侯守明，連盼盼，徐文鵬，陳柯瑤

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基于MAR的工程制圖助學(xué)系統(tǒng)研究

侯守明1,2，連盼盼1，徐文鵬1，陳柯瑤1

(1. 河南理工大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，河南 焦作 454100；2. 鶴壁汽車工程職業(yè)學(xué)院，河南 鶴壁 458030)

在工程制圖課程中根據(jù)二維圖紙來構(gòu)思三維形狀，對于初學(xué)者來說有相當(dāng)大的難度。針對傳統(tǒng)基于PC端工程制圖的多媒體輔助教學(xué)方式在交互性和易用性上的不足，研究基于移動增強(qiáng)現(xiàn)實的工程制圖助學(xué)系統(tǒng)。采用無標(biāo)記識別技術(shù)實現(xiàn)工程圖樣與三維數(shù)字化模型的自然交互，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了一個功能齊全的助學(xué)APP，使用者可以通過手機(jī)攝像頭掃描識別二維工程圖，在屏幕上疊加顯示三維模型以及其他相關(guān)教學(xué)資源，用戶可實時完成模型縮放、旋轉(zhuǎn)等操作，并且可對復(fù)雜的工程裝配體模型進(jìn)行拆卸和組裝。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)不僅便于學(xué)生自主學(xué)習(xí)，而且在一定程度上改善了工程制圖課程的教學(xué)環(huán)境。

增強(qiáng)現(xiàn)實；工程制圖；無標(biāo)記識別；助學(xué)系統(tǒng)

工程制圖是工科學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，旨在培養(yǎng)學(xué)生繪制和閱讀工程圖樣的能力。在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生需要根據(jù)投影原理構(gòu)思二維圖表示零部件的三維形狀，完整繪制出零部件的三維模型圖和三視圖，這對學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力提出了很高的要求。盡管現(xiàn)有的教學(xué)模式采用多媒體、虛擬實驗室和三維CAD軟件等作為教學(xué)手段極大地提高了教學(xué)效果，但主要的展示環(huán)境依賴PC終端，在易用性和交互方式上仍有很大的改善空間。近幾年隨著軟硬件制造水平的不斷提高，尤其是智能手機(jī)的爆發(fā)式增長，增強(qiáng)現(xiàn)實(augmented reality，AR)再次成為人們的研究熱點(diǎn)。移動增強(qiáng)現(xiàn)實(mobile augmented reality，MAR)便是將AR技術(shù)應(yīng)用到智能手機(jī)和IPAD上的新階段產(chǎn)物，近年來也可以看到MAR在教育、維修、工程、軍事、娛樂、旅游、機(jī)械等領(lǐng)域上的諸多應(yīng)用[1-3]。

MAR技術(shù)的出現(xiàn)也為工程制圖課程的教學(xué)提供了一種全新的教學(xué)手段和方法。CAMBA等[4]研究了AR的應(yīng)用平臺，通過對桌面應(yīng)用、可移動設(shè)備應(yīng)用和3D瀏覽器的調(diào)查分析，認(rèn)為通過AR技術(shù)結(jié)合工程制圖有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并結(jié)合實際研究實現(xiàn)了一種基于標(biāo)記的AR應(yīng)用，分別在桌面式和移動平板上進(jìn)行可行性實驗，得到了廣大師生的認(rèn)可，確立了工程制圖與AR結(jié)合的一種研究趨勢。FIGUEIREDO等[5]提出基于AR的全息投影繪圖方式，幫助學(xué)生觀察和學(xué)習(xí)2D視圖和3D模型，實現(xiàn)一個可視化與交互式的全息原型，降低機(jī)械工程師學(xué)習(xí)過程的感知三維的難度。原型以QR碼來觸發(fā)模型的顯示，接著使用Leap Motion硬件設(shè)施來感知手勢動作，從而進(jìn)行對模型的簡單操作。該原型系統(tǒng)需要特定的一組硬件設(shè)備，采用的是有標(biāo)記識別的方法，并不是很方便學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。OH等[6]提出基于AR技術(shù)的船舶設(shè)計圖紙可視化系統(tǒng)，通過對船舶圖紙的識別展現(xiàn)三維數(shù)字化船舶的模型，幫助經(jīng)理人與工程師們進(jìn)行溝通。對于不懂行的經(jīng)理人和懂行的工程師很難單從一組抽象的二維圖紙來弄清需求和實際理念，也不可能等船舶構(gòu)造好了再進(jìn)行更改，所以這種船舶圖紙的可視化可以有效地降低成本、節(jié)約時間。但是由于船舶等大型模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，其并不能清晰、精確的展現(xiàn)出模型的細(xì)節(jié)部分。邱龍輝[7]提出基于Android平臺的工程圖學(xué)助教助學(xué)系統(tǒng)，結(jié)合一種3D瀏覽器的核心功能模塊，實現(xiàn)三維模型在手機(jī)端的應(yīng)用，方便學(xué)生對工程制圖的學(xué)習(xí)，局限在于人與手機(jī)的簡單交互?，F(xiàn)有相關(guān)研究主要是基于有標(biāo)記識別[8-9]的AR技術(shù)，對于出現(xiàn)在不同教材或者習(xí)題集中的同一張圖片，需要重復(fù)進(jìn)行標(biāo)記編入操作，這樣不僅加大了數(shù)據(jù)管理的工作量，也對工程制圖三維可視化的擴(kuò)展產(chǎn)生不少麻煩，同時有標(biāo)記識別也不利于自然交互。

