增强现实技术的教学应用研究

《增强现实技术的教学应用研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、增强现实技术的教学应用研究发布时间:2009-5-6    阅读:2822徐媛【摘要】增强现实（AugmentedReality,AR）是把计算机生成的虚拟信息合成到用户看到的真实世界中，使真实世界与虚拟物体实时叠加到同一时空而同时存在的一种技术。本文介绍了增强现实的概念、特点和技术原理，根据增强现实系统所具备的性能和已有研究成果，探讨了其在教与学中的应用方式，试图为增强现实进入教育领域提供借鉴。【关键词】增强现实；虚拟现实；教学应用引言　  近年来，虚拟现实（VirtualReality，VR）吸引了大众极大的注意。VR的基本思想是使用户沉浸于由计算机创造的“虚

2、拟三维世界”。然而它的不足也很明显：它们将其中的用户从他们身边的真实世界中隔离了出来。而增强现实（AugmentedReality,AR）的潜能将更巨大：该技术采用的是补充增强真实世界的显示而非替代，用户在看到他身边真实世界的同时可以看到被复合到真实世界中的计算机图形。基于增强现实如此的潜力和优势，本文将探讨增强现实在教育领域的应用。一、增强现实简介　　1.虚拟现实与增强现实　　虚拟现实（VR）将平面的二维网络世界转变为充满新的吸引力的三维世界，使人们对计算机功能的认识跃迁到一个更高层次。尽管虚拟现实技术能模拟十分逼真的三维世界，但它创造的虚拟环境与现实物理世界基

3、本是完全分割的，若将真实世界与虚拟世界结合将达到更完美的统一。为弥补这种缺陷，虚拟现实进一步发展产生了增强现实（AR）。关于VR与AR的关系，为AR下定义的Millgram在1994年描述了一种分类法来确定两者的工作关系，他定义了一个现实与虚拟的连续统一体[1]，由该图我们可以清楚地理解AR与VR的关系:　　2．增强现实　　增强现实通过计算机技术，将虚拟的信息应用到真实世界，真实的环境和虚拟的物体实时叠加到同一个画面或空间中同时存在；再通过硬件和软件系统的协调作用，使得身处其中的用户可以以更加自然的方式与环境中的真实和虚拟物体进行三维实时交互。HRL实验室的Ron

4、aldAzuma这样定义增强现实：虚实结合，实时交互，三维注册[2]。　　增强现实对人的视觉系统进行了景象增强与扩张，信息的显示与用户的所见所闻所感结合起来，实现了虚拟信息与真实世界的无缝连接，为虚拟世界和现实世界的接轨提供了空间，将用户花在切换和对应现实与虚拟世界上的时间和工作量降低，从而使计算机界面和用户眼中的世界完美地合二为一。这种增强现实系统具有较虚拟现实更广阔的应用潜力和空间。二、增强现实特点和技术原理　　1．AR特点　　（1）真实性。增强现实的优越性体现在实现了虚拟世界中的事物和用户周围真实环境的结合，它对用户而言是真实世界和虚拟物体的共存。　　（2）

5、实时互动性。增强现实最大的意义在于虚拟世界和真实世界的实时同步，理想的AR使人们可以在现实世界中真实地感受来自虚拟空间的一切模拟或幻想的事物，令我们更加容易进入角色，大大增强了使用的趣味性和实用性。　　（3）实用性。广州英狮公司研发出了新型混合现实技术，结合数字图像基础分析技术，将现时相对昂贵的AR捕捉设备成本降到最低，只需要一个普通摄像头[3]。因此，通过技术优化，我们可以做到使用一般的廉价通用设备而使之灵敏度达到一些高级设备的水准，使AR技术在现实世界中更加实用。　　2．技术原理　　通过增强现实，用户在感观到真实环境的同时能在虚拟影像的指导下接触操作真实物体。

6、在技术上，大多数的增强现实都是通过图形叠加的方式把虚拟图像置于真实的图像或环境中，其关键技术构成包括四点[4][5]：　　（1）显示技术：AR的显示设备主要用于显示虚拟图像与真实环境相叠加所产生的影像。人类从外界所获得的信息有近80%是通过眼睛得到的，因此AR系统中的头盔显示技术成为整个系统的关键问题之一。用于AR的显示器包括头盔式显示器（HMD）、手持显示器和投影显示器。目前主要使用的是透视式头盔显示器，如光学透视式HMD、视频透视式HMD等。　　（2）跟踪和定位技术：为了交互，AR需要进行定位，准确跟踪用户的位置和视域方向，以确定用户的观察点和计算机生成的虚拟

7、物体在三维场景中的准确位置。目前在准备好的室内环境中能够实现较好的定位效果，对于室外的、移动的AR应用，跟踪计算对象的实时位置还比较困难。　　（3）界面和可视化技术：在感观到的真实环境中与虚拟信息进行实时交互是比较困难的，用户如何与AR交互以及如何有效地在AR显示器上表现信息是增强现实的另一个关键点。AR系统的定位错误是很难避免的，如何解决并实现有效的可视化目前正在研究当中。　　(4)标定技术：为生成准确的定位，AR系统需要进行大量的标定。目前AR标定使用摄像机标定的原理，以及许多手动标定技术。研究人员正在对如何避免或减少使用标定的方法进行探索。三、增强现实在教与

8、学中的应用