欒婷婷 于超

摘? 要：近年來，基于智能手機(jī)的AR技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛。將手機(jī)AR技術(shù)融入社區(qū)教育，能夠打破傳統(tǒng)社區(qū)教育的固有局限性，提升學(xué)員的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。文章以社區(qū)課程“太陽系之八大行星”為例，通過AR社區(qū)課程設(shè)計(jì)與規(guī)劃、手機(jī)AR技術(shù)的實(shí)現(xiàn)、社區(qū)課程資源制作、手機(jī)AR技術(shù)與社區(qū)課程融合等幾個(gè)步驟，具體闡述了手機(jī)AR技術(shù)在社區(qū)教育課程資源中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：社區(qū)教育;手機(jī);AR技術(shù);社區(qū)課程

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2096-4706（2021）22-0176-04

Abstract： In recent years， AR technology based on smart phones is more and more widely used. Integrating mobile phone AR technology into community education can break the inherent limitation of traditional community education and improve students’ learning experience. Taking the community course “the eight planets of the solar system” as an example， this paper specifically expounds the application of mobile phone AR technology in community education course resources through several steps， such as AR community course design and planning， the realization of mobile phone AR technology， the making of community course resources， and the integration of mobile phone AR technology and community course.

Keywords： community education; mobile phone; AR technology; community course

0? 引? 言

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與移動(dòng)化智能設(shè)備的迅猛發(fā)展，手機(jī)、平板電腦等已逐漸滲透到人們的學(xué)習(xí)生活中。基于移動(dòng)智能設(shè)備的“移動(dòng)學(xué)習(xí)”，是在數(shù)字化學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過有效結(jié)合移動(dòng)計(jì)算機(jī)技術(shù)，從而帶給學(xué)習(xí)者隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)的全新感受，可以突破時(shí)間和空間的限制，具有個(gè)性化、低成本等特點(diǎn)，因此成為當(dāng)下熱門的學(xué)習(xí)方式之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)：2020年度，全國每百戶居民移動(dòng)電話（手機(jī)）擁有量為253.8部?？梢?，利用智能手機(jī)進(jìn)行“移動(dòng)學(xué)習(xí)”已經(jīng)具備了充分的條件。

伴隨信息化技術(shù)的迅速發(fā)展，新的教學(xué)方法不斷涌現(xiàn)，其中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）作為當(dāng)前最具前景的技術(shù)之一，已在教學(xué)實(shí)踐中得到一定程度的應(yīng)用。由于VR技術(shù)提供場景為純虛擬的，模型及程序構(gòu)建費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且需借助虛擬設(shè)備呈現(xiàn)，不利于日常教學(xué)普及。而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）能夠?qū)⑻摂M環(huán)境與真實(shí)世界融為一體，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)信息增強(qiáng)，提高用戶的沉浸感，且能彌補(bǔ)VR技術(shù)的不足，因此具備更明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和廣闊的應(yīng)用前景。由于手機(jī)方便攜帶、普及度高，硬件條件滿足AR技術(shù)需求，因此基于手機(jī)的AR技術(shù)應(yīng)用和研究日益增加。

