基于AR的互动式教育App设计与实现

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[摘 要]目前针对幼儿的教育大部分还只停留在传统的纸质书本上，针对这种教育方式，幼儿在学习时学习的效率和乐趣并不高。增强现实技术是一门新兴的技术，它能够把传统纸质读物和虚拟的3D模型紧密的结合起来，来达到虚实结合的目的。本文将增强现实技术同幼儿的英Z教育相结合，设计开发了基于ar技术的互动式教育app软件，该软件改善了传统教育的方式，使英语的学习更加有趣且更有效率。

[关键词]增强现实 英语启蒙教育 APP

中图分类号：G612 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）03-0242-01

一、可行性分析

根据市场调查，目前，大部分的幼儿英语教学仍然采用的是以纸质课本为主体的教学方式，而对于幼儿而言，这种学习方式特别枯燥，所以幼儿的学习兴趣不高，学习的效率也较为低下。增强现实技术是目前众多科学研究机构研究的热点，随着智能手机的普及，以智能手机为运行平台的AR应用不断涌现，但是由于AR技术还没有被广泛普及，所以国内AR应用的数量和质量并不高。基于以上市场应用背景，本文设计开发了基于AR技术的互动式教育App软件，将AR这种新兴的技术与传统纸质载体相结合，让学习过程更有趣、更有效率。

二、需求分析与设计

该App需要实现的是要达到虚实结合的目的，用户在使用该App的时候，用安卓手机自带的摄像头扫描纸质的英文单词，然后在屏幕上就会看到与英文单词相对应的三维模型存在于真实的场景中，这样用户就可以直观的看到并理解了这个单词的意思并且可以听到该单词的中文和英文的发音。用户还可以通过语音来控制三维模型做出相应的动作动画。

1、设计原则

根据软件工程的理念，将设计与实现规范化，抽象和模块化。然后再对每个模块进行细化和关联。保证各个模块按照“低耦合，高内聚”的原则进行设计。

2、模块设计

基于AR技术的互动式教育App软件可分为识别模块、消息模块，模型管理模块和系统调度模块。识别模块又分为识别资源加载卸载模块、识别图追踪模块和图像叠加模块。消息模块分为消息接收模块和消息发送模块。模型管理模块分为模型资源匹配模块和模型资源调度模块。系统调度模块分为语音系统模块，场景管理模块和交互模块。系统功能模块如图1所示：

（1）识别模块：识别模块达到的目的就是识别特殊的识别图，当用户用手机摄像头扫描特殊的识别图后就会出现相应的三维模型。

（2）消息模块：消息传送模块是各个模块之间的通信最重要的模块，所有模块之间的交流都需要消息传送模块来接收信息并发送给各个模块并且按照需要来驱动接收信息的事件方法。

（3）模型管理模块：模型管理模块的设计原理是首先把所有的资源按照不同的模型进行匹配和装载，然后在不同的情况下调度资源，如果用户用语音操作模型的动作，那么这个模块就会根据传过来的消息来对该模型装载的资源进行调出运用。

（4）系统调度模块：该模块是用来启动语音系统，还有C#语言与安卓Java语言的交互和一般UI的交互，并且管理场景的切换。

三、系统实现

1、系统开发平台

该App基于PureMVC框架的更轻量级的框架、Unity3d游戏引擎和安卓系统进行的设计与实现，在图像识别方面运用的是高通Vuforia的增强现实引擎，在语音识别方面来源讯飞语音的支持，用应用于Unity3d的PureMVC框架把图像识别引擎、语音识别引擎和Unity3d的渲染引擎紧密的结合在一起，最终由Unity3d强大的跨平台能力把整套系统借助AndroidSDK转换为可以在安卓手机上运行的软件。

2、技术实现

该App的实现中最主要的技术就是增强现实技术，然而增强现实技术还包括物体检测技术、跟踪定位技术等。首先先对标识图进行灰度处理，然后进行标识点的分析和图像特征提取，并将这些信息存入数据库。在运行时通过相应算法实时的对现实场景进行采样分析，并与标识点数据库进行比对，如果对比成功，那么就会成为跟踪的目标。在识别成功之后需要进行跟踪定位，通过模版匹配的方式，不断的与预先存在的训练数据进行比对，并解析当前的位姿，然后获得摄像机的光感等参数，还有目标真实的世界坐标和虚拟物体的3D世界坐标，通过相应的算法计算出与对应的相机的二维坐标，然后对虚拟的模型进行渲染和融合图像，达到虚实结合的效果。

为了达到“高内聚，低耦合”的原则，系统的框架设计运用到了消息机制，每个功能模块都需要通过传达和接收消息来执行相应的功能，这样确保了某个模块出了问题不会牵扯到整个程序，并且在运行效率上也得到了提高。

3、运行结果

良好的视觉感受和合理正确的设计才会使得产品更受欢迎，所以软件界面的设计也是非常重要的。界面设计遵循简洁明了的原则，运行时效果如下图2所示：

四、总结

本文介绍了基于AR的互动式教育App软件的设计与开发过程，该App软件改善了传统教育的方式，使英语的学习更加有趣且更有效率。

参考文献

[1] 李青.基于增强现实的移动学习实证研究[J].中国电化教育，2013（01）：116-120.

[2] 王璞.移动增强现实技术在图书馆中的应用研究[J].图书与情报，2014（01）：96-100.