王慧

增強現(xiàn)實技術在出版中的應用研究

王慧

文章首先定義了增強現(xiàn)實（AR）技術的概念和特征，并將其與虛擬現(xiàn)實（VR）技術予以區(qū)分。接著對增強現(xiàn)實技術的發(fā)展歷程進行回顧。重點對增強現(xiàn)實出版物的基本范式及應用模式進行案例分析，特別關注增強現(xiàn)實出版物的創(chuàng)新價值。最后，基于分析結論，對我國增強現(xiàn)實技術在出版中應用的現(xiàn)狀、存在的問題及未來發(fā)展趨勢進行總結。

增強現(xiàn)實技術; AR; 圖書出版; 多媒體

一、引言

出版活動的誕生和變遷離不開技術的進步和發(fā)展，技術推動著出版業(yè)一路走來，從文字的產(chǎn)生，到造紙術和印刷術的發(fā)明，再到數(shù)字化技術的運用，技術的變革和進步為古老而傳統(tǒng)的閱讀行為不斷注入新的活力。

數(shù)字化閱讀日益受到讀者的歡迎，特別是年輕讀者的青睞，移動閱讀、社交閱讀也在改變著人們的閱讀習慣。與傳統(tǒng)的紙質出版物相比，這些新型閱讀模式，具有存儲量大、形式豐富、檢索便捷、成本低廉、時效性強、具有互動性等優(yōu)勢，傳統(tǒng)的紙質出版物似乎很難和新型的數(shù)字媒體一爭高下。甚至有人斷言：傳統(tǒng)出版終將消失。

盡管如此，數(shù)字出版為傳統(tǒng)出版行業(yè)帶來的，不僅是沖擊，也是改革的契機和融合的創(chuàng)新點。增強現(xiàn)實技術是一項以交互技術、傳感技術、三維技術、計算機視覺等多種技術為基礎，能夠將真實景象與虛擬景象結合，形成疊加和補充的技術手段[1]1。

增強現(xiàn)實技術能夠有效地與紙質出版物形成內容上和形式上的互補，擴大圖書容量、增強圖書表現(xiàn)手段，并與讀者形成互動，建立起視聽聯(lián)動的新型閱讀體驗。

二、增強現(xiàn)實技術的概念及特征

“增強現(xiàn)實”的英文是“Augmented Reality”，簡稱“AR”。增強現(xiàn)實技術是當前國內外學術機構與商業(yè)機構爭相積極研發(fā)的重點領域?！霸鰪姮F(xiàn)實”概念歸納者眾多，雖本質類似，卻還未形成權威定義[1]9，[2]38。綜合多種定義，增強現(xiàn)實可歸納為：將電腦制作出的虛擬數(shù)字信息，與用戶所處環(huán)境相疊加，從而使虛擬信息與真實環(huán)境集成的一種技術手段。這種技術手段，可以使用戶獲得基于現(xiàn)實，卻又超越現(xiàn)實的體驗[1]10。

在我們討論“增強現(xiàn)實”概念以及“增強現(xiàn)實”技術的具體應用時，先要將它與“虛擬現(xiàn)實”（Virtual Reality ，簡稱VR）概念加以比對。1994年，多倫多大學學者米爾格朗（Milgram）在研究現(xiàn)實和虛擬的關系時，建立了“現(xiàn)實—虛擬的連續(xù)介質理論模型”。該模型將真實環(huán)境（現(xiàn)實）與虛擬環(huán)境（虛擬）分別放置在橫軸的兩端，自左向右現(xiàn)實世界所占份額不斷減少，虛擬世界所占份額則逐漸遞增。在這里，世界并不黑白分明，僅僅劃分為“現(xiàn)實”與“虛擬”，而是現(xiàn)實與虛擬以不同比例調和，形成混合現(xiàn)實[1]9，[3]。

