基于增強現(xiàn)實技術(shù)的傳統(tǒng)出版物數(shù)字化設(shè)計研究

許王旭宇　顧藝

摘 要 為了在數(shù)字時代保護推廣傳統(tǒng)出版物，從傳統(tǒng)出版物數(shù)字化現(xiàn)狀、增強現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用兩個維度展開分析，研究了用增強現(xiàn)實技術(shù)為傳統(tǒng)出版物賦能的可能性，提出并實現(xiàn)了以《世界現(xiàn)代設(shè)計史》一書為代表的傳統(tǒng)圖書的增強現(xiàn)實賦能方案。該方案把紙質(zhì)書和數(shù)字內(nèi)容更好地整合在一起，降低了推廣和購買的成本，為未來傳統(tǒng)出版物的數(shù)字化探索了新的增強現(xiàn)實方案，意在讓數(shù)字時代保存一縷傳統(tǒng)書香。

關(guān)鍵詞 傳統(tǒng)出版物;增強現(xiàn)實技術(shù);數(shù)字化賦能;Unity3D平臺;Vofuria SDK

引用本文格式 許王旭宇，顧藝. 基于增強現(xiàn)實技術(shù)的傳統(tǒng)出版物數(shù)字化設(shè)計研究——以《世界現(xiàn)代設(shè)計史》為例 [J].創(chuàng)意設(shè)計源，2019（6）：22-26.

Digital Research Design of Traditional Publications Based on Augmented Reality Technology———Taking the History of Modern Design as an Example

XUWANG Xuyu，GU Yi

Abstract In order to protect and promote traditional publications in the digital age， this paper analyzes the two dimensions of the traditional digitalization of traditional publications and the application of augmented reality technology， and studies the possibility of empowering traditional publications with augmented reality technology. The book of the history of modern design is a representative of the augmented reality empowerment of traditional books. The program better integrates paper books and digital content， reduces the cost of promotion and purchase， and explores a new augmented reality solution for the digitization of future traditional publications， intended to preserve the traditional book fragrance in the digital age.

Key Words Traditional publication; Augmented reality; Digital empowerment; Unity3D platform;Vofuria SDK

引言

自從上世紀計算機誕生以來，互聯(lián)網(wǎng)的概念為大家所熟知。近年來，信息技術(shù)行穩(wěn)致遠，進一步邁入了移動互聯(lián)網(wǎng)時代。以家用電腦和智能手機為代表的移動互聯(lián)網(wǎng)工具不僅改變了信息的傳遞方式，而且長遠地改變了現(xiàn)代人的思維邏輯。雖然移動互聯(lián)網(wǎng)時代的數(shù)字化信息交互方式有著降低信息的獲取成本和提升單位時間內(nèi)生產(chǎn)力的優(yōu)點，但與此同時現(xiàn)代人的生活被這樣的交互方式不由自主地分成了兩部分。眾所周知，工作娛樂時的數(shù)字世界和我們熟知的真實世界是完全獨立的，真實世界與數(shù)字內(nèi)容的割裂導(dǎo)致了一系列的問題，而其中尤為值得關(guān)注的是由此導(dǎo)致的傳統(tǒng)出版業(yè)的逐漸衰落。

隨著信息技術(shù)的進一步完善，增強現(xiàn)實技術(shù)（簡稱AR）順應(yīng)時代的要求登上了歷史的舞臺。得益于AR能把虛擬的數(shù)字內(nèi)容疊加在真實世界中，以此提升用戶對真實世界感知的技術(shù)特征，人們的目光重新回到了真實世界。對于傳統(tǒng)出版物的AR數(shù)字化方案研究將進一步探求出版物的數(shù)字化道路，力爭解決傳統(tǒng)出版物在互聯(lián)網(wǎng)時代的問題。

一、傳統(tǒng)新聞出版物的現(xiàn)狀與機遇

傳統(tǒng)意義上的新聞出版物指的是以報紙、雜志為主要內(nèi)容的一系列紙質(zhì)媒體。傳統(tǒng)新聞出版物之所以能夠成為主要傳媒的支柱，首先是因為其內(nèi)容具有時效性，滿足了公眾及時獲取信息的渴望;其次是由于其有高素質(zhì)的采編團隊，具有強大的公信力;最后還因為紙質(zhì)媒體具有統(tǒng)一、穩(wěn)定的思想體系和藝術(shù)風格，讀者能夠從中獲得愉悅的閱讀體驗。