本文在研究AR的無標(biāo)記識別技術(shù)基礎(chǔ)上，分析并構(gòu)建了工程制圖助學(xué)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，提出系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，基于Unity 3D開發(fā)應(yīng)用于Android平臺的工程制圖助學(xué)APP。該系統(tǒng)可以讓使用者借助智能手機(jī)實現(xiàn)工程制圖中二維圖紙與三維模型的直觀交互，隨時隨地輔助學(xué)生自主學(xué)習(xí)，增添學(xué)習(xí)過程中的趣味性，進(jìn)一步改善了工程制圖課程的教學(xué)環(huán)境。

1 移動增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)

AR通過對現(xiàn)實世界的場景進(jìn)行分析，根據(jù)場景定位對現(xiàn)實場景添加一些輔助信息來達(dá)到一種感官上的增強(qiáng)效果，實現(xiàn)對真實世界的增強(qiáng)表現(xiàn)。AR系統(tǒng)主要由三維注冊、虛實結(jié)合和實時交互3大模塊組成。AR憑借其在智能終端上的便攜性和普適性特點(diǎn)備受關(guān)注，如何結(jié)合智能手機(jī)開發(fā)出實用性強(qiáng)的應(yīng)用是當(dāng)下AR研究方向之一。

1.1 無標(biāo)記識別技術(shù)

三維注冊一直是AR技術(shù)研究的重點(diǎn)，而無標(biāo)記識別和有標(biāo)記識別是基于視覺的三維注冊的兩種方式。無標(biāo)記識別以直觀的真實圖像為識別對象，其采用計算機(jī)視覺中圖像處理的相關(guān)算法對攝像頭采集的一幀圖像進(jìn)行特征點(diǎn)提取等操作，不需要分析圖像再生成一張輔助圖像識別的標(biāo)記圖。特征點(diǎn)是圖像處理后的一種獨(dú)特的數(shù)據(jù)信息，可以在特定情況下表述一幅圖像和其他圖像之間的區(qū)別。無標(biāo)記識別技術(shù)的特征提取算法常用的有SIFT、SURF和ORB(oriented FAST and rotated BRIEF)[10]等算法，本文采用具有更好的運(yùn)算速度和響應(yīng)效率的ORB算法來實現(xiàn)工程圖樣的無標(biāo)記識別。

ORB算法是對FAST特征點(diǎn)和BREIF特征描述子的一種結(jié)合和改進(jìn)。FAST算法主要思想是在設(shè)定半徑為3個像素值大小的Bresenham圓中進(jìn)行像素點(diǎn)的灰度比較，根據(jù)中心灰度值和圓周灰度值判斷該點(diǎn)是否是關(guān)鍵點(diǎn)，其判斷關(guān)鍵點(diǎn)的公式為

