基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的電子書系統(tǒng)

1、<p>　　基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的電子書系統(tǒng)</p><p>　　摘 要：對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)介，分析增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖書的功能。并對(duì)程序具體運(yùn)行流程、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行介紹，分析該技術(shù)的前景。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)；教育；圖書；幼兒識(shí)字 </p><p>　　增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality 簡(jiǎn)稱AR）技術(shù)由虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展而來(lái)。虛

2、擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)旨在創(chuàng)造一個(gè)完全虛擬的世界，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是在現(xiàn)實(shí)世界中疊加虛擬物體，并出現(xiàn)在指定位置，利用感知和顯示設(shè)備輸出，進(jìn)行虛實(shí)融合，從而達(dá)到對(duì)真實(shí)現(xiàn)實(shí)進(jìn)行補(bǔ)充的目的。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)電子書是利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)制作，它在傳統(tǒng)圖書的基礎(chǔ)上增加了聲音、動(dòng)畫和模型，讓普通的圖書成為能夠進(jìn)行三維顯示的電子圖，使之直觀易懂，提高讀者學(xué)習(xí)效率。 </p><p>　　一、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概述 </p><p>　

3、　AR技術(shù)能夠把計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)的信息疊加到真實(shí)世界中。AR系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，從攝像頭讀取真實(shí)環(huán)境進(jìn)行識(shí)別，調(diào)用相應(yīng)的虛擬信息，再通過(guò)感知設(shè)備把計(jì)算機(jī)生成的虛擬物體疊加到真實(shí)場(chǎng)景中，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)的增強(qiáng)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以增強(qiáng)視覺(jué)真實(shí)感，用戶可以更加自然的在真實(shí)與虛擬之間進(jìn)行交互，達(dá)到更好的應(yīng)用效果。鑒于其“無(wú)縫融合”的特點(diǎn)，該技術(shù)可以在醫(yī)療、軍事和教育等領(lǐng)域進(jìn)行廣泛的推廣和應(yīng)用。[1] </p><p>　　二、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)電子

4、書的功能及設(shè)計(jì)特點(diǎn) </p><p>　　增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)電子書基于AR技術(shù)制作，本次所制作的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)電子書以幫助幼兒識(shí)字為目的，整體風(fēng)格清晰明快。同時(shí)制作了相應(yīng)實(shí)物圖書，讀書時(shí)將書上的標(biāo)識(shí)圖區(qū)域放在攝像頭前，計(jì)算機(jī)會(huì)根據(jù)讀取到的二維標(biāo)識(shí)圖進(jìn)行模式匹配，調(diào)用加載渲染相應(yīng)模型，利用三維注冊(cè)計(jì)算出準(zhǔn)確位置并輸出在顯示屏上。這樣讀者在閱讀的同時(shí)便可觀賞相應(yīng)模型，同時(shí)該系統(tǒng)能夠進(jìn)行聲音的播放。我們的系統(tǒng)在完成正常功能的同時(shí)，在設(shè)

5、計(jì)上具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。 </p><p>　?。?）三維展示圖書，生動(dòng)靈活。在整個(gè)制作過(guò)程中，我們按書中的內(nèi)容進(jìn)行三維模型的制作，并通過(guò)OpenGL平臺(tái)進(jìn)行全方位的展示，直觀清晰。 </p><p>　　（2）可以進(jìn)行多個(gè)圖像的識(shí)別。該程序在能識(shí)別單個(gè)圖像的同時(shí)，還擴(kuò)展出能夠同時(shí)識(shí)別多個(gè)不同的圖像的功能，保證程序的可擴(kuò)展性與發(fā)展空間。 </p><p>　　（3）提

6、高運(yùn)行速度、減少內(nèi)存的占用量。在模式匹配、調(diào)用加載渲染模型的功能設(shè)計(jì)中，該系統(tǒng)采用了雙鏈表生成圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，父鏈表負(fù)責(zé)標(biāo)識(shí)圖的識(shí)別，子鏈表負(fù)責(zé)模型的加載。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能夠減少模型的調(diào)用加載渲染的次數(shù)，減少對(duì)內(nèi)存的占用。 </p><p>　?。?）使用攝像頭即可操作，簡(jiǎn)單方便。 </p><p><b>　　三、關(guān)鍵技術(shù)分析 </b></p><p

