01
前言

　　如何科學地推薦教室顯示設備？為何選擇的是投影機而不是大屏一體機？顯示尺寸為何是86英寸？哪種才是選擇教室顯示設備的正確姿勢？
　　不知道你是否有如上的問題和困惑？筆者在十幾年的從業(yè)經歷中，需要經常面對這樣的問題，時至今日，筆者萌生一個念頭，希望寫就一篇淺顯易懂的基礎文章，看完文章的人，銷售人員得到技術支撐，研發(fā)人員有了理論依據(jù)，技術愛好者的疑問也豁然開朗。即便是沒有專業(yè)基礎的人，也能以最快的速度做到專業(yè)入門，這篇文章需要既有專業(yè)水準又淺顯易懂。大道至簡！
　　今天，我們就來嘗試一下，你需要的僅僅是完整閱讀此文的耐心（30分鐘左右），以及初中物理和數(shù)學基礎。沒錯，你沒有看錯，只需要有初中的物理和數(shù)學基礎，加上對顯示設備一些基礎參數(shù)的了解（如分辨率、流明這些，可以通過百度來了解），就可以通過此文獲得足夠的專業(yè)知識。

02
參考標準的設置

　　言歸正傳，目前教室內的顯示設備主要分兩大類，一類是投影機互動方案，一類是觸控液晶大屏方案，今天我們從技術的角度來探討教室顯示設備的關鍵指標�；�于具體的技術指標的探討，可以讓我們更接近事實真相。時至今日，世界第一的學生近視率已經讓國人都對保護視力產生最大的重視，我們今天的討論主要從“保護視力健康”這一核心需求來展開。
　　我們都知道，教室內的顯示設備，效果優(yōu)劣，一定有各類的評價指標，在這些主觀和客觀的指標，基于寶視來的理解，我們提出如下關鍵指標，我們的討論也圍繞這些關鍵指標展開：

　　根據(jù)馬斯諾需求理論，安全是介于生理需求的次低需求，提到安全，可能還有人會覺得奇怪，教室的顯示設備還有不安全的嗎？您別說，這里還真有不安全的因素，損害視力健康方面，顯示設備可是源頭之一，顯示設備不安全的因素主要體現(xiàn)在光熱輻射和光學傷害，光熱輻射主要源頭是觸控液晶大屏，只要大家近身體驗，就會有切實的體驗，老師在日常使用中，要注意適當防范，這部分不再贅敘。
　　至于光學傷害，我們先通過下面的小視頻來了解，小視頻的主人公就是用一臺激光投影機改造了一把激！光！槍！
　　當然，激光投影機設計人員充分考慮了激光的潛在危害，安全設計上做了充分的考慮，投影機里的激光模塊，我們做個比喻，是被關進了籠子的野獸。因為關在籠子里，所以不再會傷人，只不過，仍然會有傷人的潛在風險。早在2015年2月，F(xiàn)DA相關報告就指出：Class4等級的激光器不適合在家庭環(huán)境中使用。而2016年，歐盟建議用LED光源替代低于2000流明的燈泡光源，而激光光源則因為安全性問題沒有列入考量。

　　教室用激光投影機，目前采用的激光模塊均為藍色，我們都知道，藍光危害是損害視力的一大元兇。不得不說，這是激光的又一個短板。基于上述考量，我們在投影機光源的選擇上，沒有把激光放在第一重要的位置。寶視來一直致力于開發(fā)有足夠安全邊際的產品，這是我們大力推廣HLD光源產品的根本原因。

　　我們需要了解兩種尺寸，一是教室尺寸，二是顯示尺寸。經調研，我國中小學教室面積在30平方米-63平方米之間，教室以正方形(Square)和長方形(Deep)為主，教室長寬從5米×6米-9米×7米不等，桌椅排布從5排6列到9排9列不等。如下圖所示：