但是移動互聯(lián)網(wǎng)時代的到來讓傳統(tǒng)新聞出版物受到了沖擊。人類的生理習慣決定了用戶更愿意和信息直接交互，數(shù)字媒體的各種充滿趣味的交互形式是傳統(tǒng)媒體所不能及的。而且數(shù)字媒體極強的時效性與擴展性賦予了信息及時更新的能力，在大數(shù)據(jù)與人工智能不斷更新、機器學習和自然語言不斷完善的時代，保證內(nèi)容及時更新的數(shù)字媒體一時之間受到廣泛的關(guān)注，數(shù)字媒體的更新能力遠勝于傳統(tǒng)媒體。然而，雖然數(shù)字產(chǎn)業(yè)勢能強勁，但是純粹的數(shù)字信息無法保證傳播內(nèi)容具有公信力，很難形成穩(wěn)定的思想體系，讀者無法取得愉快的閱讀體驗。目前，數(shù)字化信息的重心正在回歸內(nèi)容本身，而傳統(tǒng)出版業(yè)正在尋求以數(shù)字出版的方式增加營收，[1]這為傳統(tǒng)出版物的數(shù)字化帶來了利好。中國新聞出版研究院是我國唯一的新聞科研機構(gòu)，其在《2017-2018中國數(shù)字出版產(chǎn)業(yè)年度報告》中指出：至2017年底，我國數(shù)字出版產(chǎn)業(yè)的用戶已經(jīng)約18億人，整體收入約7000億元。但是與此同時，以互聯(lián)網(wǎng)期刊為主的數(shù)字化書刊的收入?yún)s在下降，從前一年的1.54%下降到了1.17%，遠低于其他數(shù)字出版的收入，報告內(nèi)容分析如圖1所示。

從圖1不難看出，數(shù)字技術(shù)與傳統(tǒng)出版相結(jié)合的道路是可行的，其受眾和收入在持續(xù)增長。但是因為純粹的傳統(tǒng)書刊數(shù)字化沒有體現(xiàn)數(shù)字技術(shù)的優(yōu)勢，所以單純的傳統(tǒng)書刊數(shù)字化不是復(fù)蘇傳統(tǒng)出版物的有效方式，受眾在逐漸減少，營收在逐年遞減。傳統(tǒng)出版業(yè)渴望尋找到既能保護原有閱讀體驗，又能延伸閱讀價值的數(shù)字技術(shù)。此時增強現(xiàn)實技術(shù)憑借優(yōu)勢，成為更好的選擇。

二、增強現(xiàn)實技術(shù)（AR）分析與應(yīng)用

（一）增強現(xiàn)實技術(shù)的內(nèi)涵與意義

增強現(xiàn)實技術(shù)是利用光學顯示、三維配準和實時交互等技術(shù)的研究領(lǐng)域。其原理是利用智能手機或增強現(xiàn)實頭戴式顯示設(shè)備把虛擬數(shù)字內(nèi)容實時疊加到真實世界，有效補充真實世界的信息，進而增強用戶對于真實世界的信息獲取與交互體驗。[2]目前，增強現(xiàn)實技術(shù)已被廣泛運用于教育、出版、購物、博物館、醫(yī)療等領(lǐng)域，其能有效地為傳統(tǒng)領(lǐng)域賦能，賦予傳統(tǒng)領(lǐng)域適應(yīng)時代與自我更新的能力。在《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》中，國家明確指出：目前我國要突破虛實融合、實時定位注冊等一系列虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)，把虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療、文化、工業(yè)、娛樂等領(lǐng)域。由此可見，把增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)出版業(yè)的構(gòu)想獲得了政策支持，符合國家與公眾的需求。

（二）增強現(xiàn)實技術(shù)（AR）應(yīng)用案例分析

1.增強現(xiàn)實技術(shù)在文化教育領(lǐng)域的應(yīng)用

目前，包括美國國家航天航空局（NASA）、英國廣播公司（BBC）、谷歌和微軟在內(nèi)的機構(gòu)與平臺都嘗試用AR為文化教育領(lǐng)域賦能，簡化教育成本，延展真實世界的體驗。以美國國家航天航空局研發(fā)的AR應(yīng)用“Spacecraft 3D”為例，用戶只要打印一張包含AR識別標記的白紙，就能用手機端的應(yīng)用識別標記，在手機屏幕上觀賞航天器的動畫模型，還能與之互動，拆解其部件。

增強現(xiàn)實技術(shù)的三維配準和實時交互的優(yōu)勢降低了文化教育的學習成本，簡單的操作就能實現(xiàn)有趣的交互，學生在互動中自然而然就可以學到知識。由此可見，把增強現(xiàn)實應(yīng)用于文化教育領(lǐng)域符合未來降低教育門檻、提升學習效率的趨勢，具備實用意義。

