黃 松

(重慶第二師范學(xué)院 數(shù)學(xué)與信息工程學(xué)院， 重慶 400065)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(Augmented Reality，AR)是通過(guò)向用戶的真實(shí)世界精準(zhǔn)添加計(jì)算機(jī)生成的虛擬內(nèi)容，增強(qiáng)和提升人類對(duì)外界的感知能力，因而引起了業(yè)界和學(xué)術(shù)界的極大關(guān)注[1]，并成為計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域和教育技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。隨著移動(dòng)計(jì)算和傳感等技術(shù)的快速發(fā)展及移動(dòng)智能設(shè)備的逐步普及，AR已被廣泛應(yīng)用于教育、醫(yī)學(xué)、旅游、娛樂(lè)等諸多領(lǐng)域。

目前有關(guān)AR的研究成果不斷涌現(xiàn)，AR技術(shù)對(duì)兒童學(xué)習(xí)和娛樂(lè)的影響也越來(lái)越大。本文首先對(duì)AR關(guān)鍵技術(shù)、對(duì)AR在兒童教育的正式、非正式和教育游戲三個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了介紹，對(duì)近年來(lái)AR跟蹤注冊(cè)、虛實(shí)融合顯示和人機(jī)交互等關(guān)鍵技術(shù)研究成果、AR與兒童教育有關(guān)的研究進(jìn)行了分析和總結(jié)，最后指出了AR未來(lái)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

一、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)關(guān)鍵技術(shù)

AR系統(tǒng)的主要功能模塊包括：(1)獲取場(chǎng)景信息；(2)跟蹤注冊(cè)；(3)虛實(shí)融合顯示；(4)人機(jī)交互。其中，跟蹤注冊(cè)、虛實(shí)融合顯示和人機(jī)交互是成功實(shí)現(xiàn)AR技術(shù)的重點(diǎn)和關(guān)鍵。

(一)跟蹤與注冊(cè)技術(shù)

跟蹤與注冊(cè)也被稱為虛實(shí)注冊(cè)和三維注冊(cè)，其關(guān)鍵在于明確虛實(shí)物體坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，從而將虛擬物體正確地融合到真實(shí)場(chǎng)景中。跟蹤與注冊(cè)是一個(gè)動(dòng)態(tài)持續(xù)的過(guò)程，先跟蹤三維空間某個(gè)(或某些)點(diǎn)的三維坐標(biāo)與6DOF的姿態(tài)信息，再通過(guò)注冊(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬物體和真實(shí)場(chǎng)景在空間上的整合，確保其在三維空間中位置的一致性。其過(guò)程基本步驟如下：先跟蹤攝像機(jī)在真實(shí)場(chǎng)景中的位置以獲取攝像機(jī)外部參數(shù)；然后通過(guò)標(biāo)定技術(shù)得到其內(nèi)部參數(shù)；再測(cè)量定位，采取用戶交互或自動(dòng)計(jì)算的方式確定虛擬物體在三維場(chǎng)景空間中的位置和方向，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)虛實(shí)景象的融合。

目前，虛實(shí)注冊(cè)方法主要有基于傳感器方法、基于視覺(jué)方法和混合方法3類?；趥鞲衅鞯姆椒ㄍㄟ^(guò)慣性、磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)、超聲波等測(cè)量并計(jì)算姿態(tài)信息；基于視覺(jué)的方法根據(jù)來(lái)自捕獲的圖像、視頻的標(biāo)記和特征的點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系估計(jì)姿態(tài)信息；混合方法將上述不同的方法組合在一起來(lái)克服單個(gè)方法的固有局限性。