圖1“現(xiàn)實—虛擬的連續(xù)介質理論模型”示意圖

因此，增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實之間沒有本質區(qū)別，我們可以將增強現(xiàn)實也看作是一種虛擬現(xiàn)實。根據(jù)“沉浸感”和“交互感”程度的差異，有學者將虛擬現(xiàn)實（VR）分為四類：桌面式VR，將顯示器作為用戶體驗虛擬世界的窗口；沉浸式VR，用硬件設備將用戶與現(xiàn)實世界隔離，完全體驗虛擬世界；增強式VR，將虛擬世界與現(xiàn)實世界疊加；分布式VR，可聯(lián)網(wǎng)的、可互動共享的虛擬環(huán)境。其中，沉浸式VR即為虛擬現(xiàn)實（VR），而增強式VR即為增強現(xiàn)實（AR）[4]。

三、增強現(xiàn)實技術的發(fā)展應用

1. 增強現(xiàn)實技術的發(fā)展

1966年，哈佛大學伊萬?薩瑟蘭（Ivan Sutherland）發(fā)明的光學投射式頭盔顯示器（STHMD）是增強現(xiàn)實設備的鼻祖，該設備使虛實結合成為可能。20世紀后半葉，增強現(xiàn)實技術主要被應用在軍事、航天、醫(yī)療領域等，作為專業(yè)技術人員技能培養(yǎng)、應對突發(fā)狀況的訓練手段。受限于當時計算機和其他硬件設備發(fā)展水平，這一技術與普通用戶距離甚遠。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，增強現(xiàn)實技術已經(jīng)融入日常生活，廣泛應用于商業(yè)、娛樂、教育、醫(yī)療、工業(yè)等諸多行業(yè)[5]48。

2008年，是增強現(xiàn)實技術普及的開端。這一年，第一款谷歌安卓（Android）手機G1誕生，Wikitude公司在該款手機平臺上開發(fā)了一款具有增強現(xiàn)實功能的手機導航軟件Wikitude AR Travel Guide，將增強現(xiàn)實技術應用體驗帶給用戶[6]。利用手機搭載增強現(xiàn)實技術，是增強現(xiàn)實技術發(fā)展的一次飛躍。伴隨著智能手機保有量的快速增長，增強現(xiàn)實技術的使用成本降低、便捷性提高。

2010年前后，增強現(xiàn)實技術出現(xiàn)在了眾多行業(yè)報告和資本報告中，增強現(xiàn)實技術的發(fā)展出現(xiàn)爆發(fā)勢頭[7]16。這一時間點與移動終端的普及、CPU性能的提高、攝像頭等搭載裝備的快速升級有關。而另一個重要因素就是網(wǎng)絡高速化，提供了實現(xiàn)增強現(xiàn)實所必需的大容量存儲和快捷的傳輸速度。2016年，游戲“口袋妖怪GO”風靡全球。這是一款利用增強現(xiàn)實技術的手機游戲，只要打開手機攝像頭，就能在手機屏幕中看到出沒在周圍環(huán)境中的妖怪。這款設計簡單的增強現(xiàn)實游戲一時間讓任天堂公司的股價大漲，也讓全世界認識到增強現(xiàn)實技術良好的融合度和極大的潛力[8]。

2. 增強現(xiàn)實技術在出版中的應用

2008年，增強現(xiàn)實技術與出版業(yè)開始融合。泰國Larngear Technology公司出版了一本介紹地球構造和地質現(xiàn)象的圖書《地球構造（Earth Structure）》。該書采用了MR Studio工具進行開發(fā)。用電腦攝像頭掃描書上的標識圖案，就會在顯示器中看到地殼、地幔等地球結構的3D圖像[9]25。

