增強現(xiàn)實技術(shù)在青少年性科普圖書中的設(shè)計與實現(xiàn)

黨銳 曹鵬 劉玉新

【摘要】 我國青少年性教育通過多年發(fā)展后，已經(jīng)被納入國家普通教育的教育內(nèi)容。如何為出生于2000年后，習(xí)慣于使用數(shù)字產(chǎn)品的一代提供他們感興趣的科普學(xué)習(xí)教材是一個急需解決的問題。本文通過對增強現(xiàn)實技術(shù)在青少年科普圖書的應(yīng)用研究，從硬件描述、總體設(shè)計、用戶體驗、實現(xiàn)技術(shù)路線四個方面總結(jié)出增強現(xiàn)實類青少年性科普圖書的一套設(shè)計與實現(xiàn)方法。

【關(guān)鍵詞】 增強現(xiàn)實技術(shù);科普圖書;青少年性教育

【中圖分類號】TP391? ? ? ? ?【文獻標(biāo)識碼】A? ? ? ? ? 【文章編號】2096-8264（2020）22-0058-02

基金項目：四川性社會學(xué)與性教育研究中心課題，《基于增強現(xiàn)實技術(shù)在青少年性科普圖書中的應(yīng)用研究》，項目編號：SXJYB2021， 本項目由四川性社會學(xué)與性教育研究中心資助。

互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與普及迅速地推動了信息全球化的進程。在科學(xué)技術(shù)的不斷推動下，人們嘗試著將虛擬情境與現(xiàn)實結(jié)合，實現(xiàn)了增強現(xiàn)實。隨著近年移動設(shè)備的迅猛發(fā)展，手機和平板的普及使得增強現(xiàn)實技術(shù)在移動端的實現(xiàn)成為可能。青少年性科普圖書主要面對我國青少年群體，他們是個體由兒童向成人的過渡期，也是人生發(fā)展歷程中一個獨具特色的關(guān)鍵時期。與兒童期相比，性成為這一時期極為重要的發(fā)展內(nèi)容和發(fā)展主題，成為影響人生進程的重要課題。因此，接受科學(xué)、完整、適當(dāng)?shù)男越逃⒍ㄊ乔嗌倌甑谋匦拚n程。傳統(tǒng)的科普圖書以文字為主，而枯燥的文字難以引起孩子們的閱讀興趣。但是增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于圖書的制作，讓書中靜態(tài)的圖文動起來。通過手機、平板等移動終端上的攝像頭去掃描圖書上指定的圖片，讀者可以在移動終端的屏幕上看到書中平面的形象變?yōu)槿S立體模型，同時還能聽到聲音，點擊屏幕進行互動。增強現(xiàn)實技術(shù)與圖書的有效結(jié)合讓枯燥的科普文字生動化、形象化，更能引起孩子們的閱讀興趣。

一、增強現(xiàn)實技術(shù)圖書的優(yōu)勢

（一）輔助以增強現(xiàn)實技術(shù)，閱讀者可以直接觀察三維模型，通過這樣來增強記憶加深理解。利用模型來加強對相關(guān)情景的感知能力。讀者能夠隨意的選擇想要查看的內(nèi)容，配合多媒體學(xué)習(xí)素材。從而增強對現(xiàn)實事物的理解，滿足學(xué)習(xí)的需求。

（二）滿足增強現(xiàn)實硬件條件的前提下，閱讀者能夠在真實環(huán)境下體驗式學(xué)習(xí)，提升了學(xué)習(xí)閱讀的交互感受，實現(xiàn)無處不在的合作式和情境式學(xué)習(xí)效果。增強現(xiàn)實技術(shù)能夠給學(xué)習(xí)者一個特殊的空間，能夠?qū)W(xué)習(xí)個體、學(xué)習(xí)內(nèi)容等相關(guān)信息與真實場景結(jié)合在一起，提升了用戶體驗的沉浸感，使其具有視聽感受與互動感受，給閱讀者一種臨場感。

（三）增強現(xiàn)實圖書既保留了閱讀者對于傳統(tǒng)紙質(zhì)圖書的閱讀方式，又實現(xiàn)了傳統(tǒng)圖書數(shù)字化的突破，展現(xiàn)了多維互動的效果。也有效地解決了以往紙質(zhì)圖書表達內(nèi)容的局限性，推動了數(shù)字化的進程。

二、增強現(xiàn)實技術(shù)及相關(guān)硬件概述

（一）增強現(xiàn)實技術(shù)概述

增強現(xiàn)實技術(shù)簡稱AR，是用戶所處現(xiàn)實環(huán)境中的交互體驗，它通過計算機感知現(xiàn)實對象，然后生成虛擬數(shù)字信息來增強現(xiàn)實環(huán)境中的對象，交互方式一般會跨越多種感官模式，比如視覺、聽覺、觸覺、體感和嗅覺。

