基于IOS的互動(dòng)繪本軟件設(shè)計(jì)

徐楠

（陜西學(xué)前師范學(xué)院陜西西安710100）

我國(guó)各級(jí)政府、部門高度關(guān)注幼教事業(yè)，共出臺(tái)了58部以上關(guān)于兒童教育的專項(xiàng)文件[1-2]。在兒童時(shí)期心智和生理尚未發(fā)育成熟，如何選擇適合兒童發(fā)展的教育方式、組織兒童教育活動(dòng)是人們始終關(guān)注的社會(huì)與教育問(wèn)題[3-7]。

兒童讀物具有圖文并茂的特點(diǎn)，但大多數(shù)讀物仍以文字為主，圖畫只處于從屬狀態(tài)，用于解釋文字的內(nèi)容[8]。而相比于傳統(tǒng)的插畫讀物，繪本讀物結(jié)合使用圖文更能表達(dá)繪本的表意，實(shí)現(xiàn)“圖文合一”[9]。繪本教育作為一種特殊的兒童教育方式，主要包括繪本閱讀、繪本繪畫、繪本教學(xué)和繪本游戲[10-13]。兒童繪本的出現(xiàn)，能有效培養(yǎng)兒童的閱讀習(xí)慣、藝術(shù)情操和獨(dú)立思考的能力[14]。然而，現(xiàn)有的兒童繪本軟件存在以下不足和缺點(diǎn)[15-16]：1）交互內(nèi)容單調(diào)乏味，沒(méi)有連續(xù)的故事情結(jié)；2）交互方式單一，且缺少科學(xué)的指導(dǎo)；3）交互情景設(shè)計(jì)較弱。這些缺點(diǎn)導(dǎo)致兒童無(wú)法集中注意力、缺乏耐心。因此，如何設(shè)計(jì)更有趣、合理、創(chuàng)新的兒童繪本軟件，提升交互體驗(yàn)是現(xiàn)今繪本軟件設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)中需要著重考慮的問(wèn)題。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)[17]是最近出現(xiàn)的一種典型的人機(jī)交互技術(shù)，其可以將生成的虛擬信息疊加到真實(shí)場(chǎng)景中，具有針對(duì)性強(qiáng)、可實(shí)時(shí)互動(dòng)和跨度廣泛的優(yōu)點(diǎn)。目前，將AR技術(shù)應(yīng)用到兒童繪本軟件設(shè)計(jì)匯總具有以下特點(diǎn)：1）豐富了教育內(nèi)容的展示方式，從傳統(tǒng)的具現(xiàn)化、平面化展示方式向三維方式進(jìn)行轉(zhuǎn)變；2）通過(guò)可操控的、有型的界面將抽象的概念展示出來(lái)；3）能提供語(yǔ)音、手勢(shì)、觸控及各種組合交互方式。

基于上述分析，文中基于IOS系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了一種兒童繪本軟件。該軟件基于親子教育的需求和理論，融入AR技術(shù)實(shí)現(xiàn)了自主閱讀、感知閱讀、角色扮演閱讀、對(duì)話式閱讀以及動(dòng)作模擬互動(dòng)式閱讀等多種閱讀方式。

1 互動(dòng)繪本功能設(shè)計(jì)

基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的兒童互動(dòng)繪本通過(guò)融合虛擬信息和真實(shí)場(chǎng)景來(lái)形成一種虛擬結(jié)合的效果，在閱讀繪本的同時(shí)可顯示虛擬三維場(chǎng)景、播放聲音。本文考慮到兒童身心發(fā)展的特點(diǎn)及家長(zhǎng)無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間陪伴孩子的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了如圖1所示包含設(shè)置、兒童自主閱讀和親子互動(dòng)閱讀3種功能的互動(dòng)繪本軟件架構(gòu)。

圖1 兒童互動(dòng)繪本軟件架構(gòu)

兒童繪本軟件的設(shè)置功能模塊主要為語(yǔ)言選擇和時(shí)間提醒。其中，語(yǔ)言可以自主選擇中文和英文，便于兒童的雙語(yǔ)教學(xué)；時(shí)間提醒設(shè)置即在閱讀時(shí)間達(dá)到預(yù)設(shè)的時(shí)間后，軟件會(huì)彈出提示對(duì)話框，避免兒童出現(xiàn)眼睛疲勞的問(wèn)題。兒童自主閱讀包含放映室和故事屋兩種功能，故事屋用于展示各種兒童可以翻頁(yè)閱讀的電子書；放映室則播放各種視頻動(dòng)畫。親子互動(dòng)閱讀模塊則設(shè)置了放映室、故事屋和游戲樂(lè)園3個(gè)功能模塊。本文為了改善親子閱讀的體驗(yàn)，在傳統(tǒng)紙質(zhì)繪本與電子互動(dòng)繪本的基礎(chǔ)上引入AR技術(shù)，改進(jìn)自主閱讀和親子互動(dòng)閱讀模式及交互方式。

1.1 基于AR的自主閱讀設(shè)計(jì)