社區(qū)教育作為終身教育的一部分，能夠提高大眾人群的素質(zhì)和生活質(zhì)量，對(duì)建立學(xué)習(xí)型社會(huì)、和諧社會(huì)具有重要意義;國家也高度重視社區(qū)教育工作，圍繞十四五發(fā)展規(guī)劃，著力推動(dòng)面向社區(qū)、面向農(nóng)村、面向基層的社區(qū)教育服務(wù)指導(dǎo)工作。為使社區(qū)教育與時(shí)俱進(jìn)，提高大眾認(rèn)可度，既需要知識(shí)的準(zhǔn)確度與豐富度，又需要更多創(chuàng)新的技術(shù)手段作為支撐。應(yīng)用手機(jī)AR技術(shù)，首先可以將抽象的概念以可視化方式呈現(xiàn)，如社區(qū)課程“太陽系之八大行星”，除常規(guī)的文字性、平面性描述之外，還可以以真實(shí)場景作為背景，將八大行星與現(xiàn)實(shí)環(huán)境結(jié)合起來作為前景展現(xiàn)，讓學(xué)員真正感受到八大行星的運(yùn)動(dòng)軌跡，使課程“活起來”;其次可以突破傳統(tǒng)平面課程的桎梏，例如，在建設(shè)“太陽系之八大行星”AR社區(qū)課程資源時(shí)，學(xué)員可通過轉(zhuǎn)動(dòng)指尖與八大行星實(shí)時(shí)互動(dòng)，360°全方位領(lǐng)略宇宙的奧妙，提高學(xué)員學(xué)習(xí)的興趣，使學(xué)習(xí)效果倍增;另外，“移動(dòng)學(xué)習(xí)”可以滿足學(xué)員隨時(shí)隨地想學(xué)的愿望，大大提高了學(xué)習(xí)效率。

1? 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1? 國外研究現(xiàn)狀

國外研究人員對(duì)于AR技術(shù)教育應(yīng)用研究大部分集中在教學(xué)的某一方面，例如Chemistry101是一款比較優(yōu)秀的教育類AR應(yīng)用，將手機(jī)攝像頭對(duì)著印有化學(xué)元素名或化學(xué)式的卡片，移動(dòng)設(shè)備的屏幕上就能夠展現(xiàn)出單獨(dú)的3D立體分子結(jié)構(gòu)。Hsiao和Chang開發(fā)了一個(gè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的天氣系統(tǒng)，可以幫助學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)地理學(xué)科中關(guān)于大氣系統(tǒng)的知識(shí);出版商Tigger Global設(shè)計(jì)了書籍結(jié)合AR的應(yīng)用。學(xué)習(xí)者可以下載應(yīng)用，將平板電腦攝像頭掃描正在閱讀的圖書，屏幕上就能夠呈現(xiàn)出書中相對(duì)應(yīng)的3D立體內(nèi)容信息。可見，在國外已有一些教育機(jī)構(gòu)選擇并使用AR技術(shù)來作為提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果的手段。

1.2? 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)關(guān)于AR技術(shù)的研究主要集中在高校和科研單位，北京理工大學(xué)光電技術(shù)與信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室將圓明園未被破壞前的場景疊加到真實(shí)的圓明園廢墟上，重現(xiàn)其繁華場景。上海大學(xué)與浙江大學(xué)合作開發(fā)AR場景光源的實(shí)時(shí)檢測和真實(shí)感繪制框架。東北大學(xué)交互式媒體與計(jì)算技術(shù)研究所積極探索“VR/AR+工業(yè)”的仿真應(yīng)用，取得一定的成果。除此之外，近年來涌現(xiàn)了一些手機(jī)AR技術(shù)平臺(tái)，如阿里AR、網(wǎng)易AR、京東AR等。眾所周知的支付寶AR掃福、掃一掃識(shí)別植物就是手機(jī)AR技術(shù)走進(jìn)大眾視野的典型案例。

2? 理論價(jià)值和實(shí)踐意義

2.1? 理論價(jià)值

以當(dāng)前的社區(qū)教育課程為研究對(duì)象，分析傳統(tǒng)社區(qū)教育課程的固有局限性，發(fā)現(xiàn)存在時(shí)空界限、不便利、乏味等不足之處，利用手機(jī)AR技術(shù)來打破當(dāng)前課程的壁壘，為AR技術(shù)在我國社區(qū)教育，乃至整體教育方面的研究和應(yīng)用提供了新的實(shí)例，并在技術(shù)創(chuàng)新、應(yīng)用領(lǐng)域方面具備較強(qiáng)的創(chuàng)新性。

