基于增強現(xiàn)實(AR)技術(shù)的百科全書設(shè)計研究

隨著互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展和移動終端的普及，利用網(wǎng)絡(luò)進行百科檢索越來越成為人們獲取知識的的重要途徑之一。相比之下，傳統(tǒng)的紙質(zhì)百科全書顯得單調(diào)乏味，市場日益萎縮。但近年來，增強現(xiàn)實(AR)技術(shù)蓬勃興起，在出版領(lǐng)域，尤其是童書市場得到了一定程度的應(yīng)用。利用AR技術(shù)形成多媒介呈現(xiàn)的AR百科全書，這種巨大的創(chuàng)新和變革或許能為紙質(zhì)百科全書的市場困境帶來解決之道。

一、增強現(xiàn)實技術(shù)與百科全書結(jié)合的形式分析

增強現(xiàn)實(Augmented Reality，簡稱AR)，是一種將真實世界信息和虛擬世界信息“無縫”對接的新技術(shù)，它把原本在現(xiàn)實世界的一定時間、空間范圍內(nèi)很難體驗到的實體信息(視覺信息，聲音，味道，觸覺等)，通過電腦等科學(xué)技術(shù)，模擬仿真后再疊加，將虛擬的信息應(yīng)用到真實世界，被人類感官所感知，從而達到超越現(xiàn)實的感官體驗[1]。

將增強現(xiàn)實(AR)技術(shù)應(yīng)用到百科全書中去，主要是運用將制作好的虛擬數(shù)字對象，疊加到讀者的閱讀環(huán)境中，產(chǎn)生虛實相生的效果。在閱讀過程中，讀者用終端設(shè)備上的攝像頭識別圖書上的標(biāo)識，調(diào)用數(shù)字媒體資源，或是通過讀者的交互操作來控制圖示內(nèi)容情節(jié)的走向，進行更好的互動。它可以有以下兩種方式：

一是3D立體百科全書。在傳統(tǒng)紙質(zhì)百科全書單一圖文形式的基礎(chǔ)上，集成圖像、視頻、聲音、動畫等多種虛擬內(nèi)容，充分調(diào)動讀者的視覺和聽覺感官，進行多模態(tài)的交互體驗。這一點，可以應(yīng)用到百科全書中諸如音樂、戲劇、電影等需要多感官參與的條目，以及地理、幾何、物理、機械等需要立體空間想象力的抽象、幾何概念的條目中。通過對條目進行多媒介的信息呈現(xiàn)形式，使所闡述的內(nèi)容得以更立體地展現(xiàn)。

二是游戲互動式百科全書，通過電子設(shè)備和真實讀物參與配合，引入游戲電子書的體感手勢與互動，帶給讀者虛實融合、實時交互的閱讀體驗，這可以應(yīng)用到百科全書中數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物、建筑等抽象概念、模型和實驗的闡述中去。

二、AR百科全書的特性與優(yōu)點

(一)多模態(tài)的體驗讓百科更具可讀性

模態(tài)，即通常我們所說的感官，人通過視聽觸味嗅等模態(tài)來感知客觀世界。然而在紙質(zhì)書的閱讀中，卻只有視覺的參與。AR技術(shù)的應(yīng)用則能有效地改變這一狀態(tài)。AR本身所具有的對聲音、圖像、視頻等媒介的融合與展示，充分調(diào)動讀者的視覺、聽覺、觸覺器官，提高百科全書的可讀性。

以音樂為例：讀者在閱讀百科全書《音樂·戲劇》篇章的“編鐘”條目時，就可通過掃描圖書中的識別碼，看到3D立體的編鐘，而在音頻方面，讀者則可以掃描識別前期錄入的編鐘音頻，體驗編鐘的音色音韻。

這樣的設(shè)想在出版實踐中已經(jīng)得到了應(yīng)用。由新星出版社出版的《樂器總動員》，就是一款基于AR技術(shù)的多感官閱讀體驗的音樂啟蒙書。本書由54張卡牌和一個增強現(xiàn)實APP軟件組合而成，通過AR技術(shù)掃描卡牌，讀者就仿佛組建成了一支樂隊，讀者的閱讀環(huán)境就是臨時的舞臺，讀者可以通過AR技術(shù)演奏各種風(fēng)格的音樂，在玩樂中實現(xiàn)樂器認知和音樂基礎(chǔ)培養(yǎng)。

(二)虛實結(jié)合的3D展示效果讓抽象內(nèi)容可視化、形象化

增強現(xiàn)實技術(shù)運用的一個典型事例，就是通過移動設(shè)備攝像頭對準(zhǔn)書的內(nèi)容，移動設(shè)備的顯示屏上就會對書本進行增強現(xiàn)實，將內(nèi)容立體化，形成3D效果。學(xué)生能夠通過多種不同的視角來觀察3D模型，從而增強對現(xiàn)實事物的理解。這可用于百科全書中的數(shù)學(xué)幾何條目、需要抽象思考能力的物理、化學(xué)、生物、地理、天文學(xué)等條目以及各種圖形、建筑、雕塑等具有立體形態(tài)事物的闡釋中。

以物理學(xué)為例，物理學(xué)的核心內(nèi)容不僅有可見的實驗教學(xué)，還有很多難以直接觀察的物質(zhì)對象，例如：電場、磁場等“場”的概念。百科全書在介紹這些抽象概念時，只能通過文字和圖片描述來實現(xiàn)。但借助于 AR 技術(shù)和體感技術(shù)的展示，就可將百科全書中提到的磁場可視化。弗吉尼亞理工大學(xué)的研究人員展示了AR 技術(shù)在物理學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用。他們將AR技術(shù)與微軟Kinect體感交互技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)磁感線可視化并觀察磁場的種種變化規(guī)律，學(xué)生們可以通過手勢拿磁鐵從而干擾磁場，觀察磁感線變化的規(guī)律[2]。