基于視覺(jué)的方法是目前注冊(cè)研究的主流，它又包括基于標(biāo)識(shí)和基于自然特征兩類。基于標(biāo)識(shí)的方法主要通過(guò)對(duì)放置在真實(shí)環(huán)境中的人工標(biāo)志物進(jìn)行特征提取以獲得注冊(cè)所需信息實(shí)現(xiàn)注冊(cè)。這類方法魯棒性較高且對(duì)計(jì)算能力要求較低，但會(huì)在一定程度上影響場(chǎng)景整體感，戶外場(chǎng)景適用性差。其一般工作流程如圖1所示。基于標(biāo)識(shí)的注冊(cè)方法具有代表性的是ARTool Kit、ARTag、ARStudio和VisualCode?；谧匀惶卣鞯姆椒ㄐ枰獜膱?chǎng)景中提取其自然特征，以實(shí)現(xiàn)圖像匹配與注冊(cè)，如通過(guò)在二維圖像特征點(diǎn)與三維場(chǎng)景特征點(diǎn)之間建立一一對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)求解攝像機(jī)注冊(cè)矩陣。目前自然特征檢測(cè)算法有很多，其中Harris、SIFT、SURF、FAST、ORB、BRISK以及LLDB等算法應(yīng)用相對(duì)較廣。

圖1 基于標(biāo)識(shí)的跟蹤注冊(cè)工作流程

(二)虛實(shí)融合顯示技術(shù)

如何將虛擬對(duì)象精準(zhǔn)地放置到真實(shí)場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)與周邊不同深度景物的自然交互，涉及到遮擋處理、渲染繪制以及碰撞檢測(cè)等技術(shù)。

遮擋的目的是在創(chuàng)建AR場(chǎng)景時(shí)保持人類視線的規(guī)則。在嵌入虛擬對(duì)象時(shí)，需要考慮真實(shí)物體和虛擬對(duì)象的前后關(guān)系，任何在真實(shí)物體背后的虛擬對(duì)象，都應(yīng)該被“遮擋”或隱藏在真正的物體后面。目前解決虛實(shí)遮擋問(wèn)題的方法主要有基于建模、基于深度和基于圖像分析的方法，表1對(duì)三種遮擋方法的虛實(shí)遮擋關(guān)系檢測(cè)和邊緣提取進(jìn)行了比較?；谀Ｐ头椒ǖ幕驹硎菍?duì)遮擋虛擬物的真實(shí)物體進(jìn)行三維建模，求得該物體在世界坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)，然后利用三維注冊(cè)矩陣將重建得到的真實(shí)物體的三維模型疊加到場(chǎng)景中該物體所對(duì)應(yīng)的位置上，從而實(shí)現(xiàn)真實(shí)物體對(duì)虛擬物體的遮擋。基于深度方法的基本原理是首先計(jì)算真實(shí)場(chǎng)景圖像上每個(gè)像素點(diǎn)的深度信息，然后根據(jù)觀察者的視點(diǎn)位置、虛擬物體的疊加位置以及求得的深度信息，比較虛擬物體與真實(shí)物體的空間位置關(guān)系。如果虛擬物體被真實(shí)物體遮擋，則在顯示合成場(chǎng)景圖像時(shí)，只繪制虛擬物體未被遮擋的部分，不繪制被遮擋的部分?；趫D像分析的方法一般采用邊緣檢測(cè)、特征提取、背景分割、前景分割、陰影等技術(shù)用于虛實(shí)遮擋處理。圖像分析技術(shù)本身也常被用來(lái)提升基于模型方法和基于深度方法的性能。

表1 三種遮擋方法的比較

渲染技術(shù)通過(guò)對(duì)嵌入的虛擬對(duì)象進(jìn)行與場(chǎng)景一致的真實(shí)感渲染，從而更加真實(shí)地將虛擬對(duì)象與周?chē)h(huán)境相融合。一般步驟如下：通過(guò)紋理和虛擬光線下產(chǎn)生的陰影來(lái)增強(qiáng)真實(shí)感；采用虛擬光源和虛擬陰影，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)支持陰影效果的混合現(xiàn)實(shí)環(huán)境；在渲染前需要預(yù)先獲得真實(shí)場(chǎng)景的模型和預(yù)定義虛擬光源位置的三種實(shí)時(shí)AR應(yīng)用陰影形式；使用立方體環(huán)境貼圖和GLSL著色器等技術(shù)來(lái)渲染虛擬對(duì)象；從真實(shí)場(chǎng)景估算光照方向來(lái)構(gòu)造虛擬光源和虛擬對(duì)象的陰影，以及虛擬光源對(duì)真實(shí)場(chǎng)景的影響，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)AR系統(tǒng)中的光照一致性效果等。