2010年法蘭克福圖書博覽會上，一本將前沿的增強現(xiàn)實技術與歷史悠久的紙雕藝術相融合的增強現(xiàn)實立體書《中國彈起》引發(fā)關注。這本書由觸角科技與中華商務聯(lián)合印刷有限公司合作開發(fā)。翻開這本書，除了會看到立體結構精巧的中國建筑，若將電腦攝像頭對準紙雕上的標示圖案，顯示器上便會出現(xiàn)諸如絢麗煙火和飛馳的馬車等影像[9]25。古老的工藝與前沿科技在同一本出版物上有機組合。

2014年，是增強現(xiàn)實技術在我國出版領域進入廣泛應用的一年。多家出版社積極將增強現(xiàn)實技術引入旗下的出版物，特別是在童書的制作中。當年依次出現(xiàn)了包括《西游記的故事》（外語教學與研究出版社）、《香蕉火箭科學圖畫書》（接力出版社）、《4D繪本》（華東師范大學出版社）等多部出版物。出版業(yè)與增強現(xiàn)實技術的商業(yè)合作大幕正式拉開。

四、增強現(xiàn)實出版物基本范式

增強現(xiàn)實出版物在傳統(tǒng)紙質圖書的基礎上，疊加了虛擬數(shù)字對象（圖像、音頻、視頻、三維動畫、三維模型），使用者可以借助移動終端與之實現(xiàn)互動。

鑒于現(xiàn)階段使用增強現(xiàn)實技術的配套硬件多為移動終端，增強現(xiàn)實出版物的基本范式可歸納如下：在移動終端上下載配套應用程序（APP）后，使用移動終端攝像頭掃描書中印刷的“交互式”圖片，啟動每個圖片所關聯(lián)的圖像、音頻、視頻、三維動畫、三維模型等數(shù)字對象，上述數(shù)字對象會與攝像頭中拍攝到的真實環(huán)境相疊加，也即兩者同時存在于屏幕中。若掃描啟動了所關聯(lián)的音頻資源，則會啟動音頻播放。在部分增強現(xiàn)實設備中，使用者還可以通過操縱移動終端對圖像進行縮放、旋轉等操作，從而與圖像互動 [2]38，[5]49。

五、增強現(xiàn)實技術的應用模式研究

早期的增強現(xiàn)實技術，需要借助電腦攝像頭和屏幕實現(xiàn)識別和演示功能。隨著移動終端的發(fā)展和普及，平板電腦、手機以其操作簡便、便攜，成為當前增強現(xiàn)實技術應用的首選硬件。而面向兒童讀者的專屬增強現(xiàn)實閱讀設備，也以其外觀貼近兒童偏好、結實耐用獲得部分出版商的青睞。更有不少游戲開發(fā)廠商，借助旗下的游戲機作為增強現(xiàn)實技術的操作平臺，與出版商實現(xiàn)跨界合作。

1. 基于移動終端的增強現(xiàn)實出版物

這一類圖書是目前主流的增強現(xiàn)實出版物形式。以手機、平板電腦等移動終端，作為增強現(xiàn)實技術應用的工具。使用時，用戶需先將與圖書相應的應用軟件（APP）下載到移動終端上，然后將移動終端的攝像頭對準書中印刷的“交互式”圖片進行掃描，由此進入所對應的數(shù)據(jù)中心。每幅圖片所關聯(lián)的圖像、音頻、視頻、三維動畫、三維模型等多媒體資源會與攝像頭中拍攝到的真實環(huán)境相疊加。部分增強現(xiàn)實還允許使用者與看到的虛擬對象進行互動，比如通過操縱移動終端對圖像進行縮放、旋轉等[1]12，[5]49。

（1）與環(huán)境嵌合度高，互動性強的增強現(xiàn)實出版物

這類圖書使用移動終端掃描“交互式”圖片后，會在屏幕上出現(xiàn)懸浮的三維模型或三維動畫。這些三維圖像與真實環(huán)境融合度好，使用者通過操縱屏幕，可以對虛擬的三維圖像進行翻轉、拉伸等操作。

