AR技術在機械類教材的應用及設計策略

劉強 韓旭俊 段成浩

【摘 要】隨著AR技術的水平提高和應用門檻的降低，AR技術已日漸普及，AR技術的虛實結合、實時交互和維度豐富的特點尤其適用于高校教材。本文以機械類教材為例，通過分析AR技術應用與高校教材的優(yōu)勢和存在問題，提出對 AR技術在教材應用的設計策略。

【關鍵詞】AR;機械;教材

中圖分類號： TP399-C1文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）02-0065-002

隨著信息技術日新月異的發(fā)展，數(shù)字化浪潮給我們的生活帶來前所未有的改變，自魏晉時期便已出現(xiàn)的紙質圖書也將順應時代進行數(shù)字化升級。以機械類教材為例，其中大量出現(xiàn)的原件圖稿、機械結構、裝配流程等內容在傳統(tǒng)教材中只能以二維圖畫形式呈現(xiàn)，讀者閱讀時需自行“腦補”出立體結構，無法直觀地將內容呈獻給讀者。將AR技術加入到教材中，可將原來紙質圖書無法承載的音視頻、三維圖形、動畫等內容融合進教材，提升讀者的閱讀體驗。如何將AR技術與傳統(tǒng)紙質教材真正結合起來，將圖書的內容用更加直觀的方式呈現(xiàn)出來，是當前出版從業(yè)人員需要思考的問題[1]。

1 AR技術應用于紙質教材

利用AR技術可以讓紙質圖書呈現(xiàn)多媒體內容并實現(xiàn)交互，現(xiàn)有技術條件下的AR圖書主要是通過智能手機、平板電腦等設備安裝AR APP，利用的攝像頭去掃描圖書上特定的圖片或標識，在設備屏幕上將呈現(xiàn)與標識匹配的多媒體信息，若呈現(xiàn)的內容是三維模型，旋轉圖書時模型也隨之旋轉，讀者可從各個角度查看模型的全貌，并點擊屏幕進行互動。機械類教材的科學性、專業(yè)性、實踐性都很強， 涉及的知識和能力的范圍比較寬， 面對專業(yè)知識知識水平較低的讀者，AR技術是直觀呈現(xiàn)書中知識的不二選擇[2]。AR技術將虛擬的三維模型、動畫與傳統(tǒng)圖書很好的結合起來，目前已經有多家出版將AR技術應用于少兒科普圖書上，而專業(yè)教材方面還鮮有涉及。

2 AR技術在機械類教材中應用的優(yōu)勢

2.1 更直觀的呈現(xiàn)方式

機械類教材中包含大量圖稿，圖稿質量的高低很大程度上可以直接衡量該書的好壞，讀者對于圖稿的理解直接影響讀者對于知識理解的正確與否。借助AR技術讀者不必通過傳統(tǒng)的三視圖、軸測圖、照片等圖稿“腦補”教材中出現(xiàn)的原件或設備的全貌，通過掃描圖稿可以直接360°查看其三維模型;對于某些復雜設備的裝配圖，也不必去“腦補”空間結構，直接掃描圖稿即可查看3D裝配動畫或視頻，這種直觀的呈現(xiàn)方式可以將晦澀難懂的專業(yè)知識用讀者喜聞樂見的形式表現(xiàn)出來，給讀者帶來極大便利，可激發(fā)學習興趣提高學習效率[3]。

2.2 更好的閱讀體驗

傳統(tǒng)紙質教材是由作者向讀者單向傳遞信息，讀者只能被動接受并自行理解其中的內容，而AR圖書可以通過APP實現(xiàn)作者與讀者的實時交流;借助模型交互技術，對于書中出現(xiàn)的模型、動畫，雙方可以借助APP通過直接操作三維模型的方式進行設備原理、裝配等內容的演示交流[4]。

2.3 可隨時對教材的內容進行擴充

傳統(tǒng)圖書出版之后如果要增加新內容只能等教材再版時增加新內容，借助AR技術，作者可以隨時將圖書的增改內容上傳，讀者通過掃描圖書可以及時獲取圖書的新增內容;對于一些新理論、新技術，教材出版時還沒有實際應用案例，待實際案例出現(xiàn)后讀者直接掃描即可獲取相關案例信息，免去讀者頻繁查找資料之苦。

3 AR技術在機械類教材應用中存在的問題

3.1 成本問題

去除紙質圖書的成本之外，與之配套的AR APP的制作是一個龐大的工程，需要出版社、建模人員、藝術設計人員、交互技術研發(fā)人員等多方協(xié)同。因此，制作成本較高，圖書價格也比較高。除去金錢成本，時間成本也是不得不考慮的因素，建模、渲染、交互技術等都需要投入大量的時間，后期還需進行測試、優(yōu)化，導致整個周期較長。目前比較常見的采用AR技術的兒童趣味讀物，其售價遠高于同類的傳統(tǒng)圖書，但目前隨著技術的不斷成熟其成本正在逐漸下降[3]。

3.2 AR APP需長期維護

隨著智能終端系統(tǒng)的不斷升級和教材內容的更新，APP需要隨之更新。紙質教材的生命周期較長，在教材的銷售、使用期間和其后很長一段時間內，都會有大量讀者持續(xù)使用，這就要求APP要持續(xù)的維護并提供技術支持。

3.3 讀者的認可度

雖然國內已經有多家出版社嘗試去做AR圖書，但是因為技術瓶頸和成本限制，大多是淺嘗輒止?？v觀市場上的AR圖書，質量參差不齊，真正能夠實現(xiàn)具有交互性AR體驗的少之又少。AR技術目前仍是新興技術，想要獲得讀者和教育機構的廣泛認可仍有很長的路要走。