在虛實(shí)交互過(guò)程中，虛實(shí)物體之間的碰撞檢測(cè)及碰撞響應(yīng)問(wèn)題也是虛實(shí)融合時(shí)值得關(guān)注的課題，它可以進(jìn)一步加強(qiáng)AR的沉浸感和真實(shí)感。AR環(huán)境下的碰撞檢測(cè)相對(duì)比較復(fù)雜，但通過(guò)對(duì)真實(shí)物體三維重構(gòu)可將其降維為虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality，VR)環(huán)境下的碰撞檢測(cè)問(wèn)題，借助VR已有方法來(lái)加以解決。AR碰撞檢測(cè)后的響應(yīng)問(wèn)題主要是相應(yīng)虛擬物體的變形問(wèn)題，有實(shí)時(shí)性要求的碰撞響應(yīng)需要變形迅速，無(wú)實(shí)時(shí)性要求的碰撞變形有空間變形和表面變形等方法。

虛實(shí)融合的增強(qiáng)信息必須采用合適的顯示方式才能讓人們感知。目前AR顯示設(shè)備繁多，近年最有潛力的當(dāng)屬移動(dòng)式AR顯示設(shè)備，如智能手機(jī)、AR眼鏡、平視顯示器(Head-Up Display，簡(jiǎn)稱HUD)以及裸眼3D等。直接將虛擬投影信息疊加到現(xiàn)實(shí)世界的AR眼鏡本可作為移動(dòng)AR的最佳選擇，但因其計(jì)算能力有限,目前只能滿足基礎(chǔ)的應(yīng)用。智能手機(jī)因其較高的計(jì)算能力和便攜性，成為了移動(dòng)AR(Mobile Augmented Reality，簡(jiǎn)稱MAR)不錯(cuò)的選擇。MAR系統(tǒng)組成示意圖如圖2所示，只需手持設(shè)備并在屏幕上觸摸，同時(shí)保持某種朝向或移動(dòng)就能操作MAR應(yīng)用程序。HUD主要基于光學(xué)反射原理，將待顯示的信息投射到前方的一片玻璃上面，使用戶可以在保持原有視角的情況下，將HUD顯示信息和外界場(chǎng)景融合在一起。HUD在AR高端應(yīng)用領(lǐng)域潛力十分巨大。裸眼3D顯示技術(shù)是AR中頗具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)，能使觀看者無(wú)需配戴眼鏡等任何助視設(shè)備，通過(guò)兩只眼睛就能觀看到立體效果。目前主流的裸眼3D顯示技術(shù)主要包括光柵3D顯示、集成成像3D顯示和全息3D顯示等。

圖2 MAR系統(tǒng)組成示意圖

(三)人機(jī)交互技術(shù)

AR人機(jī)交互包含三個(gè)因素：用戶、AR系統(tǒng)以及用戶與AR系統(tǒng)之間的交互。它是一門(mén)包括計(jì)算機(jī)視覺(jué)、心理學(xué)、人工智能和其他學(xué)科的交叉技術(shù)，并開(kāi)始呈現(xiàn)出命令多樣化、多用戶的特點(diǎn)。目前AR交互方式有觸覺(jué)反饋、語(yǔ)音控制、手勢(shì)跟蹤、動(dòng)作捕捉、肌電模擬、眼球追蹤等。隨著相關(guān)硬件技術(shù)的發(fā)展，多模人機(jī)交互也開(kāi)始成為可能，AR人機(jī)交互的研究成果也不斷涌現(xiàn)。AR人機(jī)交互問(wèn)題是AR系統(tǒng)一個(gè)至關(guān)重要的問(wèn)題，雖然目前取得了一定進(jìn)展，但仍有許多問(wèn)題有待繼續(xù)深入的研究。

