梁青青 張剛要

摘 要：增強現(xiàn)實通過計算機生成的三維圖形或2D文本與真實視圖合并，能夠幫助用戶學習和感知在現(xiàn)實世界中無法看到的更多信息。文章在增強現(xiàn)實技術的基礎上，結合LBS服務設計并實現(xiàn)了實景導航系統(tǒng)。該系統(tǒng)在移動通信網(wǎng)絡的支持下，利用GPS定位技術，通過移動終端的傳感設備獲取方位角，將用戶輸入的目標地點轉化為虛擬信息與真實世界疊加，最終以關鍵字標簽的形式體現(xiàn)在設備屏幕上。

關鍵詞：增強現(xiàn)實；實景導航；定位服務

增強現(xiàn)實（Augmented Reality，AR）是一種將虛擬信息疊加到真實世界中的技術。它是一門十分復雜的學科，涉及諸如計算機圖形學、機器視覺、傳感器、三維注冊、信息可視化等多種技術[1]?？梢哉f，AR技術是隨著時代發(fā)展而產(chǎn)生的一項獨特的科學技術。計算機圖形、人工智能技術、計算機顯示技術等的發(fā)展，為AR的迅猛發(fā)展帶來了可能。隨著AR技術的發(fā)展，通過AR的軟件開發(fā)工具包（Software Development Kit，SDK）就可以開發(fā)出簡單的AR軟件，而不需要去編寫底層的復雜代碼，減少了開發(fā)的周期和開發(fā)的難度。本文的AR系統(tǒng)是在移動通信網(wǎng)絡的支持下，利用GPS定位技術，通過移動終端的傳感設備獲取方位角，將用戶輸入的目標地點轉化為虛擬信息與真實世界疊加，最終以關鍵字標簽的形式體現(xiàn)在設備屏幕上。

1 相關理論與技術

1.1 AR關鍵技術

AR技術仍然處于初級階段。但是未來基于AR技術推出的應用將會是永無止境的。在AR技術上的研究將會更多地去考慮通過信息的交互來實現(xiàn)更加真實的虛實結合?？梢灶A見，未來AR在制造業(yè)、工業(yè)、服務業(yè)等眾多場所都會有長足的進步。

AR系統(tǒng)的體系結構可以以AR系統(tǒng)執(zhí)行的4個任務進行分類：場景捕捉、場景識別、選擇精確信息的增強場景、場景的增強處理和可視化。

（1）場景捕捉利用AR的物理組件捕捉現(xiàn)實實景。

（2）場景識別被認為是在現(xiàn)實增強中采取的主要行為之一。主要有兩種基本類型的場景識別技術：基于標記的方法和非標記的方法[2]。

（3）在注冊技術的支持下，根據(jù)攝像機的內(nèi)外參數(shù)計算真實空間中的特定標記點后，系統(tǒng)針對3D中的每個標記尋找相應的虛擬模型。

（4）最后，該系統(tǒng)產(chǎn)生投影的模型對象和真實空間的圖像，并在使用標記和當前數(shù)字信息的情況下，使用識別技術的非標記場景來混合真實和虛擬的場景圖像。

在AR應用中，如果選擇自己從頭到尾來開發(fā)的話，需要使用OpenGL（是一個跨編程語言、跨平臺的編程接口規(guī)格的專業(yè)的圖形應用程序編程接口）這個比較底層的圖形程序接口，而且將需要消耗大量的時間來編寫底層代碼，十分復雜，并且耗時耗力。但現(xiàn)在出現(xiàn)了許多AR相關的SDK，比較知名的有Vuforia（高通），Easy AR，ARToolkit等。它們具有較高的識別穩(wěn)定性，功能也十分完善，能夠很好地給軟件開發(fā)者提供開發(fā)所需的工具包，有利于加快開發(fā)的速度和效率。借助這些AR SDK開發(fā)應用，開發(fā)者不需要自己去編寫底層的復雜代碼，有助于減少開發(fā)周期和開發(fā)的難度，本文利用第三方組件（EasyAR SDK）提供的AR基本功能程序庫來實現(xiàn)基于非標記的場景識別功能。

