盧曦

摘要：移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)的迅速發(fā)展正在推動(dòng)教育的改革。移動(dòng)AR技術(shù)為學(xué)習(xí)者提供了一種交互式、無邊界的移動(dòng)學(xué)習(xí)環(huán)境。本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一基于移動(dòng)AR技術(shù)的智慧校園系統(tǒng)。本系統(tǒng)包括移動(dòng)客戶端和遠(yuǎn)程服務(wù)器端。客戶端應(yīng)用程序使用Android SDK和Wikitude SDK開發(fā)實(shí)現(xiàn)。服務(wù)器端使用Struts2開發(fā)框架和MySQL數(shù)據(jù)庫開發(fā)實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)的研究既有助于AR技術(shù)在非正式學(xué)習(xí)情境中的應(yīng)用，又有助于促進(jìn)校園文化活動(dòng)的傳播。

關(guān)鍵字：移動(dòng)學(xué)習(xí)移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)智慧校園

1研究背景

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR技術(shù)）幫助我們將物理世界與虛擬世界無縫地結(jié)合起來。與虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）不同，AR技術(shù)將圖像、視頻或其他數(shù)據(jù)疊加到真實(shí)世界的實(shí)時(shí)視圖上，從而為用戶提供了一個(gè)真實(shí)場(chǎng)景和計(jì)算機(jī)生成的虛擬場(chǎng)景疊加的復(fù)合視圖。隨著智能移動(dòng)設(shè)備的飛速發(fā)展，移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Mobile Augmented Reality， Mobile AR）開始出現(xiàn)。智能移動(dòng)設(shè)備提供強(qiáng)大的移動(dòng)特性，可以充分利用環(huán)境的真實(shí)性來增加使用者與系統(tǒng)的互動(dòng)。智能移動(dòng)設(shè)備內(nèi)置的位置傳感器（如全球定位系統(tǒng)GPS）能夠?qū)崟r(shí)獲取使用者的準(zhǔn)確位置和環(huán)境信息，可以幫助應(yīng)用程序自動(dòng)、自適應(yīng)地發(fā)送最更加合適的資源。此外，移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)改變了傳統(tǒng)的人機(jī)交互方式，使用者可以通過智能手機(jī)的內(nèi)置攝像頭進(jìn)行信息訪問，而不是在輸入框中輸入關(guān)鍵詞。

正因?yàn)橐苿?dòng)AR技術(shù)提供了一種全新的交互模式和信息訪問模式。專注于移動(dòng)教育的研究人員和開發(fā)人員已經(jīng)開始探索如何使用移動(dòng)AR技術(shù)為學(xué)習(xí)者們提供一種新的學(xué)習(xí)環(huán)境，越來越多的關(guān)于移動(dòng)AR的教學(xué)研究和學(xué)習(xí)軟件已經(jīng)出現(xiàn)。

本文旨在探討如何將移動(dòng)AR技術(shù)應(yīng)用在本學(xué)院的智慧校園建設(shè)中。

2需求分析

校園活動(dòng)是大學(xué)生非正式學(xué)習(xí)的一種常見形式。目前，最常用的活動(dòng)宣傳方式是傳統(tǒng)的印刷媒體和現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)媒體。印刷媒體（如海報(bào)和小冊(cè)子）特點(diǎn)是設(shè)計(jì)精美很容易引起學(xué)生的注意，還可以張貼在校園內(nèi)的任何地方或者方便地分發(fā);但是印刷媒體的成本很高，當(dāng)活動(dòng)結(jié)束時(shí)，過時(shí)的海報(bào)和小冊(cè)子也會(huì)造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。互聯(lián)網(wǎng)媒體的特點(diǎn)是成本小沒有資源浪費(fèi)，網(wǎng)絡(luò)傳播廣、速度快，但是過于大量的信息容易使學(xué)生產(chǎn)生困惑，信息的針對(duì)性不強(qiáng)。本研究設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于AR的智慧校園系統(tǒng)，目的在于幫助在校學(xué)生通過智能手機(jī)上的移動(dòng)AR快速地熟悉校園環(huán)境，獲取實(shí)時(shí)的校園生活學(xué)習(xí)等方方面面的資訊。本系統(tǒng)既有助于AR技術(shù)在非正式學(xué)習(xí)情境中的應(yīng)用，又有助于促進(jìn)校園文化活動(dòng)的傳播。

3功能設(shè)計(jì)

智慧校園移動(dòng)客戶端應(yīng)用主要由兩個(gè)功能模塊組成：移動(dòng)AR顯示功能模塊和校園活動(dòng)信息管理功能模塊。

移動(dòng)AR顯示功能是移動(dòng)客戶端應(yīng)用程序中的核心功能。該模塊基于移動(dòng)端的用戶定位和圖像捕捉識(shí)別，將虛擬的校園活動(dòng)信息和實(shí)時(shí)圖像疊加顯示在手機(jī)屏幕上，用戶可以很方便地獲取到感興趣的校園活動(dòng)信息，幫助用戶快速地了解校園文化融入校園生活。

校園活動(dòng)信息管理功能模塊主要包括用戶討論關(guān)注感興趣的活動(dòng)、評(píng)價(jià)活動(dòng)等子功能，該模塊主要為大學(xué)生們提供了一個(gè)良好的互相學(xué)習(xí)交流的平臺(tái)環(huán)境，用戶不僅可以自己在校園內(nèi)任何地方快速地了解校園動(dòng)態(tài)，還可以與許多有相同興趣愛好的學(xué)生進(jìn)行交流互動(dòng)。

4系統(tǒng)實(shí)施

4.1系統(tǒng)架構(gòu)