其中，t為設(shè)定的閾值；為中心灰度值；為圓周灰度值。在圖1中，有連續(xù)9個以上像素點(diǎn)的灰度值小于中心點(diǎn)P的灰度值，P便作為圖的一個特征點(diǎn)被提取出坐標(biāo)位置。單一的特征點(diǎn)坐標(biāo)位置信息量太少，不足以區(qū)分圖像特征點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)程度，所以增加特征點(diǎn)的表述信息可以加強(qiáng)其魯棒性。魯棒性是指特征點(diǎn)不受圖像大小、拍攝角度及模糊程度影響。

使用()代表灰度值，特征點(diǎn)的位的二進(jìn)制串可表述為

通過BRIEF描述子可以將特征點(diǎn)描述為一組二進(jìn)制字串，最終將圖像用一組數(shù)值串的數(shù)集進(jìn)行表示。二進(jìn)制字串的維度常用的有128位、256位、512位二進(jìn)制數(shù)值，選擇不同的維值則會帶來不同的計算消耗，在計算速度、識別率等方面也會有不同的效果。圖2使用256位二進(jìn)制編碼表述特征點(diǎn)。在工程制圖AR APP開發(fā)中使用BRIEF描述子的漢明距離判斷特征點(diǎn)是否匹配，在進(jìn)行特征匹配過程根據(jù)二進(jìn)制數(shù)值的漢明距離比較得出最優(yōu)匹配點(diǎn)對。

圖2 特征點(diǎn)描述子

1.2 增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

無標(biāo)記識別是AR系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，結(jié)合其他關(guān)鍵技術(shù)才能構(gòu)成一個完整的MAR系統(tǒng)。首先，通過手機(jī)的攝像頭來獲取現(xiàn)實世界的一張圖片，開始對圖片進(jìn)行灰度化預(yù)處理，接著使用ORB等特征點(diǎn)檢測算子提取圖片的特征點(diǎn)[10]。隨后根據(jù)提取的特征點(diǎn)計算得到一組多維向量由此作為特征點(diǎn)的描述符，根據(jù)特征點(diǎn)描述符和數(shù)據(jù)庫中的不同圖樣的匹配符數(shù)據(jù)信息進(jìn)行匹配與優(yōu)化，完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析過程。接著，根據(jù)判斷的結(jié)果進(jìn)行下一步處理，如果匹配成功，結(jié)合精確的特征點(diǎn)信息和攝像機(jī)標(biāo)定處理計算出單應(yīng)性矩陣，如果判斷信息失敗，重新調(diào)用攝像頭進(jìn)行前幾步的匹配過程。再接著由匹配環(huán)節(jié)確定的圖像信息調(diào)用圖樣的三維模型，確定在數(shù)據(jù)庫中描述符標(biāo)簽和模型標(biāo)簽一對一關(guān)聯(lián)著的圖樣和模型數(shù)據(jù)信息。最后三維模型通過單應(yīng)性矩陣轉(zhuǎn)換出在屏幕上的準(zhǔn)確位置信息，虛實融合地把增強(qiáng)信息顯示在手機(jī)屏幕上。根據(jù)上述原理設(shè)計的工程制圖MAR系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。該系統(tǒng)由信息處理模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊、三維顯示模塊3部分組成。

2 工程制圖MAR助學(xué)系統(tǒng)開發(fā)

在工程制圖課中，學(xué)生空間幾何問題的圖解能力、空間邏輯思維能力和形象思維能力的培養(yǎng)，是通過一系列的由簡到繁的二維圖樣與三維模型之間的不斷轉(zhuǎn)換練習(xí)而獲得的。該課程現(xiàn)有的學(xué)習(xí)方法主要通過教師課堂多媒體課件PPT展示、課下學(xué)生完成習(xí)題集作業(yè)來進(jìn)行。課程教學(xué)方面，目前網(wǎng)絡(luò)視頻公開課、精品資源庫建設(shè)、微課課件等方式可以進(jìn)一步提高該課程學(xué)習(xí)效果。在虛擬現(xiàn)實和工程制圖相結(jié)合的課程改革方面，國內(nèi)也有部分高校開展了工程制圖虛擬實驗室的建設(shè)以及AR技術(shù)的應(yīng)用案例研究，但由于成本問題以及易用性的局限，應(yīng)用推廣的力度顯然不夠。學(xué)生的讀圖和繪圖技能依然是通過做習(xí)題反復(fù)練習(xí)來得到提高的，這個過程略顯無趣和單調(diào)，也缺乏足夠的吸引力來引導(dǎo)學(xué)生自發(fā)學(xué)習(xí)。在移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)大行其道的今天，手機(jī)和平板電腦已經(jīng)成為學(xué)生的最愛。開發(fā)一個基于移動端的工程制圖助學(xué)APP，給學(xué)生的學(xué)習(xí)過程必定會帶來很大便利和樂趣。工程制圖MAR助學(xué)系統(tǒng)模型如圖4所示。

