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《增強現(xiàn)實技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、增強現(xiàn)實技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用研究發(fā)布時間:2009-5-6????閱讀:2822徐媛【摘要】增強現(xiàn)實（AugmentedReality,AR）是把計算機生成的虛擬信息合成到用戶看到的真實世界中，使真實世界與虛擬物體實時疊加到同一時空而同時存在的一種技術(shù)。本文介紹了增強現(xiàn)實的概念、特點和技術(shù)原理，根據(jù)增強現(xiàn)實系統(tǒng)所具備的性能和已有研究成果，探討了其在教與學(xué)中的應(yīng)用方式，試圖為增強現(xiàn)實進入教育領(lǐng)域提供借鑒?！娟P(guān)鍵詞】增強現(xiàn)實；虛擬現(xiàn)實；教學(xué)應(yīng)用引言 ??近年來，虛擬現(xiàn)實（VirtualReality，VR）吸引了大眾極大的注意。VR的基本思想是使用戶沉浸于由計算機創(chuàng)造的“虛
2、擬三維世界”。然而它的不足也很明顯：它們將其中的用戶從他們身邊的真實世界中隔離了出來。而增強現(xiàn)實（AugmentedReality,AR）的潛能將更巨大：該技術(shù)采用的是補充增強真實世界的顯示而非替代，用戶在看到他身邊真實世界的同時可以看到被復(fù)合到真實世界中的計算機圖形?；谠鰪姮F(xiàn)實如此的潛力和優(yōu)勢，本文將探討增強現(xiàn)實在教育領(lǐng)域的應(yīng)用。一、增強現(xiàn)實簡介 1.虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實 虛擬現(xiàn)實（VR）將平面的二維網(wǎng)絡(luò)世界轉(zhuǎn)變?yōu)槌錆M新的吸引力的三維世界，使人們對計算機功能的認(rèn)識躍遷到一個更高層次。盡管虛擬現(xiàn)實技術(shù)能模擬十分逼真的三維世界，但它創(chuàng)造的虛擬環(huán)境與現(xiàn)實物理世界基
3、本是完全分割的，若將真實世界與虛擬世界結(jié)合將達到更完美的統(tǒng)一。為彌補這種缺陷，虛擬現(xiàn)實進一步發(fā)展產(chǎn)生了增強現(xiàn)實（AR）。關(guān)于VR與AR的關(guān)系，為AR下定義的Millgram在1994年描述了一種分類法來確定兩者的工作關(guān)系，他定義了一個現(xiàn)實與虛擬的連續(xù)統(tǒng)一體[1]，由該圖我們可以清楚地理解AR與VR的關(guān)系: 2．增強現(xiàn)實 增強現(xiàn)實通過計算機技術(shù)，將虛擬的信息應(yīng)用到真實世界，真實的環(huán)境和虛擬的物體實時疊加到同一個畫面或空間中同時存在；再通過硬件和軟件系統(tǒng)的協(xié)調(diào)作用，使得身處其中的用戶可以以更加自然的方式與環(huán)境中的真實和虛擬物體進行三維實時交互。HRL實驗室的Ron
4、aldAzuma這樣定義增強現(xiàn)實：虛實結(jié)合，實時交互，三維注冊[2]?！ ≡鰪姮F(xiàn)實對人的視覺系統(tǒng)進行了景象增強與擴張，信息的顯示與用戶的所見所聞所感結(jié)合起來，實現(xiàn)了虛擬信息與真實世界的無縫連接，為虛擬世界和現(xiàn)實世界的接軌提供了空間，將用戶花在切換和對應(yīng)現(xiàn)實與虛擬世界上的時間和工作量降低，從而使計算機界面和用戶眼中的世界完美地合二為一。這種增強現(xiàn)實系統(tǒng)具有較虛擬現(xiàn)實更廣闊的應(yīng)用潛力和空間。二、增強現(xiàn)實特點和技術(shù)原理 1．AR特點 （1）真實性。增強現(xiàn)實的優(yōu)越性體現(xiàn)在實現(xiàn)了虛擬世界中的事物和用戶周圍真實環(huán)境的結(jié)合，它對用戶而言是真實世界和虛擬物體的共存?！ 。?）
5、實時互動性。增強現(xiàn)實最大的意義在于虛擬世界和真實世界的實時同步，理想的AR使人們可以在現(xiàn)實世界中真實地感受來自虛擬空間的一切模擬或幻想的事物，令我們更加容易進入角色，大大增強了使用的趣味性和實用性?！ 。?）實用性。廣州英獅公司研發(fā)出了新型混合現(xiàn)實技術(shù)，結(jié)合數(shù)字圖像基礎(chǔ)分析技術(shù)，將現(xiàn)時相對昂貴的AR捕捉設(shè)備成本降到最低，只需要一個普通攝像頭[3]。因此，通過技術(shù)優(yōu)化，我們可以做到使用一般的廉價通用設(shè)備而使之靈敏度達到一些高級設(shè)備的水準(zhǔn)，使AR技術(shù)在現(xiàn)實世界中更加實用。 2．技術(shù)原理 通過增強現(xiàn)實，用戶在感觀到真實環(huán)境的同時能在虛擬影像的指導(dǎo)下接觸操作真實物體。
6、在技術(shù)上，大多數(shù)的增強現(xiàn)實都是通過圖形疊加的方式把虛擬圖像置于真實的圖像或環(huán)境中，其關(guān)鍵技術(shù)構(gòu)成包括四點[4][5]： ?。?）顯示技術(shù)：AR的顯示設(shè)備主要用于顯示虛擬圖像與真實環(huán)境相疊加所產(chǎn)生的影像。人類從外界所獲得的信息有近80%是通過眼睛得到的，因此AR系統(tǒng)中的頭盔顯示技術(shù)成為整個系統(tǒng)的關(guān)鍵問題之一。用于AR的顯示器包括頭盔式顯示器（HMD）、手持顯示器和投影顯示器。目前主要使用的是透視式頭盔顯示器，如光學(xué)透視式HMD、視頻透視式HMD等?！ 。?）跟蹤和定位技術(shù)：為了交互，AR需要進行定位，準(zhǔn)確跟蹤用戶的位置和視域方向，以確定用戶的觀察點和計算機生成的虛擬
7、物體在三維場景中的準(zhǔn)確位置。目前在準(zhǔn)備好的室內(nèi)環(huán)境中能夠?qū)崿F(xiàn)較好的定位效果，對于室外的、移動的AR應(yīng)用，跟蹤計算對象的實時位置還比較困難?！ 。?）界面和可視化技術(shù)：在感觀到的真實環(huán)境中與虛擬信息進行實時交互是比較困難的，用戶如何與AR交互以及如何有效地在AR顯示器上表現(xiàn)信息是增強現(xiàn)實的另一個關(guān)鍵點。AR系統(tǒng)的定位錯誤是很難避免的，如何解決并實現(xiàn)有效的可視化目前正在研究當(dāng)中?！ ?4)標(biāo)定技術(shù)：為生成準(zhǔn)確的定位，AR系統(tǒng)需要進行大量的標(biāo)定。目前AR標(biāo)定使用攝像機標(biāo)定的原理，以及許多手動標(biāo)定技術(shù)。研究人員正在對如何避免或減少使用標(biāo)定的方法進行探索。三、增強現(xiàn)實在教與
8、學(xué)中的應(yīng)用
