手機AR技術(shù)在社區(qū)教育課程制作中的應(yīng)用研究

欒婷婷 于超

摘? 要：近年來，基于智能手機的AR技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛。將手機AR技術(shù)融入社區(qū)教育，能夠打破傳統(tǒng)社區(qū)教育的固有局限性，提升學員的學習體驗。文章以社區(qū)課程“太陽系之八大行星”為例，通過AR社區(qū)課程設(shè)計與規(guī)劃、手機AR技術(shù)的實現(xiàn)、社區(qū)課程資源制作、手機AR技術(shù)與社區(qū)課程融合等幾個步驟，具體闡述了手機AR技術(shù)在社區(qū)教育課程資源中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：社區(qū)教育;手機;AR技術(shù);社區(qū)課程

中圖分類號：TP311? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2021）22-0176-04

Abstract： In recent years， AR technology based on smart phones is more and more widely used. Integrating mobile phone AR technology into community education can break the inherent limitation of traditional community education and improve students’ learning experience. Taking the community course “the eight planets of the solar system” as an example， this paper specifically expounds the application of mobile phone AR technology in community education course resources through several steps， such as AR community course design and planning， the realization of mobile phone AR technology， the making of community course resources， and the integration of mobile phone AR technology and community course.

Keywords： community education; mobile phone; AR technology; community course

0? 引? 言

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與移動化智能設(shè)備的迅猛發(fā)展，手機、平板電腦等已逐漸滲透到人們的學習生活中?；谝苿又悄茉O(shè)備的“移動學習”，是在數(shù)字化學習的基礎(chǔ)上，通過有效結(jié)合移動計算機技術(shù)，從而帶給學習者隨時隨地學習的全新感受，可以突破時間和空間的限制，具有個性化、低成本等特點，因此成為當下熱門的學習方式之一。據(jù)統(tǒng)計：2020年度，全國每百戶居民移動電話（手機）擁有量為253.8部?？梢?，利用智能手機進行“移動學習”已經(jīng)具備了充分的條件。

伴隨信息化技術(shù)的迅速發(fā)展，新的教學方法不斷涌現(xiàn)，其中虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）作為當前最具前景的技術(shù)之一，已在教學實踐中得到一定程度的應(yīng)用。由于VR技術(shù)提供場景為純虛擬的，模型及程序構(gòu)建費時費力，且需借助虛擬設(shè)備呈現(xiàn)，不利于日常教學普及。而增強現(xiàn)實技術(shù)（AR）能夠?qū)⑻摂M環(huán)境與真實世界融為一體，實現(xiàn)對現(xiàn)實信息增強，提高用戶的沉浸感，且能彌補VR技術(shù)的不足，因此具備更明顯的技術(shù)優(yōu)勢和廣闊的應(yīng)用前景。由于手機方便攜帶、普及度高，硬件條件滿足AR技術(shù)需求，因此基于手機的AR技術(shù)應(yīng)用和研究日益增加。

社區(qū)教育作為終身教育的一部分，能夠提高大眾人群的素質(zhì)和生活質(zhì)量，對建立學習型社會、和諧社會具有重要意義;國家也高度重視社區(qū)教育工作，圍繞十四五發(fā)展規(guī)劃，著力推動面向社區(qū)、面向農(nóng)村、面向基層的社區(qū)教育服務(wù)指導(dǎo)工作。為使社區(qū)教育與時俱進，提高大眾認可度，既需要知識的準確度與豐富度，又需要更多創(chuàng)新的技術(shù)手段作為支撐。應(yīng)用手機AR技術(shù)，首先可以將抽象的概念以可視化方式呈現(xiàn)，如社區(qū)課程“太陽系之八大行星”，除常規(guī)的文字性、平面性描述之外，還可以以真實場景作為背景，將八大行星與現(xiàn)實環(huán)境結(jié)合起來作為前景展現(xiàn)，讓學員真正感受到八大行星的運動軌跡，使課程“活起來”;其次可以突破傳統(tǒng)平面課程的桎梏，例如，在建設(shè)“太陽系之八大行星”AR社區(qū)課程資源時，學員可通過轉(zhuǎn)動指尖與八大行星實時互動，360°全方位領(lǐng)略宇宙的奧妙，提高學員學習的興趣，使學習效果倍增;另外，“移動學習”可以滿足學員隨時隨地想學的愿望，大大提高了學習效率。

