徐楠

（陜西學(xué)前師范學(xué)院陜西西安710100）

我國(guó)各級(jí)政府、部門高度關(guān)注幼教事業(yè)，共出臺(tái)了58部以上關(guān)于兒童教育的專項(xiàng)文件[1-2]。在兒童時(shí)期心智和生理尚未發(fā)育成熟，如何選擇適合兒童發(fā)展的教育方式、組織兒童教育活動(dòng)是人們始終關(guān)注的社會(huì)與教育問題[3-7]。

兒童讀物具有圖文并茂的特點(diǎn)，但大多數(shù)讀物仍以文字為主，圖畫只處于從屬狀態(tài)，用于解釋文字的內(nèi)容[8]。而相比于傳統(tǒng)的插畫讀物，繪本讀物結(jié)合使用圖文更能表達(dá)繪本的表意，實(shí)現(xiàn)“圖文合一”[9]。繪本教育作為一種特殊的兒童教育方式，主要包括繪本閱讀、繪本繪畫、繪本教學(xué)和繪本游戲[10-13]。兒童繪本的出現(xiàn)，能有效培養(yǎng)兒童的閱讀習(xí)慣、藝術(shù)情操和獨(dú)立思考的能力[14]。然而，現(xiàn)有的兒童繪本軟件存在以下不足和缺點(diǎn)[15-16]：1）交互內(nèi)容單調(diào)乏味，沒有連續(xù)的故事情結(jié)；2）交互方式單一，且缺少科學(xué)的指導(dǎo)；3）交互情景設(shè)計(jì)較弱。這些缺點(diǎn)導(dǎo)致兒童無法集中注意力、缺乏耐心。因此，如何設(shè)計(jì)更有趣、合理、創(chuàng)新的兒童繪本軟件，提升交互體驗(yàn)是現(xiàn)今繪本軟件設(shè)計(jì)、開發(fā)中需要著重考慮的問題。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)[17]是最近出現(xiàn)的一種典型的人機(jī)交互技術(shù)，其可以將生成的虛擬信息疊加到真實(shí)場(chǎng)景中，具有針對(duì)性強(qiáng)、可實(shí)時(shí)互動(dòng)和跨度廣泛的優(yōu)點(diǎn)。目前，將AR技術(shù)應(yīng)用到兒童繪本軟件設(shè)計(jì)匯總具有以下特點(diǎn)：1）豐富了教育內(nèi)容的展示方式，從傳統(tǒng)的具現(xiàn)化、平面化展示方式向三維方式進(jìn)行轉(zhuǎn)變；2）通過可操控的、有型的界面將抽象的概念展示出來；3）能提供語音、手勢(shì)、觸控及各種組合交互方式。

基于上述分析，文中基于IOS系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了一種兒童繪本軟件。該軟件基于親子教育的需求和理論，融入AR技術(shù)實(shí)現(xiàn)了自主閱讀、感知閱讀、角色扮演閱讀、對(duì)話式閱讀以及動(dòng)作模擬互動(dòng)式閱讀等多種閱讀方式。

1 互動(dòng)繪本功能設(shè)計(jì)

基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的兒童互動(dòng)繪本通過融合虛擬信息和真實(shí)場(chǎng)景來形成一種虛擬結(jié)合的效果，在閱讀繪本的同時(shí)可顯示虛擬三維場(chǎng)景、播放聲音。本文考慮到兒童身心發(fā)展的特點(diǎn)及家長(zhǎng)無法長(zhǎng)時(shí)間陪伴孩子的問題，設(shè)計(jì)了如圖1所示包含設(shè)置、兒童自主閱讀和親子互動(dòng)閱讀3種功能的互動(dòng)繪本軟件架構(gòu)。

圖1 兒童互動(dòng)繪本軟件架構(gòu)

兒童繪本軟件的設(shè)置功能模塊主要為語言選擇和時(shí)間提醒。其中，語言可以自主選擇中文和英文，便于兒童的雙語教學(xué)；時(shí)間提醒設(shè)置即在閱讀時(shí)間達(dá)到預(yù)設(shè)的時(shí)間后，軟件會(huì)彈出提示對(duì)話框，避免兒童出現(xiàn)眼睛疲勞的問題。兒童自主閱讀包含放映室和故事屋兩種功能，故事屋用于展示各種兒童可以翻頁(yè)閱讀的電子書；放映室則播放各種視頻動(dòng)畫。親子互動(dòng)閱讀模塊則設(shè)置了放映室、故事屋和游戲樂園3個(gè)功能模塊。本文為了改善親子閱讀的體驗(yàn)，在傳統(tǒng)紙質(zhì)繪本與電子互動(dòng)繪本的基礎(chǔ)上引入AR技術(shù)，改進(jìn)自主閱讀和親子互動(dòng)閱讀模式及交互方式。