二、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在兒童教育中的應(yīng)用

AR作為一種較為關(guān)鍵的新興技術(shù)，給教育領(lǐng)域帶來(lái)的技術(shù)紅利和改革初見(jiàn)雛形?；贏R的教育強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者與環(huán)境交互，建立知識(shí)與反應(yīng)兩者間的鏈接，這正好符合行為主義有關(guān)學(xué)習(xí)的“刺激-反應(yīng)”觀點(diǎn)；AR提供了豐富的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建工具，并賦予了更多的自主控制選擇，恰好契合建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論中關(guān)于“學(xué)習(xí)是一種真實(shí)情境的體驗(yàn)”觀點(diǎn)，以及皮亞杰“把實(shí)驗(yàn)室搬到課堂中去”的設(shè)想與實(shí)踐。AR應(yīng)用于教育領(lǐng)域呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：(1)直觀、形象地展示抽象的學(xué)習(xí)內(nèi)容；(2)提供豐富的泛在環(huán)境下的學(xué)習(xí)情境；(3)提升學(xué)習(xí)者的直覺(jué)、存在感和專注度；(4)交互方式自然多樣；(5)結(jié)合正式和非正式學(xué)習(xí)，支持泛在學(xué)習(xí)。這些特點(diǎn)正好適合兒童教育的需求，而且AR與其他技術(shù)相結(jié)合，還可以在兒童教育領(lǐng)域發(fā)揮更大的潛能。

(一)正式教育領(lǐng)域

AR的互動(dòng)性和探索性特征使其適合幼兒教育，因?yàn)檫@個(gè)階段的兒童喜歡探索，需要高度的活動(dòng)自由和運(yùn)動(dòng)。在學(xué)前教育階段，兒童的智力發(fā)展水平較低、理解能力有限，對(duì)新事物的接受方式也存在一定的差異，因此這階段的AR應(yīng)用大多是把簡(jiǎn)單抽象的學(xué)習(xí)內(nèi)容和兒童熟悉的、直觀形象的相關(guān)對(duì)象建立思維上的鏈接。例如，采用AR技術(shù)來(lái)加強(qiáng)幼兒對(duì)數(shù)學(xué)、數(shù)字和計(jì)數(shù)規(guī)則的理解，利用AR構(gòu)建情境進(jìn)行4～6歲兒童的物理啟蒙教學(xué)，以及利用AR幫助學(xué)齡前兒童建立單詞、實(shí)物模型和語(yǔ)音之間的聯(lián)系。

在小學(xué)教育階段，兒童智力和理解能力進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)新事物的接受能力也隨之增強(qiáng)。因此，這階段AR應(yīng)用開(kāi)始著重于較為抽象復(fù)雜的學(xué)習(xí)內(nèi)容，調(diào)動(dòng)兒童的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)兒童對(duì)抽象復(fù)雜內(nèi)容的理解。引入AR需要教師學(xué)習(xí)新的技能，以便能夠使用這種技術(shù)，并且接受采用這些AR工具所引起的教育者角色的變化。一些研究已經(jīng)證明，在包括一些小學(xué)在內(nèi)的學(xué)校實(shí)施AR教學(xué)提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)。有學(xué)者嘗試將體感自然交互技術(shù)和AR技術(shù)結(jié)合，讓青少年在運(yùn)動(dòng)中學(xué)習(xí)物理知識(shí)。例如Lee[2]采用游戲化的AR學(xué)習(xí)調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的積極性。Barreira[3]開(kāi)發(fā)了一個(gè)用于小學(xué)階段不同語(yǔ)種的動(dòng)物單詞教學(xué)的AR應(yīng)用，不同的動(dòng)物和國(guó)旗組合會(huì)得到不同國(guó)家的動(dòng)物單詞，單詞和動(dòng)物正確配對(duì)便呈現(xiàn)動(dòng)物的3D模型。