1? 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1? 國外研究現(xiàn)狀

國外研究人員對于AR技術(shù)教育應(yīng)用研究大部分集中在教學的某一方面，例如Chemistry101是一款比較優(yōu)秀的教育類AR應(yīng)用，將手機攝像頭對著印有化學元素名或化學式的卡片，移動設(shè)備的屏幕上就能夠展現(xiàn)出單獨的3D立體分子結(jié)構(gòu)。Hsiao和Chang開發(fā)了一個增強現(xiàn)實的天氣系統(tǒng)，可以幫助學習者學習地理學科中關(guān)于大氣系統(tǒng)的知識;出版商Tigger Global設(shè)計了書籍結(jié)合AR的應(yīng)用。學習者可以下載應(yīng)用，將平板電腦攝像頭掃描正在閱讀的圖書，屏幕上就能夠呈現(xiàn)出書中相對應(yīng)的3D立體內(nèi)容信息?？梢姡趪庖延幸恍┙逃龣C構(gòu)選擇并使用AR技術(shù)來作為提升學生學習效果的手段。

1.2? 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)關(guān)于AR技術(shù)的研究主要集中在高校和科研單位，北京理工大學光電技術(shù)與信息系統(tǒng)實驗室將圓明園未被破壞前的場景疊加到真實的圓明園廢墟上，重現(xiàn)其繁華場景。上海大學與浙江大學合作開發(fā)AR場景光源的實時檢測和真實感繪制框架。東北大學交互式媒體與計算技術(shù)研究所積極探索“VR/AR+工業(yè)”的仿真應(yīng)用，取得一定的成果。除此之外，近年來涌現(xiàn)了一些手機AR技術(shù)平臺，如阿里AR、網(wǎng)易AR、京東AR等。眾所周知的支付寶AR掃福、掃一掃識別植物就是手機AR技術(shù)走進大眾視野的典型案例。

2? 理論價值和實踐意義

2.1? 理論價值

以當前的社區(qū)教育課程為研究對象，分析傳統(tǒng)社區(qū)教育課程的固有局限性，發(fā)現(xiàn)存在時空界限、不便利、乏味等不足之處，利用手機AR技術(shù)來打破當前課程的壁壘，為AR技術(shù)在我國社區(qū)教育，乃至整體教育方面的研究和應(yīng)用提供了新的實例，并在技術(shù)創(chuàng)新、應(yīng)用領(lǐng)域方面具備較強的創(chuàng)新性。

2.2? 實踐意義

通過手機AR技術(shù)，使社區(qū)教育課程更易于理解接受，更加豐富有趣，更加便捷。在實踐意義方面，一是可以提高學員對課程的理解度和喜好度，從而吸引學員認真學習并充分掌握課程知識;二是可以實現(xiàn)學員“足不出戶”，利用片段化時間即可完成學習的體驗;三是可以提高社會教育課程的質(zhì)量和受眾程度，促進社區(qū)教育真正成為大眾人群提高素質(zhì)和生活質(zhì)量的一把利器。

3? 手機AR技術(shù)在社區(qū)教育課程資源中的應(yīng)用

社區(qū)教育課程資源紛繁復(fù)雜，包括家庭教育、才藝娛樂、養(yǎng)老護理、生活家居、實用技能、科普知識等類別，其中不乏一些可利用AR技術(shù)來提高學員學習興趣，促進教學效果提升的課程資源。例如：科普類課程中的“太陽系之八大行星”，才藝娛樂類課程中的“五分鐘瑜伽”、生活家居類課程中的“家庭養(yǎng)花小技巧”等。接下來，本文將以科普類課程中“太陽系之八大行星”為例，介紹如何將手機AR技術(shù)應(yīng)用在社區(qū)教育課程資源中。