1.1 基于AR的自主閱讀設(shè)計(jì)

基于AR的自主閱讀模塊包含傾聽感知閱讀和自主閱讀兩種閱讀模式，下面分別介紹兩種閱讀模式的具體設(shè)計(jì)。

1）傾聽感知閱讀

由于傳統(tǒng)的兒童繪本軟件在傾聽感知閱讀模式下存在繪本讀物中的人物和事物無法可視化、家長(zhǎng)聲音沒有情感以及孩子注意力無法集中的問題，本文采用AR技術(shù)從交互方式、交互界面和交互內(nèi)容設(shè)計(jì)3方面進(jìn)行改進(jìn)。交互方式的改進(jìn)包括使用AR技術(shù)識(shí)別圖片播放故事語音和識(shí)別圖片播放AR視頻；交互內(nèi)容包括紙質(zhì)繪本、故事語音和AR視頻；交互界面設(shè)計(jì)上將視頻播放界面填充整個(gè)屏幕，設(shè)計(jì)更清晰的視頻畫面和大小合適的按鈕。如圖2所示為本文基于AR的傾聽感知閱讀的操作模型。該模型通過播放語音迅速將兒童帶入故事情景中，通過播放AR視頻來解決傳統(tǒng)繪本無法可視化人物形象的問題，且在整個(gè)閱讀體驗(yàn)過程中更具吸引力和感染力。

圖2 基于AR的傾聽感知閱讀的操作模型

2）自主閱讀

文中考慮到兒童認(rèn)知有限的問題，并針對(duì)兒童的需求和行為習(xí)慣，使用AR技術(shù)設(shè)計(jì)了具有豐富互動(dòng)效果和三維模型的自主閱讀模式。如表1所示為，自主閱讀模式下的交互方式和所對(duì)應(yīng)的操作。

自主閱讀模式下也采用AR技術(shù)從交互方式、交互界面和交互內(nèi)容設(shè)計(jì)3方面進(jìn)行改進(jìn)。交互內(nèi)容方面，使用紙質(zhì)繪本、AR三維模型及繪本語音閱讀相結(jié)合的方式；交互界面方面，使用大小適中的按鈕和更加清晰逼真的模型；交互方式方面，通過識(shí)別圖片來展示AR三維立體模型，并能對(duì)該模型進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、拖拽和縮放操作，通過點(diǎn)擊語音播放按鈕播放繪本閱讀語音。如圖3所示為該軟件在自主閱讀模式下的操作模型。該操作模型通過采用3D立體可視化的繪本物體模型來解決兒童認(rèn)知有限的問題，并使用軟件系統(tǒng)播放的兒童語音來激發(fā)兒童的閱讀熱情。

表1 自主閱讀模式下的交互方式及其對(duì)應(yīng)操作

圖3 自主閱讀模式的操作模型

1.2 基于AR的互動(dòng)閱讀設(shè)計(jì)

文中為了解決傳統(tǒng)對(duì)話式閱讀模型中對(duì)話切入點(diǎn)少和對(duì)話反饋不及時(shí)的問題，根據(jù)對(duì)話式閱讀模型的組織形式與內(nèi)容特點(diǎn)，采用AR技術(shù)設(shè)計(jì)了互動(dòng)閱讀功能。該互動(dòng)閱讀模式更注重實(shí)時(shí)反饋，且不同的交互方式具有不同的反饋，具體如表2所示。

表2 閱讀交互及其對(duì)應(yīng)的反饋

在交互閱讀模式下也采用AR技術(shù)從交互方式、交互界面和交互內(nèi)容設(shè)計(jì)3方面進(jìn)行改進(jìn)。交互內(nèi)容方面，使用紙質(zhì)繪本、三維模型與推動(dòng)的問題、議題相結(jié)合的方式；交互界面方面，采用大小適中的按鈕和清晰的模型；在交互設(shè)計(jì)方面，通過識(shí)別圖片來推送問題或議題，通過親子交流討論來提交答案。如圖4所示為該軟件在交互閱讀下的操作模型。該操作模型使用可視化的AR場(chǎng)景來吸引兒童的注意力，通過增加對(duì)話內(nèi)容來解決對(duì)話切入點(diǎn)少以及對(duì)話互動(dòng)不及時(shí)的問題。

圖4 交互閱讀下的操作模型

2 IOS軟件實(shí)現(xiàn)

2.1 技術(shù)平臺(tái)搭建

本文以IOS系統(tǒng)作為軟件平臺(tái)，并使用表3所示的軟硬件環(huán)境設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)兒童互動(dòng)繪本軟件。