　　了解了教室的尺寸之后，我知道了教室顯示設備的工作環(huán)境——這是一個面向多達30-60人進行顯示的明亮環(huán)境。這樣的環(huán)境下，顯示設備的顯示尺寸有什么講究呢？是不是越大越好呢？
　　答案是否定的，研究表明：教室的顯示顯示面積過大，由于視覺跟隨運動增加而產生肌肉過度疲勞；而顯示面積過小的危害，則很容易理解，面積過小會造成看不見、看不清，這些都將加劇視疲勞、視力下降及其他衍生的視覺健康風險。
　　在進行科學探討顯示設備尺寸之前，我們需要對零基礎的學員普及一下顯示尺寸的常識（這部分屬于死記硬背型知識點）：
　　•  顯示設備的尺寸是以其對角線的長度來定義的
　　•  顯示設備的尺寸一般用“英寸”這個單位來表示，1英寸=2.54cm
　　•  顯示設備的成像寬高比主要有16:10/4:3/16:9這三種
　　•  100寸4:3顯示設備的尺寸為：長2.0米寬1.5米對角線2.5米（勾股定理）
　　•  100寸16:9顯示設備的尺寸為：寬2.2高1.4
　　•  100寸16:10顯示設備的尺寸為：2.15高1.35
　　關于顯示尺寸的科學研究是在如下兩種情況下展開的：
　　•  書寫觀看是針對漢字筆畫的細節(jié)辨識，在教學過程中新知識和內容的學習均與此場景相似，例如生字、數(shù)學公式、生物物種結構、地理地標等，可認為是“會形學習”
　　•  閱讀觀看則是針對文字語句的信息獲取和含義理解，在教學過程中的有一定基礎的知識和內容的再學習均與此場景相似，例如中文閱讀、數(shù)學讀題、英語閱讀理解等，可認為是“會意學習”
　　科學研究表明：
　　•  PPT常用最小字號為16號-20號，在進行“會形學習”時，最遠觀看距離(L)不宜超過顯示屏幕高度(IH)的3.5倍
　　•  在進行“會意學習”時，最遠觀看距離(L)不宜超過顯示屏幕高度(IH)的7.5倍
　　簡單來說，在顯示設備尺寸的選擇上，我們需要遵循“會形3.5/會意7.5”原則。在這個原則下，我們根據(jù)教室的長度，就能得到顯示尺寸的最佳建議。

　　橫軸為教室長度即最遠觀看距離(L)，縱軸為顯示屏幕高度 (IH)。圖中紅色區(qū)域表示會形學習和會意學習均觀看困難;黃色區(qū) 域表示會形學習觀看困難，會意學習可接受;綠色區(qū)域表示兩者均可接受。

　　前面我們通過了解教室尺寸知道，9米是很常用的教室長度尺寸，那么根據(jù)上表紅框處，顯示畫面的安全高度是1.2米-1.3米，經過簡單換算，對應的顯示尺寸是89-96英寸。

　　2017年8月24日，教育部發(fā)布《交互式電子白板》教育行業(yè)新標準，這是教室顯示設備尺寸的最新行業(yè)標準。這個標準，正是上述科學論證的結果體現(xiàn)。
　　亮度
　　首先，我還是要問，顯示設備的亮度是不是越亮越好？
　　答案再次是否定的，設備過暗，看不清楚，容易用眼疲勞，設備過亮，肉眼負擔過重，近視的一大元兇是電視機，就是因為肉眼長期被動接收過亮內容的緣故。教室環(huán)境是明亮且復雜多樣的，因為這種環(huán)境的不確定性，顯示設備的亮度指標就變得很難琢磨，不要急，我們先從簡單的理論計算開始入手，然后把環(huán)境因素考慮進來，就不難找到科學建議。我們先來了解理想環(huán)境下的亮度要求。
　　問題：對于全黑的理想環(huán)境下，最佳屏幕表面反射亮度多少是合適的？
　　參考：電影電視工程師協(xié)會SMPTE對于影院標準的建議：12-16ft-L。
　　解答：
　　ft-L（英尺朗伯）是亮度測量單位，1ft-L相當于1平方英尺內有3.43流明。
　　以100寸16：9增益為1的顯示面積為例，長度2.2m，寬度1.2m，面積為2.757平方米=29.68平方英尺（1平方米=10.76平方英尺），則100英寸所需要的屏幕最佳屏幕表面反射亮度為356.1-474.8流明（29.675*12=356.1lm；29.675*16=474.8lm）
　　通過上面的計算，我們得到了最佳屏幕表面反射亮度，原來全黑的環(huán)境下，亮度的需求是不高的，100英寸只需要約400流明的亮度，如果是教室的使用環(huán)境，這部分該如何計算呢？
　　標準計算公式是：需求亮度=環(huán)境系數(shù)*最佳屏幕表面反射亮度*屏幕面積/增益，環(huán)境系數(shù)就是考慮不同的應用環(huán)境進行設置。這個公式里有個陌生的專業(yè)用詞，“增益”，這里先賣個關子，在“可視角度”這部分，我們再來進行具體說明。在明亮的教室環(huán)境里，這個系數(shù)的經驗值建議在5-7左右，我們再簡化一下，方便記憶，寶視來提供簡單估算法則：
　　明亮的教室顯示設備亮度要求：1000流明/平方米。
　　根據(jù)上述簡單法則，我們得出下表結論：