1.2 LBS關鍵技術

基于位置的服務（Location Based Service，LBS）是網(wǎng)絡通信技術、空間定位技術、信息采集技術、移動終端技術等多種技術融合發(fā)展的產(chǎn)物，圖1給出了位置服務的關鍵技術。目前位置服務主要的定位技術就是GPS和基站定位[3]。

圖1 LBS關鍵技術

本系統(tǒng)中主要利用高德地圖API，通過調(diào)用API接口初始化定位并設置回調(diào)監(jiān)聽獲取用戶的當前定位結果，實現(xiàn)Android端的定位功能。

2 系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

IOS端和Android端在設計方法上和平臺選擇上有一些區(qū)別，本系統(tǒng)是在Android移動手機中實現(xiàn)的?；赨nity平臺首先實現(xiàn)Android端的定位功能，在輸入需要搜索的附近POI點，通過Android端向服務器發(fā)送數(shù)據(jù)，返回包含各種信息的數(shù)據(jù)內(nèi)容，在解析之后將附件信息渲染為直觀的文本圖片內(nèi)容，疊加在手機相機獲取的視頻流界面上。

2.1 系統(tǒng)設計流程

本系統(tǒng)主要實現(xiàn)用戶定位、搜索附近POI點、疊加顯示內(nèi)容3個功能。設計流程與功能如圖2所示。

2.2 定位功能的實現(xiàn)

由于unity平臺并沒有提供高德定位的接口，所以需要先在Android端實現(xiàn)定位功能再打包成jar文件。將編譯好的jar文件與AndroidManifest文件導入Unity工程中，并修改相關參數(shù)。如圖3所示，創(chuàng)建腳本將Activity中的方法繼承給UnityPlayerActivity方法，調(diào)用高德定位功能，并輸出相應信息。定位的功能實現(xiàn)后，需要基于定位信息搜索附近POI點。我們通過高德SDK定位獲取位置坐標，在利用反地理編碼獲取地址信息將搜索到的數(shù)據(jù)內(nèi)容輸出給移動終端。

2.3 AR功能的實現(xiàn)

利用EasyAR SDK，導入Unity工程中，刪除默認的攝像機，把“EasyAE_Startup”預制件放入場景中。同時在inspector面板中填入之前在EasyAR官網(wǎng)中申請的Key。并將GyroDroid插件包中的“MinimalSensorCamera”腳本掛載到攝像機上，以便讓AR攝像機的鏡頭隨著手機的旋轉而旋轉。EasyAR在這里的主要作用就是通過初始化AR模塊開啟攝像頭采集攝像頭拍攝到的原始圖像數(shù)據(jù)信息。

3 結語

本文在AR技術的基礎上，結合LBS服務設計并實現(xiàn)了實景導航系統(tǒng)。AR技術與LBS服務的結合，使得信息的搜索不再僅限于簡單的2D文本內(nèi)容的呈現(xiàn)，更重要的是，該系統(tǒng)可以根據(jù)輸入的關鍵字信息進行定位搜索，以關鍵字標簽的形式在移動終端上顯示出立體的效果，使獲取的信息更加方便、快捷和直觀。

[參考文獻]

[1]張衛(wèi)良.3D游戲引擎中基于ARToolkit增強現(xiàn)實技術的設計與研究[D].武漢：湖北工業(yè)大學，2016.

[2]陳向東，曹楊璐.移動增強現(xiàn)實教育游戲的開發(fā)—以“快樂尋寶”為例[J].現(xiàn)代教育技術，2015（4）：101-107.

[3]王萍.基于位置服務的移動學習研究[J].中國電化教育，2011（12）：114-119.