在中學(xué)初期階段，AR技術(shù)開(kāi)始用于抽象概念的講解、科學(xué)思維的培養(yǎng)，以及虛實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境的搭建。在數(shù)學(xué)教育方面，AR應(yīng)用更加關(guān)注數(shù)學(xué)思維的培養(yǎng)和具體的學(xué)習(xí)效果，甚至可能改變未來(lái)數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)范式。在化學(xué)學(xué)科方面，AR應(yīng)用主要作為一種展示無(wú)法直接觀察到的內(nèi)容如分子、原子結(jié)構(gòu)等的手段。Cai[4]設(shè)計(jì)了虛實(shí)融合操作實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行初中化學(xué)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的教學(xué)，實(shí)驗(yàn)中虛擬的分子和原子可以以自然交互的方式進(jìn)行操作、組合和創(chuàng)作。智利天主教大學(xué)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一款教室AR游戲?qū)嵗?，用以講授靜電學(xué)的基本概念。蔡蘇[5]設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了AR概念演示書(shū)，用以展示中學(xué)物理的單擺等基本實(shí)驗(yàn)，給學(xué)習(xí)者直觀形象的感受。Santos[6]在詞匯教學(xué)中采用AR等技術(shù)，掃描實(shí)景便可獲取相關(guān)學(xué)習(xí)詞匯，從而使學(xué)習(xí)者注意力更加集中并對(duì)學(xué)習(xí)更加滿意。Chiang[7]在中學(xué)生物學(xué)科教學(xué)的探究學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中引入AR技術(shù)，將學(xué)生派往不同區(qū)域進(jìn)行探索，利用基于地理位置的AR應(yīng)用來(lái)學(xué)習(xí)相關(guān)生物知識(shí)并上傳，以供到達(dá)該地點(diǎn)的其他學(xué)生查看分享的內(nèi)容，從而豐富學(xué)習(xí)體驗(yàn)并充分發(fā)揮各種新技術(shù)的作用。Wang[8]開(kāi)發(fā)了一個(gè)支持野外數(shù)據(jù)收集和查看地圖的移動(dòng)AR調(diào)查工具。Hsiao[9]開(kāi)發(fā)了一個(gè)幫助地理學(xué)科學(xué)習(xí)的AR天氣系統(tǒng)，它可根據(jù)教室、家庭和博物館等不同教學(xué)環(huán)節(jié)呈現(xiàn)不同的知識(shí)內(nèi)容。

(二)非正式教育領(lǐng)域

AR圖書(shū)就是將AR技術(shù)應(yīng)用在書(shū)籍上，讓靜態(tài)的圖文“活”起來(lái)。通常情況下，通過(guò)手機(jī)、平板的攝像頭去掃描AR圖書(shū)指定頁(yè)碼上的圖片，透過(guò)屏幕可以看到書(shū)中的平面形象變身為3D立體模型，點(diǎn)擊屏幕還可以進(jìn)行互動(dòng)，將視覺(jué)的畫(huà)面擴(kuò)展到視聽(tīng)多方位的體驗(yàn)?！禡agic Book》是最早出現(xiàn)的一套AR兒童圖書(shū)，利用HMD即可觀看疊加在書(shū)本各個(gè)單元的AR動(dòng)畫(huà)內(nèi)容。Nd[10]不但開(kāi)發(fā)了可讓讀者自主講故事且創(chuàng)造故事情節(jié)的交互式圖書(shū)，還開(kāi)發(fā)了線稿涂色反饋到3D模型的AR涂色畫(huà)本。Al-Ali[11]開(kāi)發(fā)了包含圖畫(huà)、模型和視頻的移動(dòng)交互圖書(shū)《My Vision AIR》，增加了閱讀的趣味性。Cheng[12]制作了掃描故事圖片即可呈現(xiàn)模型實(shí)景的AR立體書(shū)。