　　顯示設備的分辨率是不是越高越好？
　　我想你已經開始學會謹慎思考再回答問題的習慣了——正確答案依舊是否定的！我們很容易理解低分辨率會帶來顯示精度的問題，那么對于過高的分辨率，會有什么困擾呢？我們可以通過設置自己筆記本電腦來模擬高低分辨率的區(qū)別，我們把分辨率設置過高，顯示的字體就會變小，從而增加閱讀的難度，這對顯示距離就提出了要求。
　　經過廣泛實驗的ISF研究的結果，也證實了上述的主觀描述，具體結論請參考下圖：

　　結論：當顯示畫面為90-100英寸時，理想的顯示距離約為4.5-9.5米，最合適的分辨率選擇為720p（1280*720），如果是對應的投影機，針對最常見的長方形(Deep)教室，WXGA（1280*800）分辨率的投影機是最優(yōu)解；如果是正方形(Square)教室，WUXGA（1920*1200）/1080p分辨率的顯示設備是最優(yōu)解。

　　屏幕在所有方向上的反射是不同的，在水平方向離屏幕中心越遠，亮度越低；當亮度降到50%時的觀看角度，定義為視角。一般來說屏幕的增益越大，視角越�。辉鲆嬖叫�，視角越大。
　　前面的“尺寸”部分，有關增益這一指標，在這里進行說明。增益表示屏幕反射入射光的能力。在入射光角度一定、入射光通量不變的情況下，屏幕某一方向上亮度與理想狀態(tài)下的亮度之比，叫做該方向上的亮度系數(shù)，把其中最大值稱為屏幕的增益。通常把無光澤白墻的增益定為1，如果屏幕增益小于1，將削弱入射光；如果屏幕增益大于1，將反射或折射更多的入射光。

　　上面這張圖，是一張高增益幕布的屏攝圖，大家可以看到，相同亮度的字體，因為可視角度比較小的原因，字體顯示了不同的亮度水平，從而導致不太理想的顯示效果，我們在教室的應用環(huán)境中，要避免出現(xiàn)這樣的問題。
　　根據(jù)上述兩個概念的描述，如果是教室的使用環(huán)境，我們希望顯示設備的可視角度越大越好，這樣能照顧到坐在各處的學生。投影機利用了幕面的漫反射原理進行成像，只要配置的投影面是適當?shù)�，投影機的顯示效果是最優(yōu)解決方案。
　　如果是觸控液晶大屏，可能還需要解決可視角度偏小的問題，因為其表面是玻璃材質，還要解決玻璃反光的問題。

　　色彩是顯示設備的關鍵指標之一，這是一個專業(yè)且復雜的話題，我們在這里選取最基本最核心的知識點來描述。也就是CIE色域空間，在顏色感知的研究中，CIE 1931 XYZ色彩空間（也叫做CIE 1931色彩空間）是其中一個最先采用數(shù)學方式來定義的色彩空間，它由國際照明委員會（CIE）于1931年創(chuàng)立。顯示領域里常用HDTV（709）這一空間指標，一般都會用顯示設備達到HDTV（709）的百分比來表達顯示設備的色彩還原能力。百分比越高，色彩表現(xiàn)力越好。

　　從上面的圖中，你是不是看到了不同的顏色表現(xiàn)，特別是紅色部分的表現(xiàn)力？你能想象到不同顯示設備之間的差距竟然是如此之大嗎？

　　教室中顯示設備的交互性是強制需求，關于設備的交互解決方案，目前市場上的主流解決方案分為投影機+電子白板、互動投影機、觸控液晶大屏這三大類，我們用一張表來匯總這三個方案的優(yōu)劣如下：

03
結論

　　經過上面各關鍵指標的充分討論，我們各部分的結論匯總如下：
　　•安全：優(yōu)選安全無輻射、藍光能量低的HLD固態(tài)光源
　　•尺寸：根據(jù)“會形3.5/會意7.5”法則，顯示畫面安全高度是1.2米-1.3米，對應的89-96英寸（16:10），取整90-100英寸（16:10）或者100-108英寸（4:3）
　　•亮度：根據(jù)1000流明/平方米的基本法則，100英寸的投影市場亮度>3750流明
　　•分辨率：最合適的分辨率選擇為720p/WXGA（顯示尺寸為90-100英寸，顯示距離約為4.5-9.5米
　　•可視角度：越大越好
　　•色彩：HDTV（709）標準，色域越寬廣越好。
　　如果你能耐心地看到這里，每個章節(jié)的內容甚至經過實際動手計算消化，那么恭喜你，對于教室顯示設備，你已經具備專業(yè)認知能力。
　　最后，請再次了解Boxlight寶視來的HLD 2.0互動投影機，所有提到的要點，我們是不是都Get到了？！