將平面化的二維圖像變?yōu)橹庇^、立體的三維展示，極大地解放了讀者的空間想象力。磁場為何物？立體幾何怎么解？中國的古建筑怎么修建的？這些問題，在AR的3D立體呈現(xiàn)下，都不再是那么棘手的問題。

(三)游戲化的實時交互讓百科閱讀更具主動性

傳統(tǒng)紙質(zhì)媒體在傳播模式上是一種單向線性傳播，讀者只是被動地接受圖書內(nèi)容。而增強現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，使讀者仿佛身臨其境般與書中的內(nèi)容與情景發(fā)生關(guān)聯(lián)，甚至有可能去改變故事的發(fā)展走向，這種雙向互動的方式使讀者的參與度得到提升，閱讀也更加主動[3]。

2012年，超級暢銷書《哈利·波特》的作者J·K·羅琳和索尼公司合作推出了游戲電子書《奇幻之書：魔咒之策》，此書除了一本紙質(zhì)圖書，還包含了一個攝像頭和體感控制器。攝像頭能識別書中的標(biāo)記信息，讀者通過體感控制器創(chuàng)建與操縱電視機中的數(shù)字畫面，并以此達到與圖書互動的效果[4]。這種實時互動激發(fā)了讀者興趣和參與度，閱讀主動性得到提升。

把這一實時交互性應(yīng)用到百科全書中，諸如魔術(shù)等讀者可參與的條目解釋上。讀者就可以通過書附帶的攝像頭和體感控制器，進行魔術(shù)表演，“自由創(chuàng)作”魔術(shù)，從而更深入地體會魔術(shù)的神奇與魅力。使用自然的、非預(yù)設(shè)的方式實現(xiàn)百科全書條目的實時交互，通過閱讀體驗形式上的革新，可以提高讀者知識接受的主動性。

三、發(fā)展AR百科全書的限制

(一)技術(shù)限制

在AR百科全書的開發(fā)上，關(guān)鍵性技術(shù)主要是制作三維模型和在選定平臺上完成標(biāo)志識別、三維注冊、虛實結(jié)合、人機交互等方面的開發(fā)，而解決注冊任務(wù)是最核心的問題。所謂注冊，即虛擬事物與真實場景在立體空間(三維空間)進行精準(zhǔn)的疊加。注冊對精度的要求極為嚴(yán)格：由于AR應(yīng)以實時、六個自由度的形式將虛擬信息和現(xiàn)實信息相融合，即便是輕微的注冊失準(zhǔn)都會造成組合視圖難以容忍的失真。因此，移動AR存在兩大難點：注冊必須極為精準(zhǔn)，注冊對計算能力和內(nèi)存的利用必須極為高效。

然而，目前核心的AR技術(shù)仍在國外，例如：美國加州In fi nite公司的Z Space，美國Mobilizy的AR開發(fā)平臺Wikitude。國內(nèi)雖有不少團隊致力于AR產(chǎn)品的開發(fā)，但是仍無法達到AR技術(shù)對現(xiàn)實和虛擬世界的同步渲染效果。技術(shù)的缺失使得AR圖書效果的實現(xiàn)只能識別圖片等比較簡單的靜止物體，無法應(yīng)用到復(fù)雜場景。因此，AR技術(shù)對百科全書中復(fù)雜條目的還原仍是一個有待研究的話題。

(二)開發(fā)復(fù)雜，定價高

由于AR圖書的制作需要復(fù)雜的技術(shù)支撐，因此相對普通的圖書而言，它的開發(fā)周期長，過程復(fù)雜，定價高。以上文提到的《樂器總動員》一書為例，產(chǎn)品研發(fā)由音樂、專業(yè)人士共同完成，配音解說則是由上海領(lǐng)聲團隊演繹完成，全書雖然只有54張卡牌，但是售價為198元，這使其開發(fā)制作復(fù)雜，前期投入大有著直接的關(guān)系。而對百科全書來說，其在AR圖書制作上更是任務(wù)艱巨。拿第一版《中國大百科全書》來說，全書共1.26億字、并附有5萬余張圖，冊頁浩瀚，內(nèi)容豐富。全書編撰共耗時15年，共有2萬多名專家學(xué)者參與。試想一下，如此龐大的工程，若用AR技術(shù)制作，實在是一部鴻篇巨制，耗時費力，以目前的技術(shù)和精力，只能分階段一步一步開發(fā)設(shè)計。

四、結(jié)語

增強現(xiàn)實技術(shù)與百科全書的結(jié)合突破了傳統(tǒng)百科全書表達概念和單調(diào)圖文顯示的局限，也從根本上改變了讀者的閱讀方式。雖然現(xiàn)今面臨著一些技術(shù)與開發(fā)上的限制，但是，在可預(yù)見的未來，它將為百科全書的出版和閱讀帶來革命性的變化。

參考文獻：

[1]張渝江.虛擬和現(xiàn)實的結(jié)合[J].中國信息技術(shù)教育，2015-10-01.

[2]蔡蘇，王沛文，楊陽，劉恩睿.增強現(xiàn)實(AR)技術(shù)的教育應(yīng)用綜述[J].遠程教育雜志，2016(5).

[3]王卉，李金城.增強現(xiàn)實技術(shù)在圖書出版領(lǐng)域的應(yīng)用研究[J].中國出版，2015(17).

[4]全球首份AR報告.騰訊科技.