（天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)電子工程學(xué)院，天津 300222）

0.引言

近年來(lái)，伴隨著AR技術(shù)的日趨成熟，國(guó)際眾多知名公司紛紛試水：蘋(píng)果、谷歌、微軟、英特爾等眾多高科技公司相繼涌入AR領(lǐng)域，在智能顯示技術(shù)、三維注冊(cè)技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)不斷發(fā)展的今天，引領(lǐng)了AR發(fā)展的潮流，形成了一個(gè)兼容并蓄的AR生態(tài)圈。在此基礎(chǔ)上，本文將針對(duì)利用虛擬成像結(jié)合教學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)展設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)這一課題展開(kāi)論述。

1.基于realmaxweb平臺(tái)的虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)選擇

市場(chǎng)背景：中國(guó)AR行業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)國(guó)家政策的支持，伴隨著國(guó)家政策鼓勵(lì)力度的不斷加大，教育部產(chǎn)教協(xié)同育人項(xiàng)目的推進(jìn)，中國(guó)AR行業(yè)將迎來(lái)飛速發(fā)展契機(jī)。

我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展為AR行業(yè)的飛速發(fā)展提供了巨大動(dòng)力，網(wǎng)民總體規(guī)模的提升、移動(dòng)智能端上網(wǎng)總量的提升、企業(yè)“互聯(lián)網(wǎng)+”應(yīng)用的升溫?zé)o疑將促使中國(guó)AR產(chǎn)業(yè)的騰飛。AR現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)發(fā)展流程如圖1所示。但目前AR在消費(fèi)市場(chǎng)上廣泛用于視覺(jué)體驗(yàn)、娛樂(lè)設(shè)施等領(lǐng)域。在教育教學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域還有大量空白，本課題針對(duì)這一現(xiàn)象確定了高校項(xiàng)目研究目標(biāo)：借助仿真軟件對(duì)光學(xué)較復(fù)雜實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果的交互展示，提高課堂教學(xué)效果。

圖1 AR現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)發(fā)展流程

項(xiàng)目主要內(nèi)容方向?yàn)椋哼\(yùn)用AR技術(shù)，將光學(xué)課程中難以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)（比如光學(xué)全息實(shí)驗(yàn)受環(huán)境影響干擾較大）的實(shí)驗(yàn)原理、操作步驟以及實(shí)驗(yàn)展示虛擬立體化[1]。

1.2 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

AR教學(xué)流程如圖2所示。通過(guò)realmaxweb開(kāi)發(fā)環(huán)境，掌握光學(xué)實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)際實(shí)驗(yàn)搭建實(shí)現(xiàn)原理，由平臺(tái)所需動(dòng)畫(huà)模型，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)教學(xué)模型需要，用平臺(tái)javascript語(yǔ)言撰寫(xiě)腳本，導(dǎo)入仿真建模模型實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[2]。

圖2 AR教學(xué)流程

2.項(xiàng)目開(kāi)發(fā)原理

2.1 realmaxweb平臺(tái)系統(tǒng)

項(xiàng)目基于 Realmaxweb平臺(tái)，進(jìn)行場(chǎng)景建模，通過(guò)算法實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的虛擬化，用戶(hù)可通過(guò)掃碼使用。將虛擬世界融入現(xiàn)實(shí)世界并進(jìn)行互動(dòng)，做到將虛擬和現(xiàn)實(shí)同時(shí)顯示出來(lái)，提升人們的感官體驗(yàn)[3]。

2.2 3DMax建模系統(tǒng)

根據(jù)平臺(tái)導(dǎo)入模型所需fbx格式，通過(guò)對(duì)市場(chǎng)上建模模型的仔細(xì)研究，選取了3Dmax建模模型作為realmaxweb平臺(tái)的模型設(shè)計(jì)軟件。

2.3 教學(xué)實(shí)驗(yàn)選擇

在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，以菲涅爾雙棱鏡干涉實(shí)驗(yàn)為例。菲涅爾雙棱鏡是在一塊玻璃薄板上，將其上表面加工成兩塊楔形板，楔角很小，棱與端面垂直。由于干涉條紋寬度很小，實(shí)驗(yàn)中使用測(cè)微目鏡進(jìn)行測(cè)量，這時(shí)觀測(cè)屏就是測(cè)微目鏡的焦平面（分劃板）。至于公式中的d值可用透鏡二次成像的辦法求出：即在雙棱鏡與測(cè)微目鏡之間放置一會(huì)聚透鏡L2，只要D>4f（大致測(cè)一下透鏡焦距），當(dāng)前后移動(dòng)透鏡時(shí)，就可以在兩個(gè)不同位置上，通過(guò)測(cè)微目鏡觀測(cè)到虛光源S1、S2的一個(gè)放大的和一個(gè)縮小的實(shí)像，若測(cè)得放大實(shí)像間距為d1、縮小的實(shí)像間距為d2，則兩虛光源之間距離d有：

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)計(jì)算出模型間的間距，可得最終導(dǎo)入realmax平臺(tái)模型。

3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（1）通過(guò)動(dòng)畫(huà)模型模塊精準(zhǔn)控制實(shí)現(xiàn)預(yù)估動(dòng)畫(huà)。（2）通過(guò)JavaScript語(yǔ)言編輯實(shí)現(xiàn)功能,即可最終實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)動(dòng)畫(huà)。（3）通過(guò)AR一體化電子開(kāi)發(fā)平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)觀看各種建模后的現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)效果。

4.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)realmaxweb平臺(tái)創(chuàng)新的交互式學(xué)習(xí)方式，將知識(shí)的接收方式從被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)，加深學(xué)習(xí)效果。以最直觀的形式指導(dǎo)學(xué)生按照步驟依次操作，減少錯(cuò)誤率，提高學(xué)習(xí)效率，對(duì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)起到了極大的補(bǔ)充說(shuō)明作用，將AR技術(shù)在教學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)一步擴(kuò)展。