在科技館、博物館應(yīng)用方面，AR技術(shù)已非常普遍。AR技術(shù)既可在定點(diǎn)展覽中幫助呈現(xiàn)無(wú)法真實(shí)展示或者部分不易展示的實(shí)物以豐富展出內(nèi)容和形式，又可在導(dǎo)覽中幫助整合介紹、知識(shí)鏈接、模型和游戲等不同形式的資源，帶給游覽者全面又生動(dòng)的體驗(yàn)。Klopfer[13]提出了一個(gè)與博物館合作的MAR教育系統(tǒng)，兒童可使用袖珍個(gè)人電腦和對(duì)講機(jī)來(lái)采訪虛擬人物和操作虛擬儀器。Chang[14]開(kāi)發(fā)了一個(gè)藝術(shù)欣賞與MAR技術(shù)相結(jié)合的系統(tǒng)，以提高藝術(shù)博物館參觀者在訪問(wèn)期間的學(xué)習(xí)效果。系統(tǒng)可定位并覆蓋當(dāng)前圖片上的信息，還提供了在虛擬圖片中縮放的功能。

Freitas[15]開(kāi)發(fā)了一套適合低年級(jí)學(xué)生的AR交通教育系統(tǒng)，虛擬的三維模型如汽車(chē)和飛機(jī)在實(shí)時(shí)視頻上被覆蓋，以展示交通和動(dòng)畫(huà)的概念。Lin[16]探索了一種將AR應(yīng)用于殘疾兒童的教育活動(dòng)中的新方法。針對(duì)有特殊需要的學(xué)生，特別是有注意力不集中和有記憶障礙的學(xué)生，它可以逐步提供指導(dǎo)。教師也可設(shè)計(jì)多層次的教學(xué)策略，幫助有特殊需求的兒童獨(dú)立學(xué)習(xí)。

(三)教育游戲領(lǐng)域

教育游戲(Educational Game)是專門(mén)針對(duì)特定教育目的而開(kāi)發(fā)的游戲，強(qiáng)調(diào)教育性和娛樂(lè)性并重。AR教育游戲可比較自由地構(gòu)建虛擬游戲場(chǎng)景或添加體驗(yàn)層來(lái)支撐情境學(xué)習(xí)。

“環(huán)境偵探”是美國(guó)麻省理工學(xué)院“施勒教師教育計(jì)劃”開(kāi)發(fā)的一款教育游戲，采用MAR技術(shù)來(lái)創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境。游戲?qū)⑻摂M數(shù)字信息與真實(shí)世界體驗(yàn)相結(jié)合，添加體驗(yàn)層，設(shè)置了虛擬人物訪問(wèn)、模擬環(huán)境測(cè)量和模擬數(shù)據(jù)分析等環(huán)節(jié)，以達(dá)到科學(xué)探索的教育目的?！敖佑|外星人”是雷德福大學(xué)開(kāi)發(fā)的用于提升初高中學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的AR游戲。瓦倫西亞理工大學(xué)研制了趣味AR教育游戲“認(rèn)識(shí)瀕危動(dòng)物”，并通過(guò)對(duì)46名兒童進(jìn)行對(duì)照實(shí)驗(yàn)后認(rèn)為，AR教育游戲更受兒童所喜愛(ài)、教學(xué)效果更佳。圣保羅大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一款名為“Gen Virtual”的AR音樂(lè)教育游戲，用于提升學(xué)習(xí)障礙者的音樂(lè)演奏技能，同時(shí)改善創(chuàng)造力、注意力和動(dòng)作協(xié)調(diào)等能力。

