的心理壓力和焦躁情緒。隨著5G技術(shù)的到來，上述問題借助于大數(shù)據(jù)和人工智能完全可以解決，因此文章認為“方艙”概念雖然方便，但需要升級。

（三）疫苗接種范圍逐步擴大：當(dāng)前新冠疫苗接種人群的年齡在18-59歲之間，[3] 并且不能有任何禁忌和不宜接種的其他情況。國藥中成北京所和北京科興中維公司研制的滅活疫苗經(jīng)審批后開展了3到17歲人群二期臨床試驗，其試驗數(shù)據(jù)得到了專家的充分認可。國家有關(guān)部門規(guī)定，新冠疫苗在有需要的情況下用于3到17歲人群的接種。[1] 針對60歲以上的老人是否適合接種新冠疫苗的問題，國家衛(wèi)健委表示目前已經(jīng)對重點人群中有接種需求的老人進行了臨床試驗，下一步將按照《新冠病毒疫苗接種實施技術(shù)指導(dǎo)方案》（第一版）的具體要求有序做好老年人的接種工作。

（四）疫苗接種服務(wù)持續(xù)升級：為進一步提升新冠疫苗預(yù)防接種服務(wù)能力，各地新冠疫苗接種“方艙”運行工作持續(xù)推進。如湖北新冠疫苗接種便民服務(wù)不斷優(yōu)化升級，增設(shè)了接種機構(gòu)、大型方艙式接種點和移動接種車。這些“方艙”大多設(shè)置在大型體育場、臨時集中接種點、游泳館等，場地布置和接種工作的引導(dǎo)與開展成為了一項工作重點。雖然相比固定的疫苗接種點，接種方艙具有搭建速度快、流動性強，安全性高的特點，但是在這些流程中需要耗費大量的人力和時間提前進行場地規(guī)劃和布置，并且存在資源利用不充分的問題，因此亟需對接種方艙進行智能化轉(zhuǎn)型。

二、全息投影技術(shù)簡述

全息投影技術(shù)是一種3D立體呈現(xiàn)技術(shù)，1947年英國物理學(xué)家丹尼斯·蓋伯在研究增強電子顯微鏡性能手段時偶然發(fā)明了這種技術(shù)，經(jīng)過幾代人的研究與發(fā)展到今天日漸成熟。文章運用文獻分析法對全息投影技術(shù)的技術(shù)原理、投影特點、技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展前景展開綜述，并據(jù)全息投影在生活中的運用尋其于疫情防控工作的可能性。

（一）技術(shù)原理：全息投影技術(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)。[4] 所謂“全息”即全部信息，包括被攝物體的振幅和相位信息。以照片拍攝為例，相機除了記錄被攝物體的輪廓、色彩等二維信息還會記錄被攝物體的相位信息，即物體在環(huán)境中的空間關(guān)系、運動軌跡、觀察距離等。我們所拿到的靜態(tài)照片事實上是經(jīng)過了對相位信息和光強信息的邏輯處理，然而并未對相位信息中的動態(tài)過程進行儲存。全息投影則是記錄并再現(xiàn)物體真實的三維圖像，人們在投影場景下不需要借助3D眼鏡就可以獲得真實的空間視覺感受。全息投影技術(shù)主要分為透射全息投影、全息膜投影、激光旋轉(zhuǎn)投影、霧幕投影和空氣投影。透射全息投影主要是應(yīng)用了物光和參考光，相機在拍攝時同時記錄了光強和相位從而呈現(xiàn)出視覺上的縱深感，當(dāng)我們?nèi)タ慈⑼队芭臄z的感光底片時，只能看到指紋一樣的干涉條紋，但在激光的照射下，我們的眼睛可直接透過底片看到被拍攝物體的三維立體圖像，從而可以從任意角度觀看懸浮于實景中的虛擬立體影像。全息膜投影則是借助了一層透明度很高的薄膜來反射出全息影像，使用時需要將全息膜相對于水平面45°放置，通過投影裝置投影在全息膜上，經(jīng)其折射得到逼真效果。它的實現(xiàn)依賴于暗光的搭配，因此對環(huán)境有很高的要求。激光旋轉(zhuǎn)投影主要應(yīng)用于展陳設(shè)計中，其原理為通過高速旋轉(zhuǎn)的鏡面來反射打在其表面的激光，利用觀眾的視覺差來制造3D效果。霧幕投影由空氣的微粒反射鐳射光的光波而得，在實際應(yīng)用中需要人工借助霧化設(shè)備制造大量噴霧從而形成霧墻，再由投影儀將圖像投射到霧墻上，從而形成虛幻的立體圖像?？諝馔队芭c海市蜃樓的原理有些相像，其工作原理是通過一套投影系統(tǒng)和一個空氣屏幕系統(tǒng)，直接在空氣中呈現(xiàn)具有交互功能的圖像，[5] 空氣投影所構(gòu)建的虛擬場景更加真實，可以真正不依賴于屏幕和全息模等媒介。