圖3 工程制圖MAR系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

圖4 工程制圖助學(xué)系統(tǒng)模型

從系統(tǒng)模型中可以很清楚地看到AR的實際工作情況，其工作載體是智能手機(jī)。系統(tǒng)通過攝像頭來交互獲取現(xiàn)實場景中的一幀畫面，經(jīng)過分析處理后，智能手機(jī)調(diào)用已經(jīng)建立好對應(yīng)關(guān)系的三維模型并準(zhǔn)確顯示在屏幕中，這樣能夠提供非常直觀的交互性學(xué)習(xí)。

2.1 關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)

根據(jù)上述系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，工程制圖MAR系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)包括：

(1) 工程圖樣特征提取。在計算機(jī)圖像處理中，特征點(diǎn)作為一幅圖片的身份信息可區(qū)別圖像與圖像之間的相同、相似、不同關(guān)系。雖然工程圖樣的圖紙多是由規(guī)則的黑色線條來描述，但依然可以對圖紙的特征點(diǎn)信息進(jìn)行檢測并存儲，這樣可以把所有線的數(shù)據(jù)信息統(tǒng)一抽象為圖像像素數(shù)據(jù)信息，手機(jī)根據(jù)存儲的一些多維的特征點(diǎn)數(shù)據(jù)，通過特征點(diǎn)的坐標(biāo)位置和特征向量的數(shù)據(jù)信息，可以很快且方便地建立設(shè)計圖紙和對應(yīng)的工程圖樣之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

(2) 工程圖樣的匹配檢測。通過ORB算法可以提取出工程圖樣圖像的特征點(diǎn)信息，進(jìn)而對特征點(diǎn)匹配情況采取優(yōu)化措施。匹配時使用特征點(diǎn)的描述符，其作用之一可以作為特征點(diǎn)相似程度的度量，使用蠻力匹配或比率測試的k近鄰分類(k-nearest neighbor，KNN)匹配算法[11]可以有效地檢測出匹配的特征點(diǎn)對，繼而使用隨機(jī)采樣一致性方法(random sample consensus，RANSAC)[12]結(jié)合單應(yīng)性估計過程對特征點(diǎn)對進(jìn)行檢測并刪除離群點(diǎn)對，最終保留匹配過程中得到的一些精準(zhǔn)特征點(diǎn)存儲到一組特征點(diǎn)集里。

(3) 三維模型的姿態(tài)估計。計算攝像機(jī)的內(nèi)外參數(shù)可以根據(jù)先驗方式獲取，如張正友棋盤標(biāo)定法等，根據(jù)精準(zhǔn)特征點(diǎn)計算出圖像之間對應(yīng)關(guān)系得到精細(xì)的單應(yīng)性矩陣，從而計算出待檢測圖像與攝取圖像之間的旋轉(zhuǎn)角度、縮放尺度和平移距離，接著根據(jù)工程圖樣圖像的頂點(diǎn)坐標(biāo)確定攝取圖像的最終匹配區(qū)域，同時建立起匹配區(qū)域和三維模型的繪制區(qū)域的三維坐標(biāo)系。

(4) OpenGL ES可視化支持。確定三維模型在攝像頭攝取圖片的實際坐標(biāo)后，通過OpenGL ES對模型進(jìn)行渲染，在屏幕坐標(biāo)系上繪制出經(jīng)過透視變換和幾何變換的較為真實的三維模型。

2.2 工程制圖助學(xué)APP開發(fā)

2.2.1 開發(fā)環(huán)境與工具

系統(tǒng)使用JDK1.8.0、Android SDK、VS2013、MySQL、Unity 3D、HiAR和Vuforia的SDK等工具進(jìn)行開發(fā)。其中Vuforia和HiAR的SDK都是AR的跨平臺的開發(fā)工具。