例如2016年由中信出版集團出版的《科學跑出來》叢書，即屬于此種模式。該系列圖書由英國卡爾頓公司（Carlton Books）出版，曾獲得2013年英國圖書設計與制作獎等多項圖書獎項。讀者在下載APP后，掃描書中畫面，能通過移動終端屏幕看到諸如太陽系在手心轉動的景象。通過操作手機，除了可以拍攝諸如恐龍站在家中等超現(xiàn)實照片，還可以通過手指的拉伸、拖劃，使恐龍放大縮小，或是旋轉展示角度。

由科學出版社與夢想人軟件科技有限公司合作打造的“愛醫(yī)課”APP也是如此。用戶在下載APP后，利用移動終端攝像頭掃描教材上的相應插圖，屏幕上就會出現(xiàn)對應的3D醫(yī)學圖像。例如將攝像頭對準平面骨骼及解剖圖片進行掃描，就能在移動終端屏幕中，看到平面圖片轉化為3D虛擬立體模型。如果移動終端攝像頭位置發(fā)生改變，模型也會跟隨使用者的視角進行調整和切換[10]20。增強現(xiàn)實技術實現(xiàn)了將在二維空間中難以展示的復雜醫(yī)學模型置入三維空間展示的目標，使插圖變?yōu)槟M的真實場景，原先抽象的概念成為可通過直觀經(jīng)驗積累的實際知識。2015年，“愛醫(yī)課”平臺上線，配合該平臺使用的增強現(xiàn)實教材《人體解剖學與組織胚胎學(第二版)》由科學出版社出版發(fā)行[11]19。

（2）與環(huán)境嵌合度低，有效豐富圖書內容的增強現(xiàn)實出版物

這類圖書在使用移動終端掃描“交互性”圖片后，出現(xiàn)的不是三維圖像，而是圖像、音頻、視頻等，或是鏈接到其他網(wǎng)站。這類增強現(xiàn)實效果與環(huán)境融合度較低，卻有效拓展了傳統(tǒng)紙質出版物的物理限制，能夠為讀者提供豐富的視聽閱讀體驗，具有時效性強、可選資源豐富的特點。少年兒童出版社旗下的科學期刊《十萬個為什么》中使用了這項技術。讀者在閱讀雜志時，可以掃描雜志中的特定圖案，啟動與內容有關的音頻、視頻等。不僅大大提高了傳統(tǒng)雜志有限的承載能力，也有效觸發(fā)了讀者的多層次閱讀。

2. 基于兒童專屬閱讀設備的增強現(xiàn)實出版物

除了借助手機或平板電腦這類移動終端閱讀的增強現(xiàn)實出版物，還有研發(fā)廠商將重心放在了硬件的開發(fā)上。由央數(shù)文化打造的“小熊尼奧”品牌，就為兒童開發(fā)了專屬閱讀設備“MAGNEO照照樂”。這是一款用于閱讀增強現(xiàn)實出版物的手持閱讀器。它形似放大鏡，采用圓形液晶屏幕和高清攝像頭?？紤]到使用者為兒童，采取了方便抓握的手柄和不易被手指遮擋的攝像頭位置。專屬閱讀器使兒童不必再借用家長的手機就能觀看增強現(xiàn)實出版物，操作方式也比使用手機更為簡便，且作為一項道具，可以增強兒童的探究欲望[5]48。

3. 利用體感控制器的增強現(xiàn)實出版物

2012年，索尼公司與J.K.羅琳聯(lián)手打造出一本使用增強現(xiàn)實技術的“哈利?波特”系列圖書——《奇幻之書：魔咒之冊》。這本書需要以電視作為輸出屏幕，配合索尼公司研制的PlayStation Eye攝像頭及PlayStaion Move體感控制器使用。PlayStaion Move 體感控制器猶如電視遙控大小，方便用手握持，可以識別用戶位置和手部動作，并反饋給系統(tǒng)，做出響應。使用者按照特定的軌跡揮舞“魔杖”（體感控制器），就能在電視屏幕中看到自己像哈利?波特一樣使出各式各樣的魔法，比如召喚龍，引導它在房間中飛舞。這一產(chǎn)品以將魔法世界中存在的奇妙場景搬進家中作為賣點，吸引了《哈利?波特》電影愛好者將視線從大屏幕轉回圖書[2]39。