（二）投影特點：全息投影技術(shù)的最大特點在于體驗者不需要借助3D眼鏡便可得到真實的三維視覺效果，從其應(yīng)用方式來看總結(jié)為以下四個特征：

1.互動性：全息投影最大的一個優(yōu)勢就是所要即所得。以往我們獲取服務(wù)信息需要借助第三方的支持，譬如電子屏的使用。全息投影可以幫助我們在處理信息時脫離第三方平臺的束縛，弱化距離感，增強互動體驗。我們在生活中會發(fā)現(xiàn)身邊大大小小的產(chǎn)品都在朝模塊化發(fā)展，其本質(zhì)在于打破傳統(tǒng)產(chǎn)品的靜態(tài)、一體化設(shè)計，實現(xiàn)更加多元的服務(wù)。在舞臺演出中全息投影技術(shù)打破了LED屏過往所受到的限制，給舞臺營造更具科技感、時尚感的燈光效果，[6]配合聲音控制技術(shù)、紅外線動作捕捉的全息投影可以令使用者身臨其境，借助觸摸屏還可以實現(xiàn)用戶與信息的趣味互動，從多重感官調(diào)動用戶的使用情緒和積極性，從而最大程度地保證信息的準(zhǔn)確傳遞與接收。

2. 個性化：由于全息投影的呈現(xiàn)形式并非實物，因此基于該技術(shù)下的場景具有實時更替、重組的能力。人們在商場購買衣服時往往在逛很多家后仍無法選中自己想要的衣服，整個過程看似無成本支出，實則對顧客和店家都造成了一定的損失。舉例來說，顧客在試換各種衣服的時候產(chǎn)生了時間成本，這是不可逆的，同時衣服因參與了使用環(huán)節(jié)所造成的相應(yīng)磨損也是不可逆的。因此如果將全息投影與試衣間相配合，[7]顧客可以隨心挑選衣物的同時又不必試穿店內(nèi)的衣物，在滿足個性化的同時也減少了雙方的損失。

3.時效性：全息投影技術(shù)在一定程度上雖然可以不受空間的限制，但卻無法擺脫時間的束縛。當(dāng)預(yù)設(shè)時間結(jié)束后，投影空間將自動消失，留下來的只是一些靜態(tài)圖像信息。而在疫情期間做到信息在視覺感知層面的有效的傳播與接收至關(guān)重要，[8]全息投影正是一個良好的傳遞載體。

4.引導(dǎo)性：全息投影具有引導(dǎo)人們產(chǎn)生正確行為的特征，譬如我們在小吃街吃完東西后會產(chǎn)生殘食、包裝紙等垃圾，而在人群密集的情況下我們似乎很難判斷垃圾桶的正確方位，甚至朝著遠離垃圾桶的一側(cè)尋找。[9]而全息投影可以在空中形成引導(dǎo)性標(biāo)志，清晰告訴游客具體方位，引導(dǎo)其選擇正確的道路，避免因找不到垃圾桶而處于尷尬境地。