2.2.2 手機(jī)運(yùn)行環(huán)境

測試設(shè)備為360手機(jī)1505-A02智能手機(jī)，CPU為高通驍龍625，運(yùn)行內(nèi)存4 G，屏幕分辨率1080×1920，操作系統(tǒng)為Android 6.0.1。

2.2.3 數(shù)據(jù)采集

(1) 二維圖像采集。系統(tǒng)資源庫中使用的工程圖樣部分來源于課程教學(xué)使用的電子教材和習(xí)題集，部分來源于基于三維CAD軟件構(gòu)建的三維關(guān)聯(lián)模型自動生成的對應(yīng)的二維工程圖。采集到的二維圖像保存格式為.jpg文件，供用戶瀏覽和查詢資源庫使用。

(2) 三維數(shù)字模型。系統(tǒng)用到的一些零件模型、截交體模型、相貫體模型、裝配組合體三維模型采用SolidWorks和其他CAD軟件繪制。這些模型經(jīng)轉(zhuǎn)換后可以保存為3D Studio的.3DS格式。由于.3DS格式不支持unity的材質(zhì)和動畫，可通過3D MAX軟件轉(zhuǎn)換成.FBX格式的模型，方便作圖過程的動畫展示。

2.2.4 系統(tǒng)主要功能

工程制圖助學(xué)APP主要幫助提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，結(jié)合AR技術(shù)設(shè)計了APP的4個主要功能，如圖5所示。

(1) 工程制圖電子習(xí)題冊。將采集到的工程制圖教材和習(xí)題集中的典型實例的二維工程圖樣進(jìn)行匯總并分類，方便用戶查閱和瀏覽。習(xí)題經(jīng)典類型是根據(jù)三視圖中的某兩個視圖想象立體模型并補(bǔ)充繪制第三視圖，或者根據(jù)給定的不同類型的軸測立體圖來繪制三視圖。此外，系統(tǒng)還提供了按照現(xiàn)行教材或習(xí)題集組織實例的方式呈現(xiàn)題庫的主要內(nèi)容，便于用戶查找和使用。

圖5 工程制圖助學(xué)系統(tǒng)功能

(2) 三維模型虛擬瀏覽。系統(tǒng)提供三維模型資源庫供用戶觀摩瀏覽。用戶單擊案例庫中二維圖片即可在手機(jī)屏幕呈現(xiàn)對應(yīng)模型三維立體展示，用戶可360°旋轉(zhuǎn)、縮放查看模型細(xì)節(jié)信息。雙擊圖像可最大化進(jìn)入虛擬瀏覽界面，點(diǎn)擊該界面上對應(yīng)按鈕用戶可查看直接關(guān)聯(lián)的習(xí)題參考答案和作圖過程動畫或者圖片，進(jìn)一步可以通過剖面查看模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過比例來測量模型的尺寸等信息。

(3) AR掃描助學(xué)。通過手機(jī)攝像頭掃描紙質(zhì)教材或者習(xí)題集上對應(yīng)的圖樣，能夠直接在屏幕上疊加顯示其所對應(yīng)的三維模型，實現(xiàn)人機(jī)自然交互和手勢觸屏交互。對于一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的組合或者裝配模型，系統(tǒng)使用虛擬按鈕實現(xiàn)對模型的拆解和組裝，幫助學(xué)生深刻理解形成過程和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

(4) 視頻和電子學(xué)習(xí)資源?；诖髷?shù)據(jù)技術(shù)使用開源的網(wǎng)絡(luò)爬蟲工具自動獲取互聯(lián)網(wǎng)上工程制圖相關(guān)的學(xué)習(xí)資源和視頻公開課資源，集中展現(xiàn)在系統(tǒng)中，供學(xué)習(xí)者使用，節(jié)約學(xué)生查閱資料和文獻(xiàn)檢索的時間，提高學(xué)習(xí)效率。