增強現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)中應(yīng)滿足以下三個基本特征：

1.虛擬與現(xiàn)實的融合

通過移動設(shè)備鏡頭捕捉到的現(xiàn)實環(huán)境即為現(xiàn)實，將由計算機生成的虛擬數(shù)字信息疊加到鏡頭捕捉到現(xiàn)實環(huán)境中，從而提高用戶的場景沉浸感，方便使用達到更好的體驗感。

2.即時性的交互

交互方式上不再是傳統(tǒng)按鈕或精確位置的方式進行交互，而是對于整個環(huán)境的交互。打破傳統(tǒng)人與屏幕的交流轉(zhuǎn)變?yōu)閷€體與周圍環(huán)境的交流，使信息融于現(xiàn)實環(huán)境，與人的活動融為一體。

3.三維注冊技術(shù)

三維注冊技術(shù)是增強現(xiàn)實技術(shù)的核心技術(shù)。實時檢測鏡頭相對于真實環(huán)境中的位置狀態(tài)，確定需要疊加的虛擬信息在投影平面中的位置，并將其正確的顯示。

（二）增強現(xiàn)實設(shè)備介紹

增強現(xiàn)實設(shè)備從硬件上可分為增強現(xiàn)實頭顯和傳統(tǒng)的平面設(shè)備（如手機和平板電腦等）。增強現(xiàn)實眼鏡是增強現(xiàn)實頭顯的一種，最早是由谷歌公司在2012年推出，通過佩戴該設(shè)備，能夠?qū)⒅悄苁謾C信息投射到眼前，并能夠進行通訊。但由于其價格過高、體驗差的原因，2015年谷歌停止了該產(chǎn)品的銷售。2016年，微軟推出了增強現(xiàn)實頭顯Hololens。目前國內(nèi)生產(chǎn)增強現(xiàn)實設(shè)備的產(chǎn)商有聯(lián)想C100、百度eye、華為等。

三、基于增強現(xiàn)實技術(shù)的青少年性科普圖書的設(shè)計

傳統(tǒng)紙質(zhì)科普圖書呈現(xiàn)方式過于枯燥，對于青少年群體來說，無法引起他們的注意。增強現(xiàn)實技術(shù)有效解決了這個問題。增強現(xiàn)實技術(shù)與傳統(tǒng)紙質(zhì)圖書相結(jié)合，改變了傳統(tǒng)紙質(zhì)書籍的閱讀習(xí)慣，把多媒體的、虛實結(jié)合的效果賦予了書籍，既增加了書本信息量也通過提高書籍的娛樂性質(zhì)給青少年帶來不一樣的閱讀體驗。讀者在閱讀書籍時實時互動、增加對于書籍的知識記憶，通過掃描書上呈現(xiàn)的二維碼進行實時查看模型、觀看視頻講解。

本文通過對同類型產(chǎn)品的研究，整理出一套Untiy3D +Easy AR模式的開發(fā)流程，包括：在完成印刷品書籍的寫作與排版后，使用三維建模軟件進行模型的建立，并完成三維動畫的制作;使用Easy AR完成增強現(xiàn)實部分的開發(fā)，最后在Unity3D進行集成發(fā)布。

（一）主要開發(fā)軟件介紹

1.Unity 3D軟件介紹

Unity3D 由Unity Technologies 開發(fā)，是一個全面的專業(yè)游戲引擎，也是一個綜合型游戲開發(fā)工具，在游戲、汽車、建筑工程、影視動畫等領(lǐng)域都被廣泛應(yīng)用。Unity 平臺可以為開發(fā)者提供強大并且容易上手的工具來制作三維視頻游戲、實時三維動畫，實現(xiàn)建筑可視化，虛擬現(xiàn)實及增強現(xiàn)實的可視化。

2.Easy AR軟件介紹

Easy AR 是Easy Augmented Reality 的縮寫，Easy AR 包含了交互支持、自定義攝像頭接入等功能。從設(shè)備支持的角度，Easy AR支持安卓7.0以上版本的設(shè)備，包含了市面上主流的安卓設(shè)備。Easy AR擁有面向Unity3D平臺的案例能夠提升開發(fā)效率，以及中文官方文檔對于國內(nèi)開發(fā)者更為友好，值得一提的是對于識別圖的管理相當(dāng)方便。

（二）用戶體驗設(shè)計規(guī)則

1.全屏幕的使用以更好吸引用戶

為用戶盡可能多地提供全屏查看和探索現(xiàn)實世界，并使用全屏呈現(xiàn)APP中的虛擬對象。避免在屏幕上添加多余的控制組件和信息，保持屏幕中的內(nèi)容易讀性。過多信息的堆疊將極大地減少用戶身臨其境的感覺。