（三）技術(shù)應(yīng)用：目前全息投影技術(shù)及其批量生產(chǎn)條件相對成熟，在設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用已屢見不鮮。由于國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展的不均衡，國內(nèi)將其主要用于展覽、博物館、舞臺劇、時裝秀等相對較小的場合，并隨著技術(shù)的不斷成熟其展示效果也愈加真切。2015年春晚較早地用到了全息投影技術(shù)，李宇春與其虛擬人相互配合共同完成了佳作《蜀繡》，在觀眾看來就是5個李宇春在進行舞臺表演，效果極為震撼，但由于技術(shù)問題還是能看出虛擬人與真人的不同。不過2021年李宇春再現(xiàn)春晚，舞臺上出現(xiàn)18個身著華服的李宇春，竟看不出孰真孰假，由此看見雖時隔五年，但全息投影技術(shù)已取得很大進步。國外早在2010年將其用作舞臺效果，世嘉公司在日本東京舉辦的“初音未來”演唱會就首次利用全息投影技術(shù)創(chuàng)造了演唱會的虛擬形象偶像，此后更是將這種技術(shù)的應(yīng)用場景擴大化。如烏克蘭的全息投影紅綠燈直接利用投影儀在道路中投射了一道巨幅光墻，見圖3，紅色的外表與國內(nèi)的紅燈在色感上保持一致，同時光墻上有著類人高的白色倒計時，在這種情境下就算人們本來有闖紅燈的想法也絕不敢越雷池半步。

（四）發(fā)展前景：目前國外學(xué)者對全息投影技術(shù)的研究更為廣泛，且已取得了階段性成果。文章利用Web of Science數(shù)據(jù)庫對全息（Holographic）進行檢索，共得到相關(guān)文獻2634篇，通過VOSviewer對這些文章的關(guān)鍵詞進行分析，得其聚類視圖，見圖4。聚類視圖表明當(dāng)前國外對于全息投影技術(shù)主要探究其展示作用，并與光效、圖像和算法有著密不可分的聯(lián)系。

伴隨著技術(shù)開發(fā)，全息投影的發(fā)展前景一定是人機間的交互式體驗，然其在發(fā)展過程中同樣也面臨著諸多問題與挑戰(zhàn)。比如全息投影設(shè)備、全息膜、軟件開發(fā)等都需要大量的資金支撐，一項利用該技術(shù)的舞臺劇表演的基礎(chǔ)預(yù)算就要幾十萬到上百萬不等，且與舞臺效果配套的后期技術(shù)支撐更是繁巨。[10]在未來隨著研發(fā)費用的降低和技術(shù)的成熟，全息投影將會出現(xiàn)于我們生活的方方面面。筆者通過走訪國家會展中心獲悉，30㎡左右的定制型展位價格在10萬元左右，在展會開始前展商需要提前一天前往場地布展，待展會結(jié)束后所搭建的展臺全部作廢，無法二次利用，見圖5。雖然對于企業(yè)來說它們的宣傳價值遠超過10萬元，但如果采用投影布景的方式，不僅可以減少成本支出，而且還可以享受科技帶來的個性化定制。在軍事領(lǐng)域，全息投影技術(shù)也可以用于模擬戶外戰(zhàn)場環(huán)境，以逼真的效果、顯著的視覺特性大幅度提高武器的作戰(zhàn)效能，在安全環(huán)境下還原戰(zhàn)場環(huán)境幫助作戰(zhàn)人員提升臨場反應(yīng)能力以達到在戰(zhàn)場上應(yīng)對自如的目的。當(dāng)下國際衛(wèi)生環(huán)境未有定勢，新冠肺炎對全球的影響仍在持續(xù)，全息投影技術(shù)可以為疫情防控創(chuàng)造更多可能，其獨特的交互體驗將更有助于大型公共衛(wèi)生事件的管理和布局。因此全息投影技術(shù)正以其不可比擬的虛擬效果被逐步應(yīng)用，其發(fā)展前景將勢如破竹。