2.2? 實(shí)踐意義

通過手機(jī)AR技術(shù)，使社區(qū)教育課程更易于理解接受，更加豐富有趣，更加便捷。在實(shí)踐意義方面，一是可以提高學(xué)員對(duì)課程的理解度和喜好度，從而吸引學(xué)員認(rèn)真學(xué)習(xí)并充分掌握課程知識(shí);二是可以實(shí)現(xiàn)學(xué)員“足不出戶”，利用片段化時(shí)間即可完成學(xué)習(xí)的體驗(yàn);三是可以提高社會(huì)教育課程的質(zhì)量和受眾程度，促進(jìn)社區(qū)教育真正成為大眾人群提高素質(zhì)和生活質(zhì)量的一把利器。

3? 手機(jī)AR技術(shù)在社區(qū)教育課程資源中的應(yīng)用

社區(qū)教育課程資源紛繁復(fù)雜，包括家庭教育、才藝娛樂、養(yǎng)老護(hù)理、生活家居、實(shí)用技能、科普知識(shí)等類別，其中不乏一些可利用AR技術(shù)來提高學(xué)員學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)教學(xué)效果提升的課程資源。例如：科普類課程中的“太陽系之八大行星”，才藝娛樂類課程中的“五分鐘瑜伽”、生活家居類課程中的“家庭養(yǎng)花小技巧”等。接下來，本文將以科普類課程中“太陽系之八大行星”為例，介紹如何將手機(jī)AR技術(shù)應(yīng)用在社區(qū)教育課程資源中。

3.1? AR社區(qū)課程設(shè)計(jì)與規(guī)劃

確定課程內(nèi)容為八大行星后，需要對(duì)課程進(jìn)行前期的設(shè)計(jì)與規(guī)劃。首先，需要挖掘哪些知識(shí)點(diǎn)是需要利用AR技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。在常規(guī)課程中，授課老師會(huì)圍繞八大行星名字的來源以及行星的排列順序來介紹，必要時(shí)配以圖片和視頻來輔助教學(xué)。若此時(shí)在教學(xué)中引入AR技術(shù)，學(xué)員們?cè)趯W(xué)到每個(gè)行星時(shí)，都可以通過手機(jī)掃描視頻中行星的平面圖片，顯現(xiàn)出行星的3D立體效果，并可以對(duì)行星進(jìn)行放大、縮小、360°旋轉(zhuǎn)等操作。除此之外，八大行星圍繞太陽運(yùn)動(dòng)的過程，也可以疊加在真實(shí)場景中呈現(xiàn)在學(xué)員的面前，學(xué)員可以與模型進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)，這樣就可以大大激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)習(xí)效果。因此，在“太陽系之八大行星”這門課程中，八大行星的外觀、圍繞太陽運(yùn)行的過程等方面可以作為實(shí)現(xiàn)AR技術(shù)的知識(shí)點(diǎn)。

3.2? 手機(jī)AR技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

實(shí)現(xiàn)手機(jī)AR技術(shù)主要需要分為四個(gè)階段：（1）AR技術(shù)建立數(shù)據(jù)庫階段;（2）3D模型建立階段;（3）Unity設(shè)計(jì)與開發(fā)階段;（4）生成手機(jī)可執(zhí)行文件與調(diào)試階段。流程圖如圖1所示。

3.2.1? AR技術(shù)建立數(shù)據(jù)庫階段

Vuforia作為開發(fā)者最青睞的AR SDK，具有眾多的功能以及高質(zhì)量的識(shí)別技術(shù)，與Unity引擎結(jié)合讓AR開發(fā)變得十分容易上手，Vuforia的SDK支持很多平臺(tái)，包括iOS、Android、UWP，能夠適配市面上大部分的移動(dòng)終端。因此在社區(qū)課程開發(fā)中，利用Vuforia能快速幫助授課老師走進(jìn)AR世界。