4 基于AR技術的機械類教材設計策略

AR技術與機械類教材的結合，為傳統(tǒng)教材轉型升級提供了一種新的可能。然而，通過前文分析，我們可以看到，我國AR技術應用于機械類教材的出版尚存在諸多問題。要讓基于AR技術的機械類教材成為一種社會廣泛采納、師生喜聞樂見的教材形式，實現(xiàn)更大的經濟價值和社會價值，相關出版單位應有針對性地實施出版策略。

4.1 優(yōu)化閱讀體驗

4.1.1 營造多感官的閱讀體驗

作為最基礎和最直接的體驗方式，感官體驗是人類認識事物的主要途徑。在閱讀時，通過AR技術引入視覺、聽覺、觸覺等多種感官體驗，使讀者更真實、更直觀地感受書中描述的復雜機械原理，加深讀者對于相關理論、結構的理解。因此，在AR機械類教材的設計中，要注重多感官的表達，不僅要考慮紙質內容與AR數(shù)字內容的銜接、過渡，還要考慮從藝術性、三維制作、動畫設定、聲效控制和互動關系等方面實現(xiàn)圖書在視覺、聽覺、觸覺等感官體驗上的功能，為讀者營造虛實交融的閱讀體驗。在視覺上，應利用AR技術突破原有的靜態(tài)的視覺表達方式，代之以動畫、視頻、豐富的三維模型來表達信息;從聽覺上，可以借助增強現(xiàn)實技術在書中植入真實、自然的聲音，以此賦予枯燥知識生命的活力，使讀者在閱讀時亦能感受到真實的氣息;在觸覺上，通過點觸交互帶來別樣的閱讀體驗。

4.1.2 完善交互設計

交互設計是指在人與產品、服務或系統(tǒng)之間創(chuàng)建一系列對話，這種對話可以是實體上的，也可以是情感上的。良好的交互設計擁有完善的對話機制，能夠滿足用戶多樣化的需求。AR技術應用于機械類教材的信息架構包括兩個層面，分別是現(xiàn)實世界的紙質圖書內所含信息和利用AR技術呈現(xiàn)的虛擬世界的信息。交互設計是連接現(xiàn)實世界與虛擬世界的橋梁，讀者借助AR技術由現(xiàn)實的信息世界進入虛擬的信息世界。AR圖書的對話機制是讀者通過智能移動設備和掃描行為與圖書進行交互，良好的設計能夠讓讀者流暢地參與對話過程。因此AR圖書若要在讀者和圖書之間創(chuàng)建流暢的對話，首先需要選擇合適的硬件與運行平臺，其次要創(chuàng)建利于讀者操作的交互界面，最后要注重內容呈現(xiàn)的效果[5]。

4.2 提升內容質量

基于AR技術的機械類教材最終能否得到長期穩(wěn)定的讀者，最終還取決于其圖書質量是否最大限度地滿足了讀者的要求。因此，一方面要保證圖書紙質內容的原創(chuàng)性和高質量，另一方面，機械類教材本身非常嚴謹，虛擬內容的設計在科學嚴謹?shù)某尸F(xiàn)內容的前提下既要講求創(chuàng)意，也要符合讀者的閱讀和操作習慣。

4.3 提高編輯出版技術水平

出版產業(yè)每一次突破性的發(fā)展都得益于關鍵技術的革新。AR技術是紙質出版物在新媒體信息技術方面的一個重要升級，是紙媒在數(shù)字時代創(chuàng)新發(fā)展的有效途徑，具有廣闊的想象和發(fā)展空間。因此，相關出版機構應加強關鍵技術的突破，推進其規(guī)模化應用。首先，出版社編輯人員要及時更新觀念，不斷補充新知識，及時關注和了解有關新技術的動態(tài)。在對增強AR圖書進行編輯策劃時，編輯人員不僅要具有策劃紙質內容的功底，還要懂得如何設計數(shù)字媒體內容，使紙質書上的靜態(tài)圖文和增強現(xiàn)實內容形成一個和諧有機的整體[1]。

5 結論

作為科學知識的重要載體，教材是廣大學生的良師益友，是有志青年走近科學、認知世界的橋梁。傳統(tǒng)利用陳述性文字進行知識傳達的方式，已經難以滿足當今科技時代背景下學生對知識的渴求。因此，當前階段我們急需尋求一種新舊媒體優(yōu)勢融合的技術創(chuàng)新方法。AR技術應用于教材能使學生在翻看實體書的同時，通過計算機或移動終端，將紙質書與周邊環(huán)境和書內的虛擬場景、角色融合在一起，并與書內的內容進行自然交互。這種新奇的閱讀體驗能夠極大地提升學生的閱讀興趣，以寓教于樂的方式對學生有效地進行知識傳播。

【參考文獻】

[1]張于.AR技術在少兒科普圖書的應用及設計策略[J]. 科技傳播，2017，9（11）：86-87.

[2]劉潔.AR技術在醫(yī)學圖書中的應用前景分析[J].內蒙古科技與經濟，2017，卷缺失（17）：77-78.

[3]張世欽.基于AR技術的教育出版現(xiàn)狀與思考[J].科技與出版，2017，卷缺失（5）：85-89.

[4]蔡蘇，張晗.VR/AR教育應用案例及發(fā)展趨勢[J].數(shù)字教育，2017，3（3）：1-10.

[5]張冠玉.AR技術應用于傳統(tǒng)教育出版物的可行性分析[D].[出版地不詳]：北京印刷學院，2017.