增强现实技术在青少年性科普图书中的设计与实现

党锐 曹鹏 刘玉新

【摘要】 我国青少年性教育通过多年发展后，已经被纳入国家普通教育的教育内容。如何为出生于2000年后，习惯于使用数字产品的一代提供他们感兴趣的科普学习教材是一个急需解决的问题。本文通过对增强现实技术在青少年科普图书的应用研究，从硬件描述、总体设计、用户体验、实现技术路线四个方面总结出增强现实类青少年性科普图书的一套设计与实现方法。

【关键词】 增强现实技术;科普图书;青少年性教育

【中图分类号】TP391         【文献标识码】A          【文章编号】2096-8264（2020）22-0058-02

基金项目：四川性社会学与性教育研究中心课题，《基于增强现实技术在青少年性科普图书中的应用研究》，项目编号：SXJYB2021， 本项目由四川性社会学与性教育研究中心资助。

互联网的发展与普及迅速地推动了信息全球化的进程。在科学技术的不断推动下，人们尝试着将虚拟情境与现实结合，实现了增强现实。随着近年移动设备的迅猛发展，手机和平板的普及使得增强现实技术在移动端的实现成为可能。青少年性科普图书主要面对我国青少年群体，他们是个体由儿童向成人的过渡期，也是人生发展历程中一个独具特色的关键时期。与儿童期相比，性成为这一时期极为重要的发展内容和发展主题，成为影响人生进程的重要课题。因此，接受科学、完整、适当的性教育，注定是青少年的必修课程。传统的科普图书以文字为主，而枯燥的文字难以引起孩子们的阅读兴趣。但是增强现实技术应用于图书的制作，让书中静态的图文动起来。通过手机、平板等移动终端上的摄像头去扫描图书上指定的图片，读者可以在移动终端的屏幕上看到书中平面的形象变为三维立体模型，同时还能听到声音，点击屏幕进行互动。增强现实技术与图书的有效结合让枯燥的科普文字生动化、形象化，更能引起孩子们的阅读兴趣。

一、增强现实技术图书的优势

（一）辅助以增强现实技术，阅读者可以直接观察三维模型，通過这样来增强记忆加深理解。利用模型来加强对相关情景的感知能力。读者能够随意的选择想要查看的内容，配合多媒体学习素材。从而增强对现实事物的理解，满足学习的需求。

（二）满足增强现实硬件条件的前提下，阅读者能够在真实环境下体验式学习，提升了学习阅读的交互感受，实现无处不在的合作式和情境式学习效果。增强现实技术能够给学习者一个特殊的空间，能够将学习个体、学习内容等相关信息与真实场景结合在一起，提升了用户体验的沉浸感，使其具有视听感受与互动感受，给阅读者一种临场感。

（三）增强现实图书既保留了阅读者对于传统纸质图书的阅读方式，又实现了传统图书数字化的突破，展现了多维互动的效果。也有效地解决了以往纸质图书表达内容的局限性，推动了数字化的进程。

二、增强现实技术及相关硬件概述

（一）增强现实技术概述

增强现实技术简称AR，是用户所处现实环境中的交互体验，它通过计算机感知现实对象，然后生成虚拟数字信息来增强现实环境中的对象，交互方式一般会跨越多种感官模式，比如视觉、听觉、触觉、体感和嗅觉。

增强现实技术开发中应满足以下三个基本特征：

1.虚拟与现实的融合

通过移动设备镜头捕捉到的现实环境即为现实，将由计算机生成的虚拟数字信息叠加到镜头捕捉到现实环境中，从而提高用户的场景沉浸感，方便使用达到更好的体验感。

2.即时性的交互

交互方式上不再是传统按钮或精确位置的方式进行交互，而是对于整个环境的交互。打破传统人与屏幕的交流转变为将个体与周围环境的交流，使信息融于现实环境，与人的活动融为一体。

3.三维注册技术

三维注册技术是增强现实技术的核心技术。实时检测镜头相对于真实环境中的位置状态，确定需要叠加的虚拟信息在投影平面中的位置，并将其正确的显示。

（二）增强现实设备介绍

增强现实设备从硬件上可分为增强现实头显和传统的平面设备（如手机和平板电脑等）。增强现实眼镜是增强现实头显的一种，最早是由谷歌公司在2012年推出，通过佩戴该设备，能够将智能手机信息投射到眼前，并能够进行通讯。但由于其价格过高、体验差的原因，2015年谷歌停止了该产品的销售。2016年，微软推出了增强现实头显Hololens。目前国内生产增强现实设备的产商有联想C100、百度eye、华为等。

三、基于增强现实技术的青少年性科普图书的设计

传统纸质科普图书呈现方式过于枯燥，对于青少年群体来说，无法引起他们的注意。增强现实技术有效解决了这个问题。增强现实技术与传统纸质图书相结合，改变了传统纸质书籍的阅读习惯，把多媒体的、虚实结合的效果赋予了书籍，既增加了书本信息量也通过提高书籍的娱乐性质给青少年带来不一样的阅读体验。读者在阅读书籍时实时互动、增加对于书籍的知识记忆，通过扫描书上呈现的二维码进行实时查看模型、观看视频讲解。