3.1? AR社區(qū)課程設(shè)計與規(guī)劃

確定課程內(nèi)容為八大行星后，需要對課程進行前期的設(shè)計與規(guī)劃。首先，需要挖掘哪些知識點是需要利用AR技術(shù)來實現(xiàn)的。在常規(guī)課程中，授課老師會圍繞八大行星名字的來源以及行星的排列順序來介紹，必要時配以圖片和視頻來輔助教學。若此時在教學中引入AR技術(shù)，學員們在學到每個行星時，都可以通過手機掃描視頻中行星的平面圖片，顯現(xiàn)出行星的3D立體效果，并可以對行星進行放大、縮小、360°旋轉(zhuǎn)等操作。除此之外，八大行星圍繞太陽運動的過程，也可以疊加在真實場景中呈現(xiàn)在學員的面前，學員可以與模型進行實時互動，這樣就可以大大激發(fā)學員的學習興趣，提升學習效果。因此，在“太陽系之八大行星”這門課程中，八大行星的外觀、圍繞太陽運行的過程等方面可以作為實現(xiàn)AR技術(shù)的知識點。

3.2? 手機AR技術(shù)的實現(xiàn)

實現(xiàn)手機AR技術(shù)主要需要分為四個階段：（1）AR技術(shù)建立數(shù)據(jù)庫階段;（2）3D模型建立階段;（3）Unity設(shè)計與開發(fā)階段;（4）生成手機可執(zhí)行文件與調(diào)試階段。流程圖如圖1所示。

3.2.1? AR技術(shù)建立數(shù)據(jù)庫階段

Vuforia作為開發(fā)者最青睞的AR SDK，具有眾多的功能以及高質(zhì)量的識別技術(shù)，與Unity引擎結(jié)合讓AR開發(fā)變得十分容易上手，Vuforia的SDK支持很多平臺，包括iOS、Android、UWP，能夠適配市面上大部分的移動終端。因此在社區(qū)課程開發(fā)中，利用Vuforia能快速幫助授課老師走進AR世界。

Vuforia插件的使用需要在官網(wǎng)注冊一個賬號，然后配置數(shù)據(jù)庫，將八張不同行星的平面圖片存到數(shù)據(jù)庫中，如圖2所示，獲得一個key，填入到Unity引擎中App License Key中，并將打包數(shù)據(jù)庫生成的unity package文件導(dǎo)入Unity引擎。此時，點擊Unity引擎中GameObject里Vuforia Engine下的Image對象，即可看到已上傳在官網(wǎng)數(shù)據(jù)庫里的八大行星平面圖片。

3.2.2? 3D模型建立階段

AR技術(shù)呈現(xiàn)給學員的是八大行星的3D模型，因此，需要將平面圖片變成三維立體，也就是建模。目前使用起來比較方便且性能優(yōu)良的三維建模設(shè)計軟件有Maya、3Dmax、SketchUp等，這些建模軟件具有強大的渲染功能，能使模型的色彩以及線條紋路更加真實、美觀。模型輸出可選擇為.fbx格式，能與Unity進行更好的配合。

3.2.3? Unity設(shè)計與開發(fā)階段

Unity作為一款性能良好、使用廣泛的三維引擎，具有優(yōu)秀的視覺效果和渲染能力，并且擁有強大而簡潔的編輯器。首先，將Vuforia插件生成的八大行星數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入到Unity引擎中，進行相應(yīng)的軟件代碼調(diào)試及參數(shù)設(shè)置。其次，將建立完成的八大行星3D模型導(dǎo)入到Unity引擎中，將3D模型放置到八大行星對應(yīng)的ImageTarget對象下，從而建立平面圖片與3D模型的聯(lián)系，如圖3所示。

除了捕捉八大行星平面圖片能出現(xiàn)對應(yīng)3D模型外，還可編寫對每個行星進行旋轉(zhuǎn)、放大、縮小等交互程序以及八大行星繞太陽旋轉(zhuǎn)程序、自身旋轉(zhuǎn)程序等，以使模型更加靈活，互動性更強。

3.2.4? 生成手機可執(zhí)行文件與調(diào)試階段

在Unity引擎界面將開發(fā)好的八大行星內(nèi)容生成手機可執(zhí)行文件，現(xiàn)在市面上智能手機系統(tǒng)主要分為iOS系統(tǒng)及Android系統(tǒng)，Unity引擎針對這兩個系統(tǒng)都可以對應(yīng)發(fā)布相應(yīng)的可執(zhí)行文件。如發(fā)布到Android系統(tǒng)上，可生成八大行星.apk文件，用手機安裝此文件，啟用攝像頭，即可實現(xiàn)掃描八大行星圖片生成3D模型的功能，并可對模型進行旋轉(zhuǎn)、放大、縮小等交互操作。如圖4所示。