3 實驗結(jié)果

在上述研究的基礎(chǔ)上，開發(fā)了基于Android平臺的工程制圖MAR助學(xué)系統(tǒng)，如圖6所示。

使用工程圖紙作為教學(xué)資源，在不使用APP時可以讓學(xué)生在想象中思考三維模型的構(gòu)造，完成工程學(xué)科的基礎(chǔ)訓(xùn)練；當(dāng)學(xué)生遇到問題時，可以應(yīng)用該APP的AR掃描功能直接調(diào)用立體模型進(jìn)行交互和疊加顯示文本或者視頻信息，簡單、方便、快捷，增添學(xué)習(xí)趣味性、多元性。例如：對于一些裝配組合體，同樣先進(jìn)行工程圖樣識別，之后通過手指交互觸屏控制拆卸和組裝的虛擬按鈕，就可以動態(tài)展示三維模型的拆卸和組裝過程，如圖7所示。

圖6 工程制圖MAR助學(xué)APP效果圖

圖7 工程制圖裝配體拆卸和組裝實例

該系統(tǒng)目前已經(jīng)建立了包含簡單零件組、截交體、相貫體、裝配組合體等在內(nèi)的100多組二維圖片及對應(yīng)的模型庫，展示效果穩(wěn)定，內(nèi)容較為豐富。該系統(tǒng)已在第一作者所在單位2016級計算機(jī)專業(yè)工程制圖課程的159名學(xué)生和部分專業(yè)的制圖課程教師中進(jìn)行了測試使用。經(jīng)調(diào)查問卷分析和訪談交流，參加使用和測試的5名教師以及90%的學(xué)生認(rèn)為將AR技術(shù)應(yīng)用于工程制圖課程教學(xué)，不僅使教學(xué)過程更加方便，而且使學(xué)習(xí)過程也更加有趣，能夠顯著改善和提高工程制圖課程的學(xué)習(xí)效果。

4 結(jié) 論

在工程制圖的學(xué)習(xí)過程中，引入MAR技術(shù)，可以讓學(xué)生從被動學(xué)習(xí)的接受方轉(zhuǎn)變成主動學(xué)習(xí)的探索方，主觀能動地通過觀察和操作來對二維圖紙進(jìn)行理解，同時提供更加豐富、更加直觀的三維虛擬模型信息給學(xué)習(xí)者，幫助學(xué)生更輕松地學(xué)習(xí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣?；贛AR的工程制圖助學(xué)系統(tǒng)在一定程度上改善了教學(xué)方式，使學(xué)生從中受益。進(jìn)一步的研究工作包括：①針對工程制圖中圖樣的特點(diǎn)優(yōu)化識別算法，提高系統(tǒng)響應(yīng)速度；②不斷完善和豐富AR的工程制圖資源庫；③根據(jù)教師和學(xué)生使用的反饋意見，進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)功能，加快系統(tǒng)的應(yīng)用和推廣。

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The Assistant Learning System of Engineering Drawing Based on Mobile Augmented Reality

HOU Shouming1,2, LIAN Panpan1, XU Wenpeng1, CHEN Keyao1

(1. School of Computer Science and Technology, Henan Polytechnic University, Jiaozuo Henan 454100, China; 2. Hebi Automotive Engineering Professional College, Hebi Henan 458030, China)

In the course of engineering drawing, it is a great challenge for beginners to conceive three-dimensional shapes on two-dimensional drawings. This paper analyzes the shortages of traditional PC-based multimedia-assisted teaching methods in interactivity and convenience, and proposes an engineering drawing system based on mobile augmented reality. This system adopts the unmarked recognition technology to realize the natural interaction between engineering drawings and three-dimensional digital models, on the basis of which, an assistent learning application with multifunction has been developed. Users can use the cellphone camera to scan and identify the two-dimensional engineering drawings and overlapping display of three-dimensional models, and other teaching resources are also supported on the phone. Users can also zoom in or rotate the models, and disassemble and assemble those complicated assembly models. The result shows that the system is not only convenient for students’ autonomous learning, but also helpful in improving the teaching environment of engineering drawing courses.

augmented reality; engineering drawing; unmarked recognition; assistant learning system

TP 391

10.11996/JG.j.2095-302X.2018030587

A

2095-302X(2018)03-0587-07

2017-06-15；

2017-07-17

河南省科技攻關(guān)計劃項目(162102310090，172102210273)；河南省教育教學(xué)改革項目(2014SJGLX478)

侯守明(1972-)，男，河南博愛人，教授，博士。主要研究方向為CAD/CG、虛擬現(xiàn)實、產(chǎn)品生命周期管理。E-mail：housm@163.com