智慧校園系統(tǒng)由兩部分組成：Android操作系統(tǒng)平臺(tái)上的移動(dòng)客戶端應(yīng)用程序和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器。客戶端和服務(wù)器之間通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。用戶從客戶端提交請(qǐng)求后，服務(wù)器將接收并響應(yīng)此請(qǐng)求，并將處理結(jié)果返回給客戶機(jī)。

移動(dòng)客戶端應(yīng)用程序是基于JAVA JDK、Android SDK和Wikitude SDK開發(fā)的Eclipse平臺(tái)。Wikitude廣泛應(yīng)用于各種移動(dòng)操作系統(tǒng)平臺(tái)，為開發(fā)人員輕松創(chuàng)建移動(dòng)AR環(huán)境或應(yīng)用程序提供服務(wù)。Wikitude SDK 8引入了對(duì)象跟蹤和場(chǎng)景識(shí)別的功能，相對(duì)GPS更加精確。移動(dòng)AR顯示功能模塊遵循Wikitude的體系結(jié)構(gòu)，采用GPS定位和場(chǎng)景識(shí)別相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)虛擬視圖與真實(shí)校園環(huán)境的多種交互。

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器采用Struts2開發(fā)框架，選擇MySQL做數(shù)據(jù)庫管理，通過HTTP協(xié)議和JSON傳輸格式完成客戶機(jī)和服務(wù)器之間常見的數(shù)據(jù)通信。

4.2功能實(shí)現(xiàn)

移動(dòng)AR顯示功能模塊通過Google Earth在學(xué)校構(gòu)建興趣點(diǎn)（POI）信息。當(dāng)用戶啟動(dòng)AR顯示功能后，系統(tǒng)將立即訪問GPS信息，然后根據(jù)用戶的位置加載POI信息。此時(shí)，當(dāng)用戶使用智能手機(jī)的內(nèi)置攝像頭對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)建筑物（例如圖書館）時(shí)，屏幕上將在真實(shí)視圖上疊加出現(xiàn)一個(gè)關(guān)于圖書館基本信息介紹的虛擬視圖。點(diǎn)擊這個(gè)虛擬視圖，用戶獲取到更詳細(xì)的圖書館活動(dòng)信息。移動(dòng)AR顯示功能模塊可以有效地幫助學(xué)生在校園快速地展開各類戶外交流和學(xué)習(xí)。

校園活動(dòng)信息管理功能模塊主要包括用戶登錄注冊(cè)、活動(dòng)信息列表顯示、關(guān)注活動(dòng)信息、活動(dòng)評(píng)價(jià)、活動(dòng)討論等子功能模塊。通過以上功能，本模塊可以有效地輔助學(xué)生管理個(gè)人數(shù)據(jù)、保存學(xué)生在校園各處的生活學(xué)習(xí)痕跡。

通過移動(dòng)AR顯示功能模塊與校園活動(dòng)信息管理功能模塊的相互協(xié)作，本智慧校園系統(tǒng)為學(xué)生提供了更好的用戶體驗(yàn)。

5反饋與建議

基于移動(dòng)AR的智慧校園系統(tǒng)激發(fā)了學(xué)生探索校園環(huán)境奧秘的興趣，給學(xué)生們帶來了一種在戶外學(xué)習(xí)交流的神奇體驗(yàn)。

使用者普遍認(rèn)為本系統(tǒng)的移動(dòng)AR顯示模塊中采用的基于移動(dòng)AR技術(shù)進(jìn)行信息訪問的方式比在搜索欄中鍵人關(guān)鍵詞更為方便。更重要的是，該模塊通過一個(gè)快速、可視化的信息檢索過程使使用者得到及時(shí)的幫助和易于理解的圖文信息。對(duì)于校園活動(dòng)信息管理模塊，使用者認(rèn)為通過這種在線分享和交流校園活動(dòng)信息的方式有助于融人校園生活，激發(fā)戶外學(xué)習(xí)的興趣。

從使用者的反饋意見中可知本系統(tǒng)仍存在一定的不足需要改進(jìn)。首先，部分位置存在WiFi和GPS信號(hào)差的問題，不準(zhǔn)確的位置信息或無法訪問的互聯(lián)網(wǎng)連接會(huì)嚴(yán)重影響移動(dòng)AR顯示功能的實(shí)現(xiàn)，從而降低用戶體驗(yàn)。其次，部分使用者認(rèn)為現(xiàn)有校園活動(dòng)信息管理模塊的功能和同類型經(jīng)常使用的工具軟件相比功能偏少。

6結(jié)論

本文基于移動(dòng)AR技術(shù)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)用于校園文化活動(dòng)展示與交流的智慧校園系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過圖像識(shí)別和GPS定位相結(jié)合的方式對(duì)捕捉到的圖像進(jìn)行準(zhǔn)確定位，通過移動(dòng)AR技術(shù)對(duì)校園真實(shí)環(huán)境附加了圖文信息（校園活動(dòng)信息），為當(dāng)代大學(xué)生開展戶外非正式學(xué)習(xí)提供了環(huán)境。通過使用反饋將會(huì)在后續(xù)研究對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)一步改進(jìn)。首先，為了保證用戶體驗(yàn)的便利性和及時(shí)性，在出現(xiàn)WiFi和GPS信號(hào)中斷的情況下，應(yīng)考慮替代接入。其次，基于移動(dòng)AR的情境學(xué)習(xí)理論，對(duì)校園活動(dòng)信息管理模塊進(jìn)行功能擴(kuò)展。第三，研究實(shí)現(xiàn)多用戶實(shí)時(shí)交互。

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