基于增强现实技术移动学习探究探析

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1、基于增强现实技术移动学习探究探析　　[摘要]高普及度、便携易用的智能手持设备是能够体现增强现实价值的重要平台，增强现实创新了移动应用模式，为移动学习提供了新的学习支持。文章在概述增强现实软硬件系统的基础上，基于HypeCycle模型与地平线报告分析，阐述了移动学习与增强现实的发展现状与前景。分析了基于增强现实的移动学习的已有研究与应用案例，探讨了Specht的增强现实学习模式。并构建了增强现实学习系统的设计与开发模型。[关键词]增强现实；移动学习；学习情境[中图分类号]G40-057[文献标识码]A[论文编号]1009-80

2、97（2013）05-0005-05[DOI]10.3969/j.issn.1009-8097.2013.05.001引言随着智能终端技术的成熟与发展，无线宽带网络与移动数据业务的部署与推广，曾经局限于实验室的增强现实技术开始走进大众生活，增强现实应用开始涌现。增强现实（Augmented13Reality，AR）是在虚拟现实技术基础上发展起来的一种计算机应用和人机交互技术，通过将虚拟的信息应用到真实环境中，使真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到同一个画面或空间同时存在，呈现给使用者一个感官效果真实的新环境。高普及度、便携易用

3、的手持设备如智能手机等，实现了增强现实系统的小型化和便携化，是最能体现增强现实价值的平台之一，将大大拓展和深化增强现实系统应用的广度和深度。在近年新媒体联盟（NewMediaConsortium，NMC）发布的地平线报告中，增强现实技术和移动技术多次被列为具有潜力的关键技术，在教育领域具有广阔的应用空间和发展潜能，将对教学、学习和创造性表达产生积极的重大影响。增强现实技术为学习者提供情境性的学习体验，为移动学习提供了新的交互方式和学习情境，更好地符合了学习者随时随地进行学习的泛在学习目标。如何有效地将其应用到学习领域，为用户

4、提供学习支持，需要我们的深入研究和思考。一、增强现实系统13增强现实系统研究涉及多学科背景，包括计算机图形处理、人机交互、信息三维可视化、新型显示器、传感器设计、无线网络等。我们对增强现实系统从多个角度进行了综合分析，如图1所示。增强现实系统的工作原理与传统增强现实系统相同，基本流程为：（1）获取场景信息；（2）对传感器获取的信息进行分析处理；（3）生成虚拟图像；（4）三维显示。相对于传统增强现实系统，增强现实系统一般不需要显示完整的场景，但需要实时地分析处理大量传感器数据和虚拟信息，以进行精确的三维注册，所以增强现实系统具

5、有特定的软硬件平台支持和关键技术支撑。与传统的增强现实系统相比，增强现实创新了移动应用模式，具有增强、移动、整合、开放等特征。1.硬件系统（1）处理器系统——持续计算能力处理器系统用于提供增强现实系统的计算能力，是评价移动互联网终端性能的重要参数，主要包括CPU和GPU。当前智能手机的CPU已发展为多核处理器，以高速频率保证高运算要求。同时随着应用程序的丰富，智能终端需要处理复杂的图像任务，在硬件上引入了GPU负责图形显示功能的处理，系统性能得到极大提高。（2）显示系统——采集显示能力显示系统主要提供智能终端的采集显示能力，

6、包括显示屏幕、摄像头等，是实现增强现实应用的重要设备。当前智能终端的显示屏幕基本在3.5英寸以上，屏幕色彩度日益提高，分辨率逐渐增强。终端摄像头分辨率通常达到百万级别至千万级别，可以拍摄和录制高清晰度影像。（3）传感器系统——状态感知能力13传感器系统是实现增强现实的必要支持。当前，丰富的传感器设备已经成为智能手机的重要组成部分，如GPS、电子罗盘、加速计、陀螺仪、重力感应器、位移传感器、光线感应器等。传感器系统使手机变得越来越智慧化，向着情境感知的方向发展，增强了手机体验感和用户互动，是实现增强现实系统的有力支持。（4）交

7、互系统——人机互动能力交互系统是影响增强现实系统体验的主要手段。当前智能手机采用触摸屏交互、语音交互等交互方式，在人机操作关系上产生了很大的变革，可以通过多通道与计算机生成的虚拟信息进行交互式反应，使用户更自然地融入到场景中去，具有更新鲜的体验感。（5）网络系统——通信传输能力无线通信技术和互联网技术是移动服务的支撑技术。在一些增强现实的应用中需要通过远程服务器来存储大量的数据信息，某些数据处理也要通过远程服务器来完成。3G等无线通信技术为增强现实应用的发展提供了网络带宽等支持。2.软件系统（1）目标识别算法目标识别指在相关

8、场景中找到给定的目标物体，并对其进行标记。增强现实需要实现复杂移动场景中的实时目标识别，如可采用多特征如色彩、纹理、轮廓融合的方式对复杂场景进行特征提取和识别。（2）跟踪注册算法13跟踪注册算法将虚拟物体合并到真实空间中的准确位置。增强现实系统应实时跟踪手机在真实场景中的位置及姿态，并根据