3.3? 社區(qū)課程資源制作

近年來，社區(qū)教育課程資源主要以數(shù)字化資源為主，數(shù)字化資源課程主要針對某一知識點聚焦講授，利用圖片、聲音、文字、圖像來配合教學，時長為5～15分鐘，通過網(wǎng)絡(luò)，學員居家即可學習自己感興趣的社區(qū)課程。社區(qū)數(shù)字化課程制作流程如圖5所示。

3.3.1? 社區(qū)課程腳本設(shè)計

課程腳本是一門課程的靈魂，課程講的好不好、是否受學員歡迎，腳本是關(guān)鍵，因此，在設(shè)計課程腳本的時候一定要前后做好鋪墊、突出課程主題，規(guī)范用語，必要時設(shè)計好手勢動作，使后期制作更加協(xié)調(diào)。5～15分鐘的視頻課程對應(yīng)的腳本字數(shù)大致為800～2 500字。例如，“太陽系之八大行星”腳本中可圍繞八大行星的名字由來、八大行星的外觀、八大行星的位置等內(nèi)容進行介紹，每個行星的篇幅大約為300字為宜。

3.3.2? 授課教師出鏡錄制課程

課程腳本撰寫完成后，授課老師需要在特定的環(huán)境進行課程錄制，如藍箱、綠箱等。藍色或者綠色背景可以在后期制作時摳除掉，替換成自己設(shè)計的背景。例如，老師在藍箱錄制“太陽系之八大行星”，雖然錄制時背景為藍色，但可在后期制作時將藍色背景換成宇宙星空的背景。另外，老師出鏡錄制時要注意保持良好的教姿教態(tài)，表情自然。

3.3.3? 后期剪輯并制作

現(xiàn)在主流電腦后期剪輯視頻軟件有Edius、Premiere、愛剪輯等，這些軟件操作簡單、功能強大。以Eidus為例，將老師在藍箱出鏡錄制好的視頻導(dǎo)入到軟件中，可利用色度鍵對其授課背景進行一鍵摳像，并添加授課背景;還可對搜集好的與八大行星相關(guān)的圖片、視頻等素材進行視頻布局、添加動畫特效等，使課程內(nèi)容更加豐富，形式更加多樣。后期剪輯制作基本完成后，還可對老師講述的內(nèi)容配加字幕，幫助學員更好地把握課程內(nèi)容。

3.3.4? 生成MP4視頻課程

剪輯軟件都具有窗口預(yù)覽功能，后期制作好的內(nèi)容都可以在窗口預(yù)覽，有問題之處可以繼續(xù)進行修改，直至修改無誤后輸出視頻，一般輸出視頻的格式選用MP4格式。

3.4? 手機AR技術(shù)與社區(qū)課程融合

當“太陽系之八大行星”課程中介紹每顆行星時或者介紹八大行星圍繞太陽運行軌跡時，可在課程右下角插入預(yù)置好的行星平面圖片，如圖6所示，當學員觀看視頻課程時，點開手機AR程序，即可掃描視頻中右下角圖片生成行星的3D模型，并與模型進行互動，從而完成手機AR技術(shù)與社區(qū)課程的融合。

3.5? 總體框架流程

手機AR技術(shù)應(yīng)用在社區(qū)教育課程資源中的一般流程如圖7所示。

4? 結(jié)? 論

如今，終身教育學習體系不斷構(gòu)建，社區(qū)教育作為終身教育的一部分，擔負著推動全民學習的重任，而社會對于社區(qū)課程的質(zhì)量和展現(xiàn)形式要求也越來越高，基于手機AR技術(shù)的社區(qū)課程以其明顯的應(yīng)用優(yōu)勢必將在社區(qū)教育中獲得越來越多的重視，展現(xiàn)其獨有的魅力，為社區(qū)學員提供更佳的學習體驗。

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作者簡介：欒婷婷（1990—），女，漢族，遼寧普蘭店人，講師，碩士研究生，研究方向：虛擬現(xiàn)實技術(shù)、數(shù)字化資源建設(shè)、智能控制;于超（1989年—）男，漢族，遼寧沈陽人，講師，碩士研究生，研究方向：虛擬現(xiàn)實技術(shù)。