六、增強現(xiàn)實類圖書的創(chuàng)新價值

1. 增加紙質出版物附加值

增強現(xiàn)實技術可以通過掃描印刷在紙質出版物上的圖片啟動圖像、音頻、視頻、三維動畫、三維模型等數(shù)字資源，這使得出版社可以在不占用紙質出版物空間、不增加印刷成本的情況下，為讀者提供更豐富的閱讀體驗，賦予紙質出版物更高的附加值，將紙質出版物所承載的信息量極大擴展，使信息縱深化、廣博化。

2. 克服平面空間所限，將立體結構進行空間展示

教師在課堂上向學生講授如立體幾何之類需要空間想象力的課程時，往往會顯得很抽象，難以用語言描述。植入了增強現(xiàn)實技術的立體幾何教科書，不光可以展示立體模型，還能讓學生參與互動，通過旋轉、壓縮等操作，讓模型動起來，解決了傳統(tǒng)教科書用二維圖像解釋三維空間現(xiàn)象的難題。而類似DNA結構、宇宙大爆炸這些科學熱點，通過增強現(xiàn)實技術，可以讓學生直接看到三維立體模型或圖像，無需再經(jīng)過抽象化信息轉化到具象化的實物。2015年起，皮爾森教育出版集團出版的香港地區(qū)教科書就加入了增強現(xiàn)實技術[5]49。

3. 視聽觸全方位體驗，提高讀者的閱讀興趣 和閱讀質量

增強現(xiàn)實技術在紙質出版物中的應用，拓寬了紙質圖書認知方式單一、表現(xiàn)手段有限的局限。讀者不僅可以閱讀文字和圖片，也可以與之互動，為讀者帶來更強的參與感。使得讀者不光借助視覺“讀”一本書，更能夠將視覺、聽覺、觸覺組合起來。這種多層次的“閱讀”還原了人類天生的認知過程，就像嬰兒那樣通過多種感官共同協(xié)作逐步認識周圍的世界。增強現(xiàn)實技術可以讓兒童在和圖書“玩?！钡倪^程中，學到知識。研究者曾以幼兒園大班兒童為對象，研究增強現(xiàn)實系統(tǒng)對學習效率影響，研究報告顯示，在英文學習效率與成語學習效率兩項測試中，使用增強現(xiàn)實系統(tǒng)學習的兒童，學習效果優(yōu)于常規(guī)學習方式，成績分別提高37%和8%[12]。

4. 獲取用戶閱讀偏好信息，引導選題方向

讀者通過掃描圖像獲得附加信息，而出版社可以借此與讀者連接起來，通過某一圖像或視頻的點擊率，精準了解讀者對哪些領域、哪些內容有興趣。這些數(shù)據(jù)分析對于后續(xù)增強現(xiàn)實出版物選題的策劃起著指導作用。

5. 提供多種閱讀形式

增強現(xiàn)實出版物既可以按照傳統(tǒng)圖書的閱讀方式，順次閱讀紙質出版物的圖文信息，也可以在閱讀過程中，啟動書中植入的增強現(xiàn)實操作點，實現(xiàn)紙張閱讀輔助立體閱讀。在無法使用移動終端時，也可以享受傳統(tǒng)閱讀的樂趣。

七、我國增強現(xiàn)實出版物存在的問題及未來發(fā)展

增強現(xiàn)實技術是對傳統(tǒng)圖書所承載文化、信息的一種新型講述方式，是連接傳統(tǒng)出版與數(shù)字時代的新途徑，也是傳統(tǒng)出版轉型發(fā)展的契機。本文分析了增強現(xiàn)實出版物的現(xiàn)狀及其特點。目前，我國增強現(xiàn)實出版物還存在如下問題。