表3 軟硬件環(huán)境

文中首先使用以上軟硬件系統(tǒng)設(shè)置Xcode，新建了圖5所示的IPhone模擬器用于在蘋果電腦上模擬出IPhone手機(jī)，便于在上面進(jìn)行后續(xù)軟件開發(fā)。

圖5 IPhone模擬器

2.2 系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)

兒童互動(dòng)繪本軟件具體實(shí)現(xiàn)包括主菜單模塊、繪本主體模塊、動(dòng)畫設(shè)計(jì)、音效設(shè)計(jì)以及物理引擎的實(shí)現(xiàn)，下面分別進(jìn)行具體介紹。

2.2.1 主菜單模塊

用戶通過點(diǎn)擊主菜單上的按鈕進(jìn)入相應(yīng)的設(shè)置、兒童自主閱讀和親子互動(dòng)閱讀等功能模塊。本文使用Cocos2d-IPhone游戲引擎中的CCDirector實(shí)現(xiàn)不同功能模塊間的跳轉(zhuǎn)，使用ItemFromString函數(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)菜單項(xiàng)文字和相應(yīng)菜單時(shí)間的顯示。本文的部分實(shí)現(xiàn)代碼，如圖6所示。

2.2.2 動(dòng)畫設(shè)計(jì)

圖6 主菜單模塊部分實(shí)現(xiàn)代碼

本文使用AR功能來增強(qiáng)繪本軟件的趣味性，并通過播放一系列的圖片來實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫效果。文中使用FLASH動(dòng)畫制作軟件來提升開發(fā)效率，先制作出一個(gè)二維動(dòng)畫效果；然后將其導(dǎo)出為一系列JPG圖片，并使用MAC操作系統(tǒng)上的Zwoptex軟件添加這些圖片；最后，將圖片序列以幀序列的形式保存為.plist文件，實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫的制作。

2.2.3 音效設(shè)計(jì)

本互動(dòng)繪本軟件通過添加特效和背景音效的方式，來烘托繪本故事的氛圍。首先，使用Cocos2d-x框架的音頻引擎加載聲音事件；然后，調(diào)用音頻播放方法來執(zhí)行特定聲音類型和文件的播放。其中，音效播放的部分代碼見圖7。

2.2.4 物理引擎

本軟件僅在使用動(dòng)畫的地方需要物理引擎，同時(shí)本文直接使用Cocos的Chipmunk物理引擎來適應(yīng)系統(tǒng)的重力感應(yīng)需求。

3 軟件測(cè)試與優(yōu)化

為了測(cè)試本文設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的基于IOS兒童互動(dòng)繪本軟件的功能與性能，本部分使用Xcode開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行了編譯調(diào)試及IPhone模擬器測(cè)試。

在IOS的開發(fā)平臺(tái)有一個(gè)自帶的編譯模塊，只需在Xcode開發(fā)平臺(tái)的工具欄中點(diǎn)擊“Build and Go”按鈕，即可使用自帶的編譯器檢查軟件是否有語法錯(cuò)誤及軟件的完整性等。編譯過程中若出現(xiàn)錯(cuò)誤會(huì)在相應(yīng)的位置顯示錯(cuò)誤標(biāo)記，且單擊該標(biāo)記可以顯示具體的錯(cuò)誤原因。本文在編譯過程中通過不斷調(diào)試和修改存在的錯(cuò)誤，直至編譯成功。

為了測(cè)試各功能模塊的準(zhǔn)確性，本文使用Xcode平臺(tái)內(nèi)置的單元測(cè)試框架OCUnit進(jìn)行測(cè)試。首先新建一個(gè)工程，然后在彈出的對(duì)話框中選擇能自動(dòng)添加Unit Test的功能，并在得到的CUnitProj ectTests.m文件中添加如圖8所示的測(cè)試樣例函數(shù)。

圖8 Unit Test函數(shù)示例

4 結(jié)束語

文中基于IOS系統(tǒng)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了一種兒童繪本軟件。該軟件基于親子教育的需求和理論，融入AR技術(shù)實(shí)現(xiàn)了傾聽感知閱讀、自主閱讀和互動(dòng)閱讀等多種閱讀方式，具有交互方式、交互界面和交互內(nèi)容設(shè)計(jì)方式豐富多樣的特點(diǎn)。該軟件通過播放語音迅速將兒童帶入故事情景中，通過播放AR視頻來解決傳統(tǒng)繪本無法可視化人物形象的問題，且在整個(gè)閱讀體驗(yàn)過程中更具吸引力和感染力?；贗OS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與測(cè)試結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的軟件使用可視化的AR場(chǎng)景來吸引兒童的注意力，改進(jìn)了自主閱讀和親子互動(dòng)閱讀模式及交互方式。