基于AR的自主閱讀模塊包含傾聽(tīng)感知閱讀和自主閱讀兩種閱讀模式，下面分別介紹兩種閱讀模式的具體設(shè)計(jì)。

1）傾聽(tīng)感知閱讀

由于傳統(tǒng)的兒童繪本軟件在傾聽(tīng)感知閱讀模式下存在繪本讀物中的人物和事物無(wú)法可視化、家長(zhǎng)聲音沒(méi)有情感以及孩子注意力無(wú)法集中的問(wèn)題，本文采用AR技術(shù)從交互方式、交互界面和交互內(nèi)容設(shè)計(jì)3方面進(jìn)行改進(jìn)。交互方式的改進(jìn)包括使用AR技術(shù)識(shí)別圖片播放故事語(yǔ)音和識(shí)別圖片播放AR視頻；交互內(nèi)容包括紙質(zhì)繪本、故事語(yǔ)音和AR視頻；交互界面設(shè)計(jì)上將視頻播放界面填充整個(gè)屏幕，設(shè)計(jì)更清晰的視頻畫面和大小合適的按鈕。如圖2所示為本文基于AR的傾聽(tīng)感知閱讀的操作模型。該模型通過(guò)播放語(yǔ)音迅速將兒童帶入故事情景中，通過(guò)播放AR視頻來(lái)解決傳統(tǒng)繪本無(wú)法可視化人物形象的問(wèn)題，且在整個(gè)閱讀體驗(yàn)過(guò)程中更具吸引力和感染力。

圖2 基于AR的傾聽(tīng)感知閱讀的操作模型

2）自主閱讀

文中考慮到兒童認(rèn)知有限的問(wèn)題，并針對(duì)兒童的需求和行為習(xí)慣，使用AR技術(shù)設(shè)計(jì)了具有豐富互動(dòng)效果和三維模型的自主閱讀模式。如表1所示為，自主閱讀模式下的交互方式和所對(duì)應(yīng)的操作。

自主閱讀模式下也采用AR技術(shù)從交互方式、交互界面和交互內(nèi)容設(shè)計(jì)3方面進(jìn)行改進(jìn)。交互內(nèi)容方面，使用紙質(zhì)繪本、AR三維模型及繪本語(yǔ)音閱讀相結(jié)合的方式；交互界面方面，使用大小適中的按鈕和更加清晰逼真的模型；交互方式方面，通過(guò)識(shí)別圖片來(lái)展示AR三維立體模型，并能對(duì)該模型進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、拖拽和縮放操作，通過(guò)點(diǎn)擊語(yǔ)音播放按鈕播放繪本閱讀語(yǔ)音。如圖3所示為該軟件在自主閱讀模式下的操作模型。該操作模型通過(guò)采用3D立體可視化的繪本物體模型來(lái)解決兒童認(rèn)知有限的問(wèn)題，并使用軟件系統(tǒng)播放的兒童語(yǔ)音來(lái)激發(fā)兒童的閱讀熱情。

表1 自主閱讀模式下的交互方式及其對(duì)應(yīng)操作

圖3 自主閱讀模式的操作模型

1.2 基于AR的互動(dòng)閱讀設(shè)計(jì)

文中為了解決傳統(tǒng)對(duì)話式閱讀模型中對(duì)話切入點(diǎn)少和對(duì)話反饋不及時(shí)的問(wèn)題，根據(jù)對(duì)話式閱讀模型的組織形式與內(nèi)容特點(diǎn)，采用AR技術(shù)設(shè)計(jì)了互動(dòng)閱讀功能。該互動(dòng)閱讀模式更注重實(shí)時(shí)反饋，且不同的交互方式具有不同的反饋，具體如表2所示。

表2 閱讀交互及其對(duì)應(yīng)的反饋

在交互閱讀模式下也采用AR技術(shù)從交互方式、交互界面和交互內(nèi)容設(shè)計(jì)3方面進(jìn)行改進(jìn)。交互內(nèi)容方面，使用紙質(zhì)繪本、三維模型與推動(dòng)的問(wèn)題、議題相結(jié)合的方式；交互界面方面，采用大小適中的按鈕和清晰的模型；在交互設(shè)計(jì)方面，通過(guò)識(shí)別圖片來(lái)推送問(wèn)題或議題，通過(guò)親子交流討論來(lái)提交答案。如圖4所示為該軟件在交互閱讀下的操作模型。該操作模型使用可視化的AR場(chǎng)景來(lái)吸引兒童的注意力，通過(guò)增加對(duì)話內(nèi)容來(lái)解決對(duì)話切入點(diǎn)少以及對(duì)話互動(dòng)不及時(shí)的問(wèn)題。

圖4 交互閱讀下的操作模型

2 IOS軟件實(shí)現(xiàn)

2.1 技術(shù)平臺(tái)搭建

本文以IOS系統(tǒng)作為軟件平臺(tái)，并使用表3所示的軟硬件環(huán)境設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)兒童互動(dòng)繪本軟件。