本文通过对同类型产品的研究，整理出一套Untiy3D +Easy AR模式的开发流程，包括：在完成印刷品书籍的写作与排版后，使用三维建模软件进行模型的建立，并完成三维动画的制作;使用Easy AR完成增强现实部分的开发，最后在Unity3D进行集成发布。

（一）主要开发软件介绍

1.Unity 3D软件介绍

Unity3D 由Unity Technologies 开发，是一个全面的专业游戏引擎，也是一个综合型游戏开发工具，在游戏、汽车、建筑工程、影视动画等领域都被广泛应用。Unity 平台可以为开发者提供强大并且容易上手的工具来制作三维视频游戏、实时三维动画，实现建筑可视化，虚拟现实及增强现实的可视化。

2.Easy AR軟件介绍

Easy AR 是Easy Augmented Reality 的缩写，Easy AR 包含了交互支持、自定义摄像头接入等功能。从设备支持的角度，Easy AR支持安卓7.0以上版本的设备，包含了市面上主流的安卓设备。Easy AR拥有面向Unity3D平台的案例能够提升开发效率，以及中文官方文档对于国内开发者更为友好，值得一提的是对于识别图的管理相当方便。

（二）用户体验设计规则

1.全屏幕的使用以更好吸引用户

为用户尽可能多地提供全屏查看和探索现实世界，并使用全屏呈现APP中的虚拟对象。避免在屏幕上添加多余的控制组件和信息，保持屏幕中的内容易读性。过多信息的堆叠将极大地减少用户身临其境的感觉。

2.提升显示物品的真实性

并非所有的增强现实体验都需要实体的虚拟对象，但是这个体验应该包括在物理环境中出现的物体。为了达到最好的效果，在设计三维对象的时候使用更加逼真的纹理。当通过软件把虚拟对象放置在真实世界之上，适当的缩放对象，让环境光在虚拟对象上有所反应，并且保证在相机位置移动的时候刷新呈现效果。

3.考虑物理世界的条件限制

由于用户可能会尝试在不那么适合虚拟现实体验的环境中使用APP，比如他们可能会没有太多移动的空间，或者这个空间不够大，再或是这个空间中没有足够的平面的条件下打开APP。设计初期需要考虑基于不同的环境下的体验尽量一致。

4.考虑用户使用设备舒适度

由于手持设备长时间保持一定的距离和角度会让用户感觉疲劳，在开发初期需要考虑用户如何持有他们的设备，减少不舒适感并努力创造一个愉快的体验。例如在默认条件下，可以将虚拟对象放在合适的距离来减少用户手持设备靠近的必要。

四、增强现实内容的实现

（一）三维模型及动画的制作

三维模型及动画的制作主要在3ds Max 中完成，此阶段主要完成开发流程美术部分的模型及动画部分，包括建模的三视图、建模、贴图、建立骨骼、蒙皮、动画制作等工作，最终产出带有动画媒体的FBX文件。

（二）增强现实效果实现

打开已安装配置好的Unity 3D软件，导入之前下载好的Easy AR SDK 插件包，将官网中申请的密匙输入。导入之前在3ds Max软件中设计完成的FBX格式文件。同时将实现增强现实效果时需要扫描的指定图片加载到软件中，并将其放置到场景中，设置好图片大小，创建Script 脚本和Json 脚本。设置好准确的路径并在场景中查看指定图片和模型的对应大小，并根据实际情况调整模型大小。

（三）基于安卓系统的项目发布

通过Unity 3D导出面向安卓平台的APK应用，导出时需要JAVA开发工具JDK和安卓开发工具SDK的支持。通过Andorid Studio进行Andorid SKD的管理，输入安装路径，进行APK的发布。用户通过下载安装该APK文件，将APP安装于安装安卓操作系统的移动设备中。

五、总结

信息技术的发展让增强现实技术得以实现，而增强现实技术有给军事、工业、医学、娱乐、教育等多领域带来了全新的面貌。增强现实技术与传统印刷技术相结合，改变了传统纸质书籍的阅读习惯，把多媒体的、虚实结合的效果赋予了书籍。基于增强现实技术的青少年性科普图书的制作，通过与传统书籍配合的模型动画、音视频等手段，为青少年带来了不一样的阅读体验，为出生于2000年后且习惯使用数字设备的一代人提供了更适合的学习性知识的途径，达到良好的性知识科普作用。

参考文献：

[1]党锐，熊思远，曹鹏.基于增强现实技术的景区导航系统设计[J].魅力中国，2020，（21）.

[2]杨铭，郭晓川，孔陈祥.增强现实技术及其在各领域的应用现状与发展[J].电子世界，2017，（20）.

[3]周锋.增强现实在手持设备上的应用与研究[J].无线互联科技，2014，（5）.

作者简介：

党锐，男，汉族，四川成都人，单位：成都工业学院，研究方向：数字媒体、虚拟现实、增强现实。

曹鹏，男，汉族，单位：成都工业学院。

刘玉新，女，汉族，单位：成都工业学院。