2.提升顯示物品的真實性

并非所有的增強現(xiàn)實體驗都需要實體的虛擬對象，但是這個體驗應(yīng)該包括在物理環(huán)境中出現(xiàn)的物體。為了達到最好的效果，在設(shè)計三維對象的時候使用更加逼真的紋理。當(dāng)通過軟件把虛擬對象放置在真實世界之上，適當(dāng)?shù)目s放對象，讓環(huán)境光在虛擬對象上有所反應(yīng)，并且保證在相機位置移動的時候刷新呈現(xiàn)效果。

3.考慮物理世界的條件限制

由于用戶可能會嘗試在不那么適合虛擬現(xiàn)實體驗的環(huán)境中使用APP，比如他們可能會沒有太多移動的空間，或者這個空間不夠大，再或是這個空間中沒有足夠的平面的條件下打開APP。設(shè)計初期需要考慮基于不同的環(huán)境下的體驗盡量一致。

4.考慮用戶使用設(shè)備舒適度

由于手持設(shè)備長時間保持一定的距離和角度會讓用戶感覺疲勞，在開發(fā)初期需要考慮用戶如何持有他們的設(shè)備，減少不舒適感并努力創(chuàng)造一個愉快的體驗。例如在默認(rèn)條件下，可以將虛擬對象放在合適的距離來減少用戶手持設(shè)備靠近的必要。

四、增強現(xiàn)實內(nèi)容的實現(xiàn)

（一）三維模型及動畫的制作

三維模型及動畫的制作主要在3ds Max 中完成，此階段主要完成開發(fā)流程美術(shù)部分的模型及動畫部分，包括建模的三視圖、建模、貼圖、建立骨骼、蒙皮、動畫制作等工作，最終產(chǎn)出帶有動畫媒體的FBX文件。

（二）增強現(xiàn)實效果實現(xiàn)

打開已安裝配置好的Unity 3D軟件，導(dǎo)入之前下載好的Easy AR SDK 插件包，將官網(wǎng)中申請的密匙輸入。導(dǎo)入之前在3ds Max軟件中設(shè)計完成的FBX格式文件。同時將實現(xiàn)增強現(xiàn)實效果時需要掃描的指定圖片加載到軟件中，并將其放置到場景中，設(shè)置好圖片大小，創(chuàng)建Script 腳本和Json 腳本。設(shè)置好準(zhǔn)確的路徑并在場景中查看指定圖片和模型的對應(yīng)大小，并根據(jù)實際情況調(diào)整模型大小。

（三）基于安卓系統(tǒng)的項目發(fā)布

通過Unity 3D導(dǎo)出面向安卓平臺的APK應(yīng)用，導(dǎo)出時需要JAVA開發(fā)工具JDK和安卓開發(fā)工具SDK的支持。通過Andorid Studio進行Andorid SKD的管理，輸入安裝路徑，進行APK的發(fā)布。用戶通過下載安裝該APK文件，將APP安裝于安裝安卓操作系統(tǒng)的移動設(shè)備中。

五、總結(jié)

信息技術(shù)的發(fā)展讓增強現(xiàn)實技術(shù)得以實現(xiàn)，而增強現(xiàn)實技術(shù)有給軍事、工業(yè)、醫(yī)學(xué)、娛樂、教育等多領(lǐng)域帶來了全新的面貌。增強現(xiàn)實技術(shù)與傳統(tǒng)印刷技術(shù)相結(jié)合，改變了傳統(tǒng)紙質(zhì)書籍的閱讀習(xí)慣，把多媒體的、虛實結(jié)合的效果賦予了書籍。基于增強現(xiàn)實技術(shù)的青少年性科普圖書的制作，通過與傳統(tǒng)書籍配合的模型動畫、音視頻等手段，為青少年帶來了不一樣的閱讀體驗，為出生于2000年后且習(xí)慣使用數(shù)字設(shè)備的一代人提供了更適合的學(xué)習(xí)性知識的途徑，達到良好的性知識科普作用。

參考文獻：

[1]黨銳，熊思遠(yuǎn)，曹鵬.基于增強現(xiàn)實技術(shù)的景區(qū)導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計[J].魅力中國，2020，（21）.

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[3]周鋒.增強現(xiàn)實在手持設(shè)備上的應(yīng)用與研究[J].無線互聯(lián)科技，2014，（5）.

作者簡介：

黨銳，男，漢族，四川成都人，單位：成都工業(yè)學(xué)院，研究方向：數(shù)字媒體、虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實。

曹鵬，男，漢族，單位：成都工業(yè)學(xué)院。

劉玉新，女，漢族，單位：成都工業(yè)學(xué)院。