第一，不同出版社或不同增強現(xiàn)實技術公司開發(fā)的增強現(xiàn)實出版物，APP不通用，用戶需要下載大量APP。如少年兒童出版社出版的增強現(xiàn)實出版物《追蹤非洲五霸》和《黑羽精靈小盜龍》需要下載“夢幻恐龍島”APP。中信出版社出版的《玩轉冰川時代》則需要下載“Ice Age AR” APP。而要是想閱讀《科學跑出來》需要下載“iSolarSystemAR” APP才能使用。由于通用的增強現(xiàn)實APP平臺尚未形成，用戶幾乎每使用一種技術公司開發(fā)的增強現(xiàn)實出版物，就需要下載一種APP，造成閱讀和使用上的不便。

第二，識別不暢現(xiàn)象時有發(fā)生。使用移動終端掃描書中“交互式”圖片時，對頁面印刷效果和環(huán)境要求較高。印刷墨色不均，環(huán)境陽光過強或過弱，頁面破損、涂抹、彎折或頁面反光，等等，都會影響識別的順暢，甚至導致識別無法完成。

第三，原創(chuàng)產(chǎn)品不足，優(yōu)秀產(chǎn)品依賴進口。曾有研究者對2011年至2015年我國增強現(xiàn)實出版物品種進行統(tǒng)計，僅有9個品種，其中一半為引進版圖書。2016年《科學跑出來》叢書市場銷售大獲成功，刺激了增強現(xiàn)實出版物在我國引進和原創(chuàng)領域的雙重發(fā)展。截至2016年年底，夢想人科技公司已與80余家出版社開展合作關系，開發(fā)我國原創(chuàng)增強現(xiàn)實出版物[7]16。央數(shù)文化、鷹童文化科技也是我國原創(chuàng)增強現(xiàn)實技術的開拓者。

第四，增強現(xiàn)實出版物品種分布不均。搜索亞馬遜、京東等大型圖書銷售網(wǎng)站，數(shù)據(jù)顯示目前在銷的增強現(xiàn)實讀物大多為少兒讀物，且集中在科普和低幼兩個板塊，品種分布極為不均。

除了上述技術層面問題，增強現(xiàn)實技術與傳統(tǒng)出版業(yè)融合過程中還需要解決的問題包括：出版社應當如何培育掌握增強現(xiàn)實技術的專業(yè)編輯，以有效開發(fā)原創(chuàng)品牌？不同于紙質出版物已有嚴格的編輯出版責任機制，對于增強現(xiàn)實所呈現(xiàn)的隱于書后的內容，應當如何把關？

增強現(xiàn)實技術本身的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷第一代——基于PC的增強現(xiàn)實技術，進入第二代——基于移動終端的增強現(xiàn)實技術，未來會進入第三代——基于可穿戴設備的增強現(xiàn)實技術。目前出版業(yè)與增強現(xiàn)實技術的合作正處于第二階段。預計未來的3～5年，“增強現(xiàn)實眼鏡”等可穿戴設備會逐漸普及，增強現(xiàn)實出版物也會隨之出現(xiàn)新的模式[13]。

根據(jù)我國互聯(lián)網(wǎng)市場大數(shù)據(jù)分析公司易觀智庫的行業(yè)模型，增強現(xiàn)實技術在2018年以前尚處于市場啟動期，增強現(xiàn)實技術的體驗還有待優(yōu)化，發(fā)展還在繼續(xù)。預計在2019～2030年，增強現(xiàn)實技術將進入高速發(fā)展期。如同各種新興技術必然經(jīng)歷大浪淘沙一樣，增強現(xiàn)實設計公司正隨著行業(yè)的快速發(fā)展進行劇烈地洗牌。

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（作者單位：少年兒童出版社）

10.19619/j.issn.1007-1938.2017.03.009