Vuforia插件的使用需要在官網(wǎng)注冊(cè)一個(gè)賬號(hào)，然后配置數(shù)據(jù)庫，將八張不同行星的平面圖片存到數(shù)據(jù)庫中，如圖2所示，獲得一個(gè)key，填入到Unity引擎中App License Key中，并將打包數(shù)據(jù)庫生成的unity package文件導(dǎo)入U(xiǎn)nity引擎。此時(shí)，點(diǎn)擊Unity引擎中GameObject里Vuforia Engine下的Image對(duì)象，即可看到已上傳在官網(wǎng)數(shù)據(jù)庫里的八大行星平面圖片。

3.2.2? 3D模型建立階段

AR技術(shù)呈現(xiàn)給學(xué)員的是八大行星的3D模型，因此，需要將平面圖片變成三維立體，也就是建模。目前使用起來比較方便且性能優(yōu)良的三維建模設(shè)計(jì)軟件有Maya、3Dmax、SketchUp等，這些建模軟件具有強(qiáng)大的渲染功能，能使模型的色彩以及線條紋路更加真實(shí)、美觀。模型輸出可選擇為.fbx格式，能與Unity進(jìn)行更好的配合。

3.2.3? Unity設(shè)計(jì)與開發(fā)階段

Unity作為一款性能良好、使用廣泛的三維引擎，具有優(yōu)秀的視覺效果和渲染能力，并且擁有強(qiáng)大而簡潔的編輯器。首先，將Vuforia插件生成的八大行星數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入到Unity引擎中，進(jìn)行相應(yīng)的軟件代碼調(diào)試及參數(shù)設(shè)置。其次，將建立完成的八大行星3D模型導(dǎo)入到Unity引擎中，將3D模型放置到八大行星對(duì)應(yīng)的ImageTarget對(duì)象下，從而建立平面圖片與3D模型的聯(lián)系，如圖3所示。

除了捕捉八大行星平面圖片能出現(xiàn)對(duì)應(yīng)3D模型外，還可編寫對(duì)每個(gè)行星進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、放大、縮小等交互程序以及八大行星繞太陽旋轉(zhuǎn)程序、自身旋轉(zhuǎn)程序等，以使模型更加靈活，互動(dòng)性更強(qiáng)。

3.2.4? 生成手機(jī)可執(zhí)行文件與調(diào)試階段

在Unity引擎界面將開發(fā)好的八大行星內(nèi)容生成手機(jī)可執(zhí)行文件，現(xiàn)在市面上智能手機(jī)系統(tǒng)主要分為iOS系統(tǒng)及Android系統(tǒng)，Unity引擎針對(duì)這兩個(gè)系統(tǒng)都可以對(duì)應(yīng)發(fā)布相應(yīng)的可執(zhí)行文件。如發(fā)布到Android系統(tǒng)上，可生成八大行星.apk文件，用手機(jī)安裝此文件，啟用攝像頭，即可實(shí)現(xiàn)掃描八大行星圖片生成3D模型的功能，并可對(duì)模型進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、放大、縮小等交互操作。如圖4所示。

3.3? 社區(qū)課程資源制作

近年來，社區(qū)教育課程資源主要以數(shù)字化資源為主，數(shù)字化資源課程主要針對(duì)某一知識(shí)點(diǎn)聚焦講授，利用圖片、聲音、文字、圖像來配合教學(xué)，時(shí)長為5～15分鐘，通過網(wǎng)絡(luò)，學(xué)員居家即可學(xué)習(xí)自己感興趣的社區(qū)課程。社區(qū)數(shù)字化課程制作流程如圖5所示。

3.3.1? 社區(qū)課程腳本設(shè)計(jì)

