基于IOS的互动绘本软件设计

徐楠

（陕西学前师范学院陕西西安710100）

我国各级政府、部门高度关注幼教事业，共出台了58部以上关于儿童教育的专项文件[1-2]。在儿童时期心智和生理尚未发育成熟，如何选择适合儿童发展的教育方式、组织儿童教育活动是人们始终关注的社会与教育问题[3-7]。

儿童读物具有图文并茂的特点，但大多数读物仍以文字为主，图画只处于从属状态，用于解释文字的内容[8]。而相比于传统的插画读物，绘本读物结合使用图文更能表达绘本的表意，实现“图文合一”[9]。绘本教育作为一种特殊的儿童教育方式，主要包括绘本阅读、绘本绘画、绘本教学和绘本游戏[10-13]。儿童绘本的出现，能有效培养儿童的阅读习惯、艺术情操和独立思考的能力[14]。然而，现有的儿童绘本软件存在以下不足和缺点[15-16]：1）交互内容单调乏味，没有连续的故事情结；2）交互方式单一，且缺少科学的指导；3）交互情景设计较弱。这些缺点导致儿童无法集中注意力、缺乏耐心。因此，如何设计更有趣、合理、创新的儿童绘本软件，提升交互体验是现今绘本软件设计、开发中需要着重考虑的问题。

增强现实[17]是最近出现的一种典型的人机交互技术，其可以将生成的虚拟信息叠加到真实场景中，具有针对性强、可实时互动和跨度广泛的优点。目前，将AR技术应用到儿童绘本软件设计汇总具有以下特点：1）丰富了教育内容的展示方式，从传统的具现化、平面化展示方式向三维方式进行转变；2）通过可操控的、有型的界面将抽象的概念展示出来；3）能提供语音、手势、触控及各种组合交互方式。

基于上述分析，文中基于IOS系统设计与实现了一种儿童绘本软件。该软件基于亲子教育的需求和理论，融入AR技术实现了自主阅读、感知阅读、角色扮演阅读、对话式阅读以及动作模拟互动式阅读等多种阅读方式。

1 互动绘本功能设计

基于增强现实的儿童互动绘本通过融合虚拟信息和真实场景来形成一种虚拟结合的效果，在阅读绘本的同时可显示虚拟三维场景、播放声音。本文考虑到儿童身心发展的特点及家长无法长时间陪伴孩子的问题，设计了如图1所示包含设置、儿童自主阅读和亲子互动阅读3种功能的互动绘本软件架构。

图1 儿童互动绘本软件架构

儿童绘本软件的设置功能模块主要为语言选择和时间提醒。其中，语言可以自主选择中文和英文，便于儿童的双语教学；时间提醒设置即在阅读时间达到预设的时间后，软件会弹出提示对话框，避免儿童出现眼睛疲劳的问题。儿童自主阅读包含放映室和故事屋两种功能，故事屋用于展示各种儿童可以翻页阅读的电子书；放映室则播放各种视频动画。亲子互动阅读模块则设置了放映室、故事屋和游戏乐园3个功能模块。本文为了改善亲子阅读的体验，在传统纸质绘本与电子互动绘本的基础上引入AR技术，改进自主阅读和亲子互动阅读模式及交互方式。

1.1 基于AR的自主阅读设计

基于AR的自主阅读模块包含倾听感知阅读和自主阅读两种阅读模式，下面分别介绍两种阅读模式的具体设计。

1）倾听感知阅读

由于传统的儿童绘本软件在倾听感知阅读模式下存在绘本读物中的人物和事物无法可视化、家长声音没有情感以及孩子注意力无法集中的问题，本文采用AR技术从交互方式、交互界面和交互内容设计3方面进行改进。交互方式的改进包括使用AR技术识别图片播放故事语音和识别图片播放AR视频；交互内容包括纸质绘本、故事语音和AR视频；交互界面设计上将视频播放界面填充整个屏幕，设计更清晰的视频画面和大小合适的按钮。如图2所示为本文基于AR的倾听感知阅读的操作模型。该模型通过播放语音迅速将儿童带入故事情景中，通过播放AR视频来解决传统绘本无法可视化人物形象的问题，且在整个阅读体验过程中更具吸引力和感染力。

图2 基于AR的倾听感知阅读的操作模型

2）自主阅读

文中考虑到儿童认知有限的问题，并针对儿童的需求和行为习惯，使用AR技术设计了具有丰富互动效果和三维模型的自主阅读模式。如表1所示为，自主阅读模式下的交互方式和所对应的操作。

自主阅读模式下也采用AR技术从交互方式、交互界面和交互内容设计3方面进行改进。交互内容方面，使用纸质绘本、AR三维模型及绘本语音阅读相结合的方式；交互界面方面，使用大小适中的按钮和更加清晰逼真的模型；交互方式方面，通过识别图片来展示AR三维立体模型，并能对该模型进行旋转、拖拽和缩放操作，通过点击语音播放按钮播放绘本阅读语音。如图3所示为该软件在自主阅读模式下的操作模型。该操作模型通过采用3D立体可视化的绘本物体模型来解决儿童认知有限的问题，并使用软件系统播放的儿童语音来激发儿童的阅读热情。