三、基于全息投影的新冠疫苗接種方艙設(shè)計實例及擴展應(yīng)用

由于國內(nèi)外疫苗接種工作仍在持續(xù)，且進度不一。因此本文提出了基于全息投影的新冠疫苗接種方艙設(shè)計實例（以下簡稱投影方艙），來探討全息投影于疫情防控的可能。

（一）接種人群分析：隨著未成年人和60歲以上老人新冠疫苗接種臨床試驗的不斷推進，我國接種人群的年齡范圍將進一步擴大，因此在對投影方艙設(shè)計時有必要對一般人群和特殊人群在公共場合中的行為需求進行分析，進而得出投影方艙在設(shè)計時應(yīng)著重考慮的設(shè)計要素。

1. 一般人群：一般人群是指聽力、視力、觸覺等發(fā)展良好，不受行為能力限制可以獨立完成相關(guān)工作的人群，在公共空間中能自然處理絕大部分環(huán)境信息，有效應(yīng)對相關(guān)工作和服務(wù)。在投影方艙中對于這部分人群的設(shè)計應(yīng)考慮信息的“易得性”和“普適性”，依據(jù)人們的經(jīng)驗習(xí)慣從色彩、形式、布局、互動等方面給出合理規(guī)劃。

2. 特殊人群：倪春洪將特殊人群分為老人、兒童、殘障人士、視障人士，他認為特殊人群受行為能力和心理訴求的影響對公共服務(wù)空間中的導(dǎo)視系統(tǒng)設(shè)計需求多于常人。[11]老年人由于身體機能下降所造成的老花眼、青光眼等問題應(yīng)在導(dǎo)視系統(tǒng)設(shè)計中予以高度重視，對于字體的選擇應(yīng)兼顧美觀和易識別性，盡量采用大號字體。付永民認為對于兒童產(chǎn)品的設(shè)計應(yīng)把握簡單布局，采用兒童所喜歡的圖標(biāo)或符號信息，在色彩應(yīng)用上應(yīng)盡量使用鮮明、歡快的顏色。[12]殘障人士主要為肢體活動異常、感官靈敏度降低或消失的人群，可以通過開設(shè)殘障人士專用通道來提高服務(wù)質(zhì)量和效率。視障人士主要為視力有明顯損傷的人群，因此對于視覺環(huán)境設(shè)計有很高的要求，在場景設(shè)計時應(yīng)配合光線強弱和色彩的變化給予其通行便利。[11]綜上所述，四類特殊人群均對視覺系統(tǒng)的設(shè)計提出了相應(yīng)的需求，文章認為對于視覺符號的設(shè)計應(yīng)將“易得性”“互動性”“美觀性”和“舒適性”納入考慮，為投影方艙的設(shè)計提供設(shè)計原則。

（二）技術(shù)應(yīng)用分析：文章選用空氣投影作為疫苗接種方艙的技術(shù)手段。由于高速流動的空氣可以改變氣流密度，進而改變空氣的折射率，因此人們利用激光投射于空氣中便可得到虛擬的三維圖像。以往的全息投影需要借助各種“介質(zhì)”來實現(xiàn)其立體影像的展示，如全息膜、高速旋轉(zhuǎn)的鏡面、水霧幕墻等。而空氣投影以“氣流”為介質(zhì)，氣流有著不同于以往介質(zhì)的獨特之處，不僅實現(xiàn)了介質(zhì)“零成本”，而且這種介質(zhì)還可以不受環(huán)境的約束，隨時隨地被獲取應(yīng)用。盡管目前空氣投影技術(shù)還未普及，但是諸如Waiik投影儀等先進設(shè)備已經(jīng)可以完成一定程度的影像投射，并可與用戶進行沉浸式互動，因此文章選用空氣投影作為主要技術(shù)手段可以實現(xiàn)很多難點突破。