2.增強現(xiàn)實技術(shù)在傳統(tǒng)出版領(lǐng)域的應(yīng)用

傳統(tǒng)出版業(yè)的未來在于數(shù)字化和數(shù)字出版。增強現(xiàn)實技術(shù)將傳統(tǒng)刊物和數(shù)字信息連接起來，增強和改進了傳統(tǒng)書籍的內(nèi)容，指明了傳統(tǒng)出版物數(shù)字化未來的方向。2017年意大利博洛尼亞國際兒童書展數(shù)字大獎的獲獎書籍《一只名叫穆爾的熊》就運用了增強現(xiàn)實技術(shù)。其創(chuàng)作團隊為該書準備了配套的“穆爾熊”APP。APP包含了書中的四個場景，經(jīng)過AR的賦能，原本靜止的畫面頓時精彩生動，豐富的聲音效果和立體的場景構(gòu)成了身臨其境的體驗，讀者在不知不覺中能學到許多知識。[3]

增強現(xiàn)實技術(shù)的全方位體驗延伸了靜止的書本內(nèi)容，滿足了讀者探索新鮮事物的自然天性。這一技術(shù)建立了體驗式的閱讀方式，讓閱讀成為有趣的事。

由此可見，增強現(xiàn)實技術(shù)具有其他數(shù)字化技術(shù)所不具備的優(yōu)勢，其在保留了傳統(tǒng)出版物閱讀價值的同時，還豐富了傳統(tǒng)出版物的閱讀體驗，把增強現(xiàn)實技術(shù)運用于傳統(tǒng)出版物的方式符合實際價值。[4]

三、基于增強現(xiàn)實技術(shù)的傳統(tǒng)書籍數(shù)字化設(shè)計研究

（一）項目構(gòu)想

截至2018年，已有應(yīng)用增強現(xiàn)實技術(shù)的書籍出版。但是從自然標記記錄識別、數(shù)字信息三維建模、內(nèi)容整合到APP研究制作，AR書籍投入的成本與時間是傳統(tǒng)圖書的數(shù)倍。開發(fā)商投入的成本難以回收，消費者不愿意為了附加值投入過多的財力。雖然AR書籍內(nèi)容豐富，但是售價過于昂貴，推廣的空間有限。同時，與市場更關(guān)注于幼兒科普圖書的現(xiàn)狀相比，傳統(tǒng)圖書更需要應(yīng)用AR技術(shù)。以設(shè)計專業(yè)的圖書《世界現(xiàn)代設(shè)計史》為例，其實體書的厚度接近500頁，因為篇幅極長、不具有便攜性，所以大多數(shù)讀者選擇閱讀更便捷的電子書或者精簡筆，鮮有人關(guān)注紙質(zhì)圖書[5]?；谝陨显?，本項目用增強現(xiàn)實技術(shù)提升《世界現(xiàn)代設(shè)計史》一書的價值，同時盡可能地保存原有閱讀體驗、延伸閱讀價值、降低制作推廣的成本，簡化用戶操作的步驟。

（二）開發(fā)工具分析與選用

1.軟件開發(fā)平臺分析

隨著國內(nèi)外公司與平臺日益增加對增強現(xiàn)實技術(shù)的研究力度，眾多AR平臺與軟件開發(fā)工具不斷推陳出新。經(jīng)過市場的優(yōu)勝劣汰，目前由Unity Technologies公司研制的Unity3D和Epic Games開發(fā)的Unreal Engine4引擎是AR與VR首選的軟件開發(fā)平臺，兩者各具優(yōu)勢。

Unity3D在虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實內(nèi)容的整合方面有著很好的表現(xiàn)。其優(yōu)勢在于學習成本較低，教學文檔簡單易懂，軟件開發(fā)工具完善，能方便地開發(fā)增強現(xiàn)實技術(shù)項目，是輕量級增強現(xiàn)實技術(shù)的首選。但是其材質(zhì)、紋理、燈光的精致度不如Unreal Engine4。Unreal Engine4（虛幻引擎4）制作的材質(zhì)、紋理、燈光的精美程度、完善度遠勝于Unity3D。經(jīng)由虛幻引擎4制作的畫面不但具有真實的體驗，而且還賦予了空間夢幻的感受，遠勝于Unity3D。目前游戲廠商常用該引擎打造精品游戲，但是該引擎項目制作難度高，不夠靈活，需要投入更多的學習成本，更適用于精品的項目。