表1 自主阅读模式下的交互方式及其对应操作

图3 自主阅读模式的操作模型

1.2 基于AR的互动阅读设计

文中为了解决传统对话式阅读模型中对话切入点少和对话反馈不及时的问题，根据对话式阅读模型的组织形式与内容特点，采用AR技术设计了互动阅读功能。该互动阅读模式更注重实时反馈，且不同的交互方式具有不同的反馈，具体如表2所示。

表2 阅读交互及其对应的反馈

在交互阅读模式下也采用AR技术从交互方式、交互界面和交互内容设计3方面进行改进。交互内容方面，使用纸质绘本、三维模型与推动的问题、议题相结合的方式；交互界面方面，采用大小适中的按钮和清晰的模型；在交互设计方面，通过识别图片来推送问题或议题，通过亲子交流讨论来提交答案。如图4所示为该软件在交互阅读下的操作模型。该操作模型使用可视化的AR场景来吸引儿童的注意力，通过增加对话内容来解决对话切入点少以及对话互动不及时的问题。

图4 交互阅读下的操作模型

2 IOS软件实现

2.1 技术平台搭建

本文以IOS系统作为软件平台，并使用表3所示的软硬件环境设计与实现儿童互动绘本软件。

表3 软硬件环境

文中首先使用以上软硬件系统设置Xcode，新建了图5所示的IPhone模拟器用于在苹果电脑上模拟出IPhone手机，便于在上面进行后续软件开发。

图5 IPhone模拟器

2.2 系统具体实现

儿童互动绘本软件具体实现包括主菜单模块、绘本主体模块、动画设计、音效设计以及物理引擎的实现，下面分别进行具体介绍。

2.2.1 主菜单模块

用户通过点击主菜单上的按钮进入相应的设置、儿童自主阅读和亲子互动阅读等功能模块。本文使用Cocos2d-IPhone游戏引擎中的CCDirector实现不同功能模块间的跳转，使用ItemFromString函数实现系统菜单项文字和相应菜单时间的显示。本文的部分实现代码，如图6所示。

2.2.2 动画设计

图6 主菜单模块部分实现代码

本文使用AR功能来增强绘本软件的趣味性，并通过播放一系列的图片来实现动画效果。文中使用FLASH动画制作软件来提升开发效率，先制作出一个二维动画效果；然后将其导出为一系列JPG图片，并使用MAC操作系统上的Zwoptex软件添加这些图片；最后，将图片序列以帧序列的形式保存为.plist文件，实现动画的制作。

2.2.3 音效设计

本互动绘本软件通过添加特效和背景音效的方式，来烘托绘本故事的氛围。首先，使用Cocos2d-x框架的音频引擎加载声音事件；然后，调用音频播放方法来执行特定声音类型和文件的播放。其中，音效播放的部分代码见图7。

2.2.4 物理引擎

本软件仅在使用动画的地方需要物理引擎，同时本文直接使用Cocos的Chipmunk物理引擎来适应系统的重力感应需求。

3 软件测试与优化

为了测试本文设计和实现的基于IOS儿童互动绘本软件的功能与性能，本部分使用Xcode开发环境下进行了编译调试及IPhone模拟器测试。

在IOS的开发平台有一个自带的编译模块，只需在Xcode开发平台的工具栏中点击“Build and Go”按钮，即可使用自带的编译器检查软件是否有语法错误及软件的完整性等。编译过程中若出现错误会在相应的位置显示错误标记，且单击该标记可以显示具体的错误原因。本文在编译过程中通过不断调试和修改存在的错误，直至编译成功。

为了测试各功能模块的准确性，本文使用Xcode平台内置的单元测试框架OCUnit进行测试。首先新建一个工程，然后在弹出的对话框中选择能自动添加Unit Test的功能，并在得到的CUnitProj ectTests.m文件中添加如图8所示的测试样例函数。

图8 Unit Test函数示例

4 结束语

文中基于IOS系统和增强现实技术，设计与实现了一种儿童绘本软件。该软件基于亲子教育的需求和理论，融入AR技术实现了倾听感知阅读、自主阅读和互动阅读等多种阅读方式，具有交互方式、交互界面和交互内容设计方式丰富多样的特点。该软件通过播放语音迅速将儿童带入故事情景中，通过播放AR视频来解决传统绘本无法可视化人物形象的问题，且在整个阅读体验过程中更具吸引力和感染力。基于IOS系统的设计与测试结果表明，所设计的软件使用可视化的AR场景来吸引儿童的注意力，改进了自主阅读和亲子互动阅读模式及交互方式。