7、>　　首先初步設(shè)計(jì)系統(tǒng)，制作標(biāo)識(shí)圖并存入數(shù)據(jù)庫(kù)。再用水杉建模軟件構(gòu)建相應(yīng)模型并篩選，留下效果良好模型進(jìn)一步的完善。接著在已經(jīng)經(jīng)過(guò)完善并拓展的ARToolKit開發(fā)包上進(jìn)行更進(jìn)一步的算法設(shè)計(jì)，完善功能、減少代碼冗余、減少內(nèi)存的占用。最后進(jìn)行模型的實(shí)時(shí)渲染，在OpenGL平臺(tái)上進(jìn)行展示。 </p><p>　?。?）程序運(yùn)行流程。本系統(tǒng)用ARToolKit開發(fā)，以下流程運(yùn)行：在程序運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)會(huì)先通過(guò)攝像頭收集

8、視頻流，從中截取一陣圖像。再對(duì)圖像進(jìn)行二值化處理使之變?yōu)楹诎讏D像，以便于識(shí)別標(biāo)識(shí)。接下來(lái)，找出具有標(biāo)識(shí)圖特征的最清晰的一張圖片進(jìn)行模式匹配，匹配成功后利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)注冊(cè)技術(shù)計(jì)算出模型加載位置，并加載模型。最后將合成的視頻輸出到顯示屏上，進(jìn)入下一次循環(huán)。[2] </p><p>　?。?）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。為了加快程序運(yùn)行速度，減少內(nèi)存占用量，可以設(shè)計(jì)雙鏈表結(jié)合生成圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。雙鏈表被分為父鏈表和子鏈表，由父結(jié)點(diǎn)和子結(jié)

9、點(diǎn)連接而成。父結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)標(biāo)識(shí)圖名稱、標(biāo)識(shí)圖地址、矩陣變換等信息，設(shè)有指向子結(jié)點(diǎn)的指針；子結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)模型信息、判斷是否需要加載模型的加載標(biāo)志（簡(jiǎn)稱加載標(biāo)志）和指向父結(jié)點(diǎn)的指針等信息。程序運(yùn)行時(shí)首先初始化，完成相關(guān)的攝像頭配置等操作，定義結(jié)點(diǎn)并依據(jù)變量類型使數(shù)據(jù)初值為NULL或0。接下來(lái)完成程序與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接，并根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中已存好的標(biāo)識(shí)圖的信息，生成父結(jié)點(diǎn)、連接父鏈表。開啟攝像頭，進(jìn)入主循環(huán)，系統(tǒng)首先對(duì)繪圖方式等進(jìn)行設(shè)置，并判斷是否存在子鏈表，

10、若存在子鏈表，把子結(jié)點(diǎn)中所有加載標(biāo)志改為0。接下來(lái)獲取一陣視頻流，從中找出同一標(biāo)識(shí)圖可識(shí)別的最清晰的一張，根據(jù)標(biāo)識(shí)圖的信息在父鏈表中進(jìn)行模式匹配，找到包含相同信息的父結(jié)點(diǎn)后，判斷其指向子結(jié)點(diǎn)的指針是否為空，若指針為空，建立相應(yīng)子結(jié)點(diǎn)，記錄要加載的模型的相關(guān)信息，把加載標(biāo)志改為1；若指針指向不為空，重置需要記錄的相關(guān)模型信息，將加載標(biāo)志改為1。把需要加載的模型的相應(yīng)信息存儲(chǔ)到子鏈表后，按結(jié)點(diǎn)順序逐個(gè)結(jié)點(diǎn)繪制所存儲(chǔ)的模型。本</p&g

11、t;<p><b>　　四、結(jié)語(yǔ) </b></p><p>　　本文著重闡述了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)電子書系統(tǒng)的功能、特點(diǎn)、開發(fā)流程和一些關(guān)鍵技術(shù)。與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相比，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有更加自然的融合性與更廣泛的適用性，在工業(yè)設(shè)計(jì)、教育娛樂(lè)等方面均已得到使用。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)電子書是將傳統(tǒng)圖書與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)完美融合，既不失傳統(tǒng)圖書的優(yōu)點(diǎn)，又能夠很好地把學(xué)習(xí)內(nèi)容與生活常識(shí)相結(jié)合，提高了讀者的學(xué)習(xí)興趣，使

12、學(xué)習(xí)效率得到提高。隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)電子書必能得到廣泛的應(yīng)用。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 許山杉.增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)電子書的開發(fā)[D].上海：華東師范大學(xué)，2011. </p><p>　　[2] 朱孔春.增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中基于視覺(jué)的三維注冊(cè)技術(shù)研究[D].沈陽(yáng)：沈陽(yáng)航空航天