三、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)對(duì)兒童教育的影響

一些學(xué)者將關(guān)注的重點(diǎn)聚焦于AR應(yīng)用于兒童教育產(chǎn)生的影響。Cascales[17]針對(duì)學(xué)齡前兒童使用AR技術(shù)作為學(xué)習(xí)工具的影響進(jìn)行了研究，研究后指出：AR資源可能適合多種學(xué)習(xí)層次；使用AR技術(shù)能提高兒童的閱讀和寫(xiě)作技能，因此可以獲得更好的成績(jī)，這對(duì)學(xué)齡前兒童的教育非常重要。Yilmaz[18]揭示了教師和兒童對(duì)AR教育魔術(shù)玩具的看法，確定了兒童的行為模式及其認(rèn)知成就，以及他們?cè)谕鍭R教育魔術(shù)玩具時(shí)的關(guān)系，并明確指出AR教育魔術(shù)玩具可以有效地用于幼兒教育。Alhumaidan[19]針對(duì)現(xiàn)有AR圖書(shū)開(kāi)發(fā)沒(méi)有兒童參與的不足，在一本講述協(xié)作學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的AR教科書(shū)的設(shè)計(jì)和評(píng)估過(guò)程中探索讓小學(xué)兒童也參與其中，并進(jìn)行了通過(guò)對(duì)AR教材的共同設(shè)計(jì)來(lái)加強(qiáng)小學(xué)教育中的協(xié)作學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的研究。Lee[20]研究了如何有效使用AR來(lái)提高幼兒園的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，同時(shí)解決父母對(duì)長(zhǎng)期使用電子設(shè)備可能會(huì)影響其孩子健康狀況的擔(dān)憂。Boonbrahm[21]創(chuàng)建了3個(gè)分別專注于寫(xiě)作、閱讀和對(duì)話的AR實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明AR在兒童學(xué)習(xí)英語(yǔ)過(guò)程中起著很好的激勵(lì)作用。Koutromanos[22]查閱了關(guān)于AR應(yīng)用于正規(guī)和非正規(guī)教育環(huán)境的大量相關(guān)研究，提供了一些研究成果，證明了AR應(yīng)用于學(xué)生學(xué)習(xí)的積極成果。Radu[23]比較了應(yīng)用AR與未應(yīng)用AR的學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)后指出：MAR應(yīng)用程序可以提高學(xué)習(xí)者的成績(jī)，增強(qiáng)其記憶，將學(xué)生的注意力引向與學(xué)習(xí)相關(guān)的內(nèi)容、交互、協(xié)作和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，但是也存在一些負(fù)面影響，如降低了對(duì)錯(cuò)誤的關(guān)注等。

綜上分析可知，AR對(duì)兒童教育具有許多積極的影響，但也存在著可能降低兒童對(duì)錯(cuò)誤的關(guān)注度以及影響兒童健康狀況等一些負(fù)面擔(dān)憂，需要在將來(lái)的AR應(yīng)用中特別加以關(guān)注。

四、結(jié)語(yǔ)

AR很可能和VR一起成為下一代主要計(jì)算平臺(tái)，其中AR將比VR更快進(jìn)入人們的生活。市場(chǎng)調(diào)查機(jī)構(gòu)IDC最近在《全球半年度增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)值指南》中指出：AR/VR市場(chǎng)的全球營(yíng)收預(yù)計(jì)未來(lái)四年將增加100%或更多，產(chǎn)品和服務(wù)的總產(chǎn)值將從2017年的114億美元猛增至2021年的2150億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率達(dá)到21.2%。AR技術(shù)也被許多國(guó)家列為未來(lái)幾年重點(diǎn)發(fā)展的教育應(yīng)用技術(shù)。但是如何使用AR技術(shù)改善學(xué)習(xí)環(huán)境，AR構(gòu)建的虛擬學(xué)習(xí)和教學(xué)環(huán)境如何更有效地支持學(xué)習(xí)和教學(xué)，如何重新概念化AR教學(xué)環(huán)境下的教育觀念，仍是有待解決的重大課題。

AR是VR技術(shù)的延伸，它隨著移動(dòng)設(shè)備、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、移動(dòng)云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)接入以及合作網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域的不斷進(jìn)步，迅速走進(jìn)人們的生活。AR技術(shù)是目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)，AR在兒童教育中的應(yīng)用更是眾多國(guó)家和組織關(guān)注的重點(diǎn)。我們將AR關(guān)鍵技術(shù)及其在兒童教育中的應(yīng)用現(xiàn)狀歸納總結(jié)并介紹給讀者，希望更多感興趣的同行了解和加入，以促進(jìn)這一研究方向及其相關(guān)研究的發(fā)展。