課程腳本是一門課程的靈魂，課程講的好不好、是否受學(xué)員歡迎，腳本是關(guān)鍵，因此，在設(shè)計(jì)課程腳本的時(shí)候一定要前后做好鋪墊、突出課程主題，規(guī)范用語，必要時(shí)設(shè)計(jì)好手勢(shì)動(dòng)作，使后期制作更加協(xié)調(diào)。5～15分鐘的視頻課程對(duì)應(yīng)的腳本字?jǐn)?shù)大致為800～2 500字。例如，“太陽系之八大行星”腳本中可圍繞八大行星的名字由來、八大行星的外觀、八大行星的位置等內(nèi)容進(jìn)行介紹，每個(gè)行星的篇幅大約為300字為宜。

3.3.2? 授課教師出鏡錄制課程

課程腳本撰寫完成后，授課老師需要在特定的環(huán)境進(jìn)行課程錄制，如藍(lán)箱、綠箱等。藍(lán)色或者綠色背景可以在后期制作時(shí)摳除掉，替換成自己設(shè)計(jì)的背景。例如，老師在藍(lán)箱錄制“太陽系之八大行星”，雖然錄制時(shí)背景為藍(lán)色，但可在后期制作時(shí)將藍(lán)色背景換成宇宙星空的背景。另外，老師出鏡錄制時(shí)要注意保持良好的教姿教態(tài)，表情自然。

3.3.3? 后期剪輯并制作

現(xiàn)在主流電腦后期剪輯視頻軟件有Edius、Premiere、愛剪輯等，這些軟件操作簡單、功能強(qiáng)大。以Eidus為例，將老師在藍(lán)箱出鏡錄制好的視頻導(dǎo)入到軟件中，可利用色度鍵對(duì)其授課背景進(jìn)行一鍵摳像，并添加授課背景;還可對(duì)搜集好的與八大行星相關(guān)的圖片、視頻等素材進(jìn)行視頻布局、添加動(dòng)畫特效等，使課程內(nèi)容更加豐富，形式更加多樣。后期剪輯制作基本完成后，還可對(duì)老師講述的內(nèi)容配加字幕，幫助學(xué)員更好地把握課程內(nèi)容。

3.3.4? 生成MP4視頻課程

剪輯軟件都具有窗口預(yù)覽功能，后期制作好的內(nèi)容都可以在窗口預(yù)覽，有問題之處可以繼續(xù)進(jìn)行修改，直至修改無誤后輸出視頻，一般輸出視頻的格式選用MP4格式。

3.4? 手機(jī)AR技術(shù)與社區(qū)課程融合

當(dāng)“太陽系之八大行星”課程中介紹每顆行星時(shí)或者介紹八大行星圍繞太陽運(yùn)行軌跡時(shí)，可在課程右下角插入預(yù)置好的行星平面圖片，如圖6所示，當(dāng)學(xué)員觀看視頻課程時(shí)，點(diǎn)開手機(jī)AR程序，即可掃描視頻中右下角圖片生成行星的3D模型，并與模型進(jìn)行互動(dòng)，從而完成手機(jī)AR技術(shù)與社區(qū)課程的融合。

3.5? 總體框架流程

手機(jī)AR技術(shù)應(yīng)用在社區(qū)教育課程資源中的一般流程如圖7所示。

4? 結(jié)? 論

如今，終身教育學(xué)習(xí)體系不斷構(gòu)建，社區(qū)教育作為終身教育的一部分，擔(dān)負(fù)著推動(dòng)全民學(xué)習(xí)的重任，而社會(huì)對(duì)于社區(qū)課程的質(zhì)量和展現(xiàn)形式要求也越來越高，基于手機(jī)AR技術(shù)的社區(qū)課程以其明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)必將在社區(qū)教育中獲得越來越多的重視，展現(xiàn)其獨(dú)有的魅力，為社區(qū)學(xué)員提供更佳的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

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作者簡介：欒婷婷（1990—），女，漢族，遼寧普蘭店人，講師，碩士研究生，研究方向：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、數(shù)字化資源建設(shè)、智能控制;于超（1989年—）男，漢族，遼寧沈陽人，講師，碩士研究生，研究方向：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。