基于智能化AR技术的古民居信息系统研究

李晓茹

(太原大学 外语师范学院，山西 太原 030012)

0 引言

信息科技蓬勃发展，学习者已习惯通过网络接收多元信息，而计算机新科技的发展也使教学有了更多发挥的空间.在多样的教学工具中，如何选择新手段并通过该手段应用在教育领域，来达到更好的教学效果，一直是教师与学者致力研究的目标.教学形式从面对面授课演变为计算机辅助教学(Computer assisted association ，CAI)，直到最近几年被管广泛讨论的3D扩充实境(Virtual Reality，VR)的情境式学习，已经完全突破了传统的教学模式.［1］研究利用扩充实境技术建立古民居学习观赏系统，系统不仅能够重现古民居在漫长历史岁月中的不断变迁，而且还可以采集用户使用系统的过程信息，经过智能化数据挖掘分析，根据用户喜好进行应用推荐.

1 文献探讨

1.1 扩充实境

扩充实境为(Augmented Reality，简称AR)在同一接口空间结合虚拟和真实对象的数字技术，在视觉上会感觉虚拟的对象存在于现实的对象中，虚拟对象会根据角度改变大小与光影，视觉上与实体对象紧密结合.故在系统中让使用者感知到真实与虚拟的环境，即为扩充实境.［2］也就是其产生的影像，为实体对象与系统加上去的虚拟对象的组合.主要技术为根据扩充实体的对象来增加使用者的感知.

1.2 情境学习

情境学习(Situated learning)是由美国加利福尼亚大学伯克利分校的让·莱夫(Jean Lave)教授和独立研究者爱丁纳·温格(Etienne Wenger)于1990年前后提出的一种学习方式.［3］

简单说来，情境学习是指在要学习的知识、技能的应用情境中进行学习的方式.也就是说，你要学习的东西将实际应用在什么情境中，那么你就应该在什么样的情境中学习这些东西.为什么要这样学习呢?因为在莱夫和温格看来，学习不能被简单地视为把抽象的、去情境化的知识从一个人传递给另外一个人;学习是一个社会性的过程，知识在这个过程中是由大家共同建构的;这样的学习总是处于一个特定的情境中，渗透在特定的社会和自然环境中.

2 系统开发流程

本研究利用扩充实境所具有的三大特点，结合真实与虚拟，实时互动，空间定位针对古建筑领域的内容做出探讨.［4］本系统在用户端使用扩充实境技术重现古民居历史变迁的轨迹，系统根据用户希望观察古民居的位置及方位，在画面上呈现出古民居在数十年中相对角度影像，让用户对于古民居的演变可以有更加具体的了解.

在系统存储部分使用MySQL构建数据库，通过无线网络或移动网络与数据库进行联网，用户浏览古民居时，系统会自动记录用户的习惯，用Web Service技术在数据库服务器上进行数据挖掘，推测出用户最想知道那些信息，并且将结果传回用户欣赏界面.本研究的系统开发步骤如图1:

图1 系统开发步骤

3 系统设计

本系统主要分为“用户系统接口”以及“数据库模块”两个核心部分，图2为本系统架构图:

图2 系统架构图

3.1 用户接口

系统以展示极具北方建筑特色的北京四合院为例.根据北京四合院的位置及方位，观赏角度，在画面上重现北京四合院百年历史变迁的过程.

1.历史风貌:以每秒几年为单位播放此观看角度的古民居风貌变化，让用户有穿越时代看到古民居历年来改变的动态情景.

2.古民居多媒体演示:利用数据挖掘技术分析用户的习惯，提供个性化的介绍.在用户使用系统时，适时的自动出现用户喜好或习惯选择项信息，让用户更快速地收到自己有兴趣的内容，让系统的使用更加个性化、更贴近用户.

3.分类介绍:分类提供古民居的相关信息，本系统将古民居的介绍简单地分类为:古民居历史、古民居风格、古民居传奇等等.当观看分类介绍时，系统也会记录用户的观看习惯，提供给系统数据挖掘技术的数据资料.

4.趣味答题:利用定位的技术，制作游戏要求用户找到位于古民居的建筑特色或景点.例如，题目为“这个建筑物是何种风格”，用户必须比对古民居的参数，系统会适时给予提示或是导引，当用户找到目标时，给予适当的回馈.如此一来，用户可以从游戏中学习，提升学习的效果，对于古民居可以有更进一步的认识.

5.历史留念:用户在观看古民居几十年前或几百年前影像的同时，可以与虚拟的古古民居合影.增加系统与用户的互动性，也让用户在学习古民居历史与各年代相关人物的认识，带来更多乐趣，对于古民居的演变也有更深刻的印象.

图3 现今的北京四合院

图4 早期的北京四合院

3.2 数据库模块

A.用户数据库:存放用户的个人数据以及学习历程，利用数据挖掘技术分析用户的学习历程，找出使用者最想获得的信息，通过个性化服务的功能提供给用户.

B.古民居数据库:存放古民居的数据，例如:各风格各方位角度的古民居照片、古民居历史、古民居特色、艺术文物等，并存放古民居的位置坐标，供定位使用.

4 结论

基于扩充实境技术设计的古民居观赏系统，不仅可以呈现不同视角和历史时期下的古民居历史风貌，而且系统还同时提供给用户古民居的当代历史、社会背景等相关介绍.我们还利用了数据挖掘技术针对用户的习惯，智能选择每个用户可能感兴趣的古民居信息与古民居外貌呈现方式、适时调整呈现手段，使用户最大程度的获得感兴趣的古民居信息.

［1］徐 娟，董 政，曹 钢.基于智能手机的情境汉语移动学习［J］.中国教育信息化，2010(17):72-79.

［2］邱茂慧.基于GIS的广东省岭南古民居旅游文化景点竞争力分析［J］.安徽农业科技，2009(8):36-40.

［3］高蓉蓉，吕森林.基于手机的移动学习——教育技术研究的新热点［J］.现代教育技术，2006(6):70-76.

［4］Richard Sandford.走出教室，回归现实世界:用手机和扩充实境技术传授科学课程［J］.科普研究，2011(S1):102-110.