基于增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)的3D乙肝病毒宣傳冊

摘要：本文詳細(xì)介紹了自主研發(fā)的3D乙肝宣傳冊的基本情況，該宣傳冊是利用增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行開發(fā)的具有交互性的讀物，分為軟件和紙質(zhì)讀物兩部分，軟件可運行于高于Android 2.2系統(tǒng)的手機(jī)。

關(guān)鍵詞：增強(qiáng)現(xiàn)實；3D；宣傳冊

中圖分類號：F416.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9599 (2012) 09-0000-02

一、引言

增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的一個重要的分支，也是近年來的一個研究熱點。增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)是借助于計算機(jī)圖形技術(shù)和可視化技術(shù)產(chǎn)生現(xiàn)實環(huán)境中不存在的虛擬對象，并通過傳感技術(shù)將虛擬對象準(zhǔn)確的“放置”在真實環(huán)境中，借助現(xiàn)實設(shè)備將虛擬對象與真實環(huán)境融為一體，并呈現(xiàn)給用戶一個感官效果真實的新環(huán)境。因此增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)具有虛擬結(jié)合、實時交互等新特點[1]。

該科普宣傳冊的軟件部分是基于Android 2.3及其以上系統(tǒng)手機(jī)開發(fā)的，目前智能手機(jī)尤其是Android系統(tǒng)的手機(jī)在中國手機(jī)市場占有很大的比重因此該宣傳冊可以得到很好地普及同時擺脫了使用ＰＣ機(jī)的不方便，使我們的宣傳冊的使用更加靈活便捷。

二、開發(fā)工具

三維建模工具：3DsMax

平面設(shè)計工具：Corldraw 9

軟件開發(fā)包：高通公司的vuforia-sdk-android

三、開發(fā)流程

（一）該科普宣傳冊的開發(fā)流程如下

圖 1 科普宣傳冊的開發(fā)流程

（二）需求分析過程主要包括

調(diào)查分析目前普通科普讀物的主要缺點

分析增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于科普宣傳冊的可行性

確定科普知識點——乙肝病毒

查找乙肝病毒相關(guān)書籍，咨詢研究人員及醫(yī)生

（三）整體設(shè)計過程主要包括

制作乙肝病毒三維模型

宣傳冊內(nèi)容設(shè)計

宣傳冊平面設(shè)計

（四）技術(shù)開發(fā)與實現(xiàn)過程主要包括

利用vuforia-sdk-android開發(fā)包開發(fā)基于Android手機(jī)的應(yīng)用程序

（五）宣傳冊整合過程主要包括

根據(jù)前期的設(shè)計與開發(fā)整合宣傳冊的軟硬件部分，印刷出一本完整的宣傳冊

（六）測試與反饋過程主要包括

選擇測試人群對科普書進(jìn)行實際使用測試，獲得反饋信息

根據(jù)反饋信息對宣傳冊的內(nèi)容、設(shè)計及代碼進(jìn)行改進(jìn)

四、宣傳冊使用方法

硬件要求：Android 2.3及其以上版本的手機(jī)、宣傳冊

軟件要求：基于vuforia-sdk-android的宣傳冊的手機(jī)應(yīng)用程序

使用過程：安裝軟件后打開軟件，使手機(jī)攝像頭對準(zhǔn)宣傳冊中的標(biāo)志物（標(biāo)志物要完全在攝像頭的可視范圍內(nèi)）

圖 2 使用手機(jī)攝像頭對準(zhǔn)標(biāo)志物即可觀察到乙肝病毒的三維模型

五、關(guān)鍵技術(shù)

（一）增強(qiáng)現(xiàn)實應(yīng)用程序主代碼流程

圖 3 增強(qiáng)現(xiàn)實主程序流程

（二）關(guān)鍵技術(shù)點

1.攝像頭位置和方向的確定

在增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)中設(shè)計到多個坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的過程，計算機(jī)要根據(jù)攝像頭拍攝到的二維圖像計算出攝像頭在真實世界中的三維坐標(biāo)，然后將三維模型疊加到標(biāo)志物上，最后再以視頻（二維）的形式輸出。因此計算機(jī)需要實時計算出攝像頭在真實場景中的三維坐標(biāo)和朝向。

2.標(biāo)志物識別

增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)需要將虛擬物體疊加到標(biāo)志物上，因此標(biāo)志物的正確識別是增強(qiáng)現(xiàn)實的一個關(guān)鍵技術(shù)，基于圖像的標(biāo)志物識別技術(shù)的基本原理是將標(biāo)志物從背景中提取出來然后與目標(biāo)標(biāo)志物匹配如果匹配成功就將三維模型疊加到標(biāo)志物上。

3.JNI技術(shù)

JNI技術(shù)用于實現(xiàn)Java調(diào)用計算機(jī)底層的C/C++程序，來擴(kuò)展Java的功能，提高Java程序的運行效率。Android系統(tǒng)是利用Java語言開發(fā)的而增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)的實現(xiàn)是基于OpenGL的C++程序因此需要使用JNI技術(shù)來調(diào)用C++程序。

4.obj文件到.h文件的轉(zhuǎn)變

利用3DsMax或者M(jìn)aya等建模軟件獲得三維模型的.obj文件，利用Perl程序在Cygwin的環(huán)境下對.obj文件進(jìn)行處理得到三維模型的.h文件。

六、不足及存在問題

可以通過圖2 看到，在手機(jī)屏幕上看到的乙肝三維模型失去了紋理和貼圖而且是鏤空的，影響了視覺效果。產(chǎn)生這個原因一方面是因為通過Perl腳本進(jìn)行處理時是模型的貼圖和紋理信息丟失另一方面是因為手機(jī)本身的特點：容量小、運算速度慢。因此在以后的擴(kuò)展開發(fā)中要認(rèn)真研究如何在將三維模型轉(zhuǎn)換為.h文件的過程中盡可能保留原模型所有的信息，這些信息包括：貼圖、紋理、燈光等。

同時更高的交互性是提高使用者滿意度的重要方法，因此在已經(jīng)實現(xiàn)的交互性的基礎(chǔ)上還要實現(xiàn)更高級的交互性如：可以讓使用者控制模型分離產(chǎn)生二分之一刨面來觀察乙肝病毒內(nèi)部結(jié)構(gòu)等。

七、結(jié)語

本文詳細(xì)介紹了基于增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)的3D乙肝病毒科普宣傳冊的設(shè)計與開發(fā)過程并展示了該科普宣傳冊的使用方法。將增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用到科普宣傳領(lǐng)域極大地增加了讀者的閱讀興趣達(dá)到了較好的科普效果，相信隨著增強(qiáng)現(xiàn)實的相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和成熟，增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)會在包括科普宣傳在內(nèi)的多個領(lǐng)域得到更加廣泛的應(yīng)用。

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