綜上所述，Unity3D與虛幻引擎4都能應(yīng)用于增強現(xiàn)實技術(shù)項目的研制與開發(fā)。但是Unity3D的配套工具更完善、更靈活，更適合于輕量級增強現(xiàn)實項目，與本項目的主旨相符。因此，本項目選用Unity3D作為項目開發(fā)工具，開發(fā)工具的優(yōu)勢、劣勢分析如圖2所示。

2.軟件開發(fā)工具（SDK）分析

軟件開發(fā)工具（SDK）包含了應(yīng)用程序調(diào)用接口、動態(tài)連接數(shù)據(jù)庫等幫助設(shè)計師開發(fā)的工具。迄今為止，ARToolkit、Easy AR與Vuforia是Unity3D平臺上最具生產(chǎn)力的三大SDK。

ARToolkit的優(yōu)勢是開源跨平臺，具備拓展性。但是ARToolkit的識別性能不如Vuforia。Easy AR包含了交互支持、自定義攝像頭接入等功能。既包含了面向基礎(chǔ)用戶的免費功能，又推出了面向開發(fā)者的專業(yè)版本。其優(yōu)勢是簡單易用，識別性能強，但豐富與拓展性不如ARToolkit。Vuforia的專業(yè)度極強，其優(yōu)勢在于能在移動設(shè)備上帶來更好的互動體驗。Vuforia不僅功能豐富、拓展能力廣闊，而且識別能力最優(yōu)。雖然需要一定的學習成本，但是Vuforia能為移動設(shè)備端提供更好的交互體驗。

基于以上原因，Vuforia適用于輕量AR的設(shè)計制作，且優(yōu)秀的拓展性保證了后續(xù)的功能更新。因此，本項目選用更符合功能需求的Vuforia作為項目所用SDK，ARToolkit、Easy AR、Vofuria的對比如圖3所示。

3.顯示平臺分析

增強現(xiàn)實技術(shù)的理想狀態(tài)是通過頭戴式顯示設(shè)備實時在真實環(huán)境上疊加虛擬信息，增強人們對真實世界的感知。因此，其理想顯示平臺是增強現(xiàn)實眼鏡，但是目前的AR眼鏡存在著諸多不足。以微軟于2017年正式進入中國市場的增強現(xiàn)實眼鏡“Hololens”為例，其外觀充滿了夢幻的科技感，目標是讓用戶在家中就能進入增強現(xiàn)實的世界，而后取代計算機成為理想中的下一代計算平臺。雖然微軟為此提供了一整套提升生活體驗的解決方案，[6]但是未預(yù)設(shè)的內(nèi)容如何更好地即時建模，輕便的眼鏡如何保持續(xù)航等問題都需要持續(xù)改進。同時，約25 000人民幣的售價大幅度降低了其銷售量。

與之相比，智能手機目前則廣受歡迎。前瞻產(chǎn)業(yè)研究院一直著力于提供具有戰(zhàn)略投資價值的資料，其在發(fā)布的《中國智能手機行業(yè)市場需求預(yù)測與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》中提到：得益于5G技術(shù)的強力驅(qū)動，至2021年，全球5G手機的出貨量預(yù)計大約為1.1億部。由此可見，人們對智能手機的興趣具有持續(xù)性，目前不會減少，所以智能手機比增強現(xiàn)實頭戴式顯示設(shè)備更實用，同時Android手機的兼容度更高。因此，本項目選用公眾廣為接受的Android智能手機作為顯示平臺。

（三）項目實現(xiàn)

本項目的構(gòu)想如下：用戶先購買紙質(zhì)實體書，再識別封面的二維碼，下載一張圖片與一個應(yīng)用。用戶把打印好的扉頁與書本圖片或文字組合成新的內(nèi)容，用手機端應(yīng)用識別該內(nèi)容，就能播放一段介紹設(shè)計史的視頻，延伸原本書籍的內(nèi)容，帶領(lǐng)用戶體驗AR的世界。不但保留了原汁原味的實體書閱讀信息，而且用簡潔的動畫增強了讀者的閱讀興趣，輔助用戶記憶內(nèi)容。本項目實現(xiàn)后，僅初次使用需要安裝應(yīng)用，之后用戶使用時只需要執(zhí)行步驟三、四、五即可，用戶操作步驟如圖4所示。

基于以上構(gòu)想，本項目的開發(fā)分為五個部分：自然識別標記制作、增強現(xiàn)實動畫制作、二維碼識別設(shè)計、手機端增強現(xiàn)實App開發(fā)、應(yīng)用導(dǎo)出與測試。