（三）設(shè)計實例分析：投影空間共設(shè)置“等候區(qū)、登記區(qū)、接種區(qū)、觀察區(qū)和應(yīng)急處理區(qū)”五個區(qū)域，每塊區(qū)域上方有非常明顯的文字標(biāo)志提醒人們快速找到相應(yīng)的位置，見圖6。首先是等候區(qū)，傳統(tǒng)的紅色地標(biāo)能在一定程度上達到接種人群間隔排隊的目的，與上文所提及的烏克蘭光幕紅燈類似，人們依據(jù)以往的知識經(jīng)驗會對紅色標(biāo)識產(chǎn)生一定距離，并且這種距離主要源于人們的心理認知。但在一些疫情肆虐的國家，民眾還是會抵觸疫苗接種，究其根本還是內(nèi)心活動的反應(yīng)。紅色本身就具有“危險、禁止、恐怖”的情感色彩，試想如果被接種人員缺乏安全感，紅色地表的設(shè)計可能會更加劇內(nèi)心的恐慌。筆者在利用Cinema 4D進行渲染時將科技藍作為主色調(diào)以平復(fù)接種人群的各種不安情緒，同時在等候區(qū)設(shè)置了紅外感應(yīng)模塊，以“距離”為約束條件。當(dāng)有人“越界”，其腳下的兩條藍色地標(biāo)會瞬間融為紅色方塊來提醒“越界”人員，見圖7。

進入場地后依次是登記區(qū)、接種區(qū)、留觀區(qū)和應(yīng)急保障區(qū)。文章采用方艙概念對將四個區(qū)域進行投影隔斷，工作人員可以根據(jù)場地需要使用移動終端提前設(shè)置投影間數(shù)量。留觀區(qū)的設(shè)計突破現(xiàn)有技術(shù)中的視覺、聽覺層次，增加觸覺體驗，例如等候者可在此期間通過觸摸反應(yīng)建立健康檢測通道，投影壁會依據(jù)不同操作提供不同的身體指標(biāo)數(shù)據(jù)。接種人群在等候時如若發(fā)現(xiàn)疑似不良反應(yīng)，投影間內(nèi)的危險警報感應(yīng)器將通過監(jiān)測聲波頻率，光感、熱能變化立即閃爍紅色立體投影光線，引導(dǎo)應(yīng)急保障區(qū)內(nèi)的專業(yè)醫(yī)護人員會攜帶搶救設(shè)備對出現(xiàn)不良反應(yīng)的人群進行快速處理。

（四）方艙擴展應(yīng)用：文章所提出的投影方艙概念不限場地位置、光線明暗、使用場合、使用人群等，只要符合臨時、突發(fā)、短期、大型中的其中一個條件，均可使用此方案背后的運作邏輯進行場地規(guī)劃。如在建筑施工中，其動工流程往往是先由工人不斷地去測量各種場地尺寸、角度等相關(guān)數(shù)據(jù)，然后建筑設(shè)計師按照數(shù)據(jù)要求繪制施工圖紙，待圖紙過審后方可安排動工。那么在運用全息投影技術(shù)之后，可以輸入整棟建筑的具體參數(shù)，并進行立體投影。工人則可以按照投影的位置進行標(biāo)記，幫助建筑設(shè)計師更快更準(zhǔn)確的進行樓宇建設(shè)。

結(jié)語與展望

全息投影作為當(dāng)下熱門的交互技術(shù)手段，在很大程度上推動了產(chǎn)業(yè)交融，為疫情防控帶來了契機。文章深究疫苗接種所帶來的現(xiàn)實問題，結(jié)合全息投影所提出的新冠疫苗接種方艙設(shè)計概念可以彌補傳統(tǒng)疫苗接種方艙的不足，降低人員接觸的可能。當(dāng)下國內(nèi)疫情已趨于穩(wěn)定，國際環(huán)境仍錯綜復(fù)雜，投影方艙承其技術(shù)的特殊性可以不受地域和環(huán)境限制助力國內(nèi)外疫苗接種等疫情防控措施。盡管技術(shù)的實現(xiàn)還有一定難度，但從技術(shù)發(fā)展的角度距其實現(xiàn)已不再遙遠。此外，全息膜投影方式較之空氣投影更加成熟，文章所探討的投影方艙亦可借助全息膜投影技術(shù)以實現(xiàn)同類場景的應(yīng)用。