表3 軟硬件環(huán)境

文中首先使用以上軟硬件系統(tǒng)設(shè)置Xcode，新建了圖5所示的IPhone模擬器用于在蘋果電腦上模擬出IPhone手機(jī)，便于在上面進(jìn)行后續(xù)軟件開(kāi)發(fā)。

圖5 IPhone模擬器

2.2 系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)

兒童互動(dòng)繪本軟件具體實(shí)現(xiàn)包括主菜單模塊、繪本主體模塊、動(dòng)畫設(shè)計(jì)、音效設(shè)計(jì)以及物理引擎的實(shí)現(xiàn)，下面分別進(jìn)行具體介紹。

2.2.1 主菜單模塊

用戶通過(guò)點(diǎn)擊主菜單上的按鈕進(jìn)入相應(yīng)的設(shè)置、兒童自主閱讀和親子互動(dòng)閱讀等功能模塊。本文使用Cocos2d-IPhone游戲引擎中的CCDirector實(shí)現(xiàn)不同功能模塊間的跳轉(zhuǎn)，使用ItemFromString函數(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)菜單項(xiàng)文字和相應(yīng)菜單時(shí)間的顯示。本文的部分實(shí)現(xiàn)代碼，如圖6所示。

2.2.2 動(dòng)畫設(shè)計(jì)

圖6 主菜單模塊部分實(shí)現(xiàn)代碼

本文使用AR功能來(lái)增強(qiáng)繪本軟件的趣味性，并通過(guò)播放一系列的圖片來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫效果。文中使用FLASH動(dòng)畫制作軟件來(lái)提升開(kāi)發(fā)效率，先制作出一個(gè)二維動(dòng)畫效果；然后將其導(dǎo)出為一系列JPG圖片，并使用MAC操作系統(tǒng)上的Zwoptex軟件添加這些圖片；最后，將圖片序列以幀序列的形式保存為.plist文件，實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫的制作。

2.2.3 音效設(shè)計(jì)

本互動(dòng)繪本軟件通過(guò)添加特效和背景音效的方式，來(lái)烘托繪本故事的氛圍。首先，使用Cocos2d-x框架的音頻引擎加載聲音事件；然后，調(diào)用音頻播放方法來(lái)執(zhí)行特定聲音類型和文件的播放。其中，音效播放的部分代碼見(jiàn)圖7。

2.2.4 物理引擎

本軟件僅在使用動(dòng)畫的地方需要物理引擎，同時(shí)本文直接使用Cocos的Chipmunk物理引擎來(lái)適應(yīng)系統(tǒng)的重力感應(yīng)需求。

3 軟件測(cè)試與優(yōu)化

為了測(cè)試本文設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的基于IOS兒童互動(dòng)繪本軟件的功能與性能，本部分使用Xcode開(kāi)發(fā)環(huán)境下進(jìn)行了編譯調(diào)試及IPhone模擬器測(cè)試。

在IOS的開(kāi)發(fā)平臺(tái)有一個(gè)自帶的編譯模塊，只需在Xcode開(kāi)發(fā)平臺(tái)的工具欄中點(diǎn)擊“Build and Go”按鈕，即可使用自帶的編譯器檢查軟件是否有語(yǔ)法錯(cuò)誤及軟件的完整性等。編譯過(guò)程中若出現(xiàn)錯(cuò)誤會(huì)在相應(yīng)的位置顯示錯(cuò)誤標(biāo)記，且單擊該標(biāo)記可以顯示具體的錯(cuò)誤原因。本文在編譯過(guò)程中通過(guò)不斷調(diào)試和修改存在的錯(cuò)誤，直至編譯成功。

為了測(cè)試各功能模塊的準(zhǔn)確性，本文使用Xcode平臺(tái)內(nèi)置的單元測(cè)試框架OCUnit進(jìn)行測(cè)試。首先新建一個(gè)工程，然后在彈出的對(duì)話框中選擇能自動(dòng)添加Unit Test的功能，并在得到的CUnitProj ectTests.m文件中添加如圖8所示的測(cè)試樣例函數(shù)。

圖8 Unit Test函數(shù)示例

4 結(jié)束語(yǔ)

文中基于IOS系統(tǒng)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了一種兒童繪本軟件。該軟件基于親子教育的需求和理論，融入AR技術(shù)實(shí)現(xiàn)了傾聽(tīng)感知閱讀、自主閱讀和互動(dòng)閱讀等多種閱讀方式，具有交互方式、交互界面和交互內(nèi)容設(shè)計(jì)方式豐富多樣的特點(diǎn)。該軟件通過(guò)播放語(yǔ)音迅速將兒童帶入故事情景中，通過(guò)播放AR視頻來(lái)解決傳統(tǒng)繪本無(wú)法可視化人物形象的問(wèn)題，且在整個(gè)閱讀體驗(yàn)過(guò)程中更具吸引力和感染力。基于IOS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與測(cè)試結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的軟件使用可視化的AR場(chǎng)景來(lái)吸引兒童的注意力，改進(jìn)了自主閱讀和親子互動(dòng)閱讀模式及交互方式。