第一是自然識別標記制作?；陧椖繕?gòu)想，自然識別標記分為兩部分，《世界現(xiàn)代設(shè)計史》原有內(nèi)容和新繪制扉頁共同構(gòu)成了識別對象。因為Vuforia要求識別對象必須具有較好的識別度，因此本項目選取了《世界現(xiàn)代設(shè)計史》一書中“工業(yè)設(shè)計的興起”與“裝飾藝術(shù)運動”兩章共計五張構(gòu)圖別致的圖片。手繪扉頁采用了工業(yè)設(shè)計風格，其中電視屏幕鏤空，原書圖片與手繪扉頁組合，共組成了五張識別圖，部分識別圖如圖5所示。

第二是增強現(xiàn)實動畫制作。手繪水彩動畫具有獨特的風格，增強現(xiàn)實動畫以水彩動畫為載體，能夠聚合知識內(nèi)容，吸引讀者注意力，有助于讀者記憶、回憶書本內(nèi)容。本項目用Ipad端繪制了動畫的全部素材，而后用電腦端合成了視頻動畫。本項目在保證簡而精的前提下，以章節(jié)主題為導(dǎo)向，共制作了約15段20秒的動畫。為了保證與Unity3D的兼容，動畫格式為MP4。

第三是二維碼識別設(shè)計。為了保證實體書的銷量，同時便于用戶獲取信息，本項目預(yù)設(shè)了一張網(wǎng)頁，在網(wǎng)頁中置入了識別圖和手機應(yīng)用資源。二維碼添加在原書封底，用戶只需識別該二維碼就能導(dǎo)向預(yù)設(shè)網(wǎng)頁，下載團隊提供的資源。

第四是增強現(xiàn)實APP開發(fā)。得益于Unity3D跨平臺的優(yōu)勢，軟件開發(fā)時只需關(guān)注功能和導(dǎo)出時優(yōu)化的平臺即可。第一步是授權(quán)碼獲取，本項目在軟件環(huán)境中置入了AR Camera，在Vuforia官網(wǎng)的License Manager列表中選擇獲取授權(quán)碼，之后把授權(quán)碼填入AR Camera的注冊欄就完成了授權(quán)。第二步是資源導(dǎo)入，本項目把識別圖提交至Vuforia官網(wǎng)的Target Manager欄，在Create Database選擇Device，生成識別圖后下載資源包、導(dǎo)入進Unity就完成了資源導(dǎo)入。第三步是視頻資源導(dǎo)入，只需把15段Mp4視頻導(dǎo)入Unity3D的資源欄即可。第四步是AR交互設(shè)計，首先在Unity3D主界面置入Image Target、Cube和視頻播放虛擬按鍵。把Cube設(shè)置為Image Target的子集，替換Cube內(nèi)容為視頻。為虛擬按鍵設(shè)置按鍵行為和按鍵目標，用C#語言編寫代碼。該步驟完成后就能實現(xiàn)智能手機識別圖片之后，即時在圖片上疊加虛擬視頻播放按鈕，用戶點擊屏幕上的按鈕后，開始播放視頻。

最后是應(yīng)用的導(dǎo)出與測試。在已安裝Android環(huán)境組件的前提下，在Unity3D的Build Setting中勾選全部場景資源。為了保證應(yīng)用的兼容性，安卓版本設(shè)置為Android4.1～9.0。之后選擇Build，完成資源的編譯，導(dǎo)出資源為APK。在智能手機端安裝該APP即可開始測試。確認應(yīng)用識別精確、運行無誤后，本項目就已經(jīng)開發(fā)完畢，已完成項目如圖6所示。

結(jié)語

傳統(tǒng)出版物的保護與推廣是數(shù)字時代的重要主題。把增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)刊物數(shù)字化能即時在真實書籍內(nèi)容之上疊加數(shù)字信息，不僅保護了傳統(tǒng)的實體書，而且延伸了書籍的閱讀價值。[7]本項目目前已完成在傳統(tǒng)書籍基礎(chǔ)上的增強現(xiàn)實動畫播放的功能。未來，本項目會進一步基于Unity3D與Vuforia的拓展性，整合諸如三維模型展示等功能，更好地實現(xiàn)傳統(tǒng)刊物的數(shù)字化賦能與推廣。通過這樣的方式，觀眾更愿意了解、購買實體書，傳統(tǒng)出版業(yè)也有了一條新的數(shù)字化推廣的途徑。

參考文獻

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許王旭宇 顧藝

上海工程技術(shù)大學