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《增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用研究發(fā)布時(shí)間:2009-5-6????閱讀:2822徐媛【摘要】增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AugmentedReality,AR）是把計(jì)算機(jī)生成的虛擬信息合成到用戶看到的真實(shí)世界中，使真實(shí)世界與虛擬物體實(shí)時(shí)疊加到同一時(shí)空而同時(shí)存在的一種技術(shù)。本文介紹了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的概念、特點(diǎn)和技術(shù)原理，根據(jù)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)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(qiáng)現(xiàn)實(shí)進(jìn)入教育領(lǐng)域提供借鑒?！娟P(guān)鍵詞】增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)；虛擬現(xiàn)實(shí)；教學(xué)應(yīng)用引言 ??近年來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)（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(jì)算機(jī)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(shí)世界中隔離了出來(lái)。而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AugmentedReality,AR）的潛能將更巨大：該技術(shù)采用的是補(bǔ)充增強(qiáng)真實(shí)世界的顯示而非替代，用戶在看到他身邊真實(shí)世界的同時(shí)可以看到被復(fù)合到真實(shí)世界中的計(jì)算機(jī)圖形?；谠鰪?qiáng)現(xiàn)實(shí)如此的潛力和優(yōu)勢(shì)，本文將探討增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用。一、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)簡(jiǎn)介 1.虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) 虛擬現(xiàn)實(shí)（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(duì)計(jì)算機(jī)功能的認(rèn)識(shí)躍遷到一個(gè)更高層次。盡管虛擬現(xiàn)實(shí)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(shí)物理世界基
3、本是完全分割的，若將真實(shí)世界與虛擬世界結(jié)合將達(dá)到更完美的統(tǒng)一。為彌補(bǔ)這種缺陷，虛擬現(xiàn)實(shí)進(jìn)一步發(fā)展產(chǎn)生了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（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(lèi)法來(lái)確定兩者的工作關(guān)系，他定義了一個(gè)現(xiàn)實(shí)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(qiáng)現(xiàn)實(shí) 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)，將虛擬的信息應(yīng)用到真實(shí)世界，真實(shí)的環(huán)境和虛擬的物體實(shí)時(shí)疊加到同一個(gè)畫(huà)面或空間中同時(shí)存在；再通過(guò)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(shí)和虛擬物體進(jìn)行三維實(shí)時(shí)交互。HRL實(shí)驗(yàn)室的Ron
4、aldAzuma這樣定義增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)：虛實(shí)結(jié)合，實(shí)時(shí)交互，三維注冊(cè)[2]?！ ≡鰪?qiáng)現(xiàn)實(shí)對(duì)人的視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行了景象增強(qiáng)與擴(kuò)張，信息的顯示與用戶的所見(jiàn)所聞所感結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了虛擬信息與真實(shí)世界的無(wú)縫連接，為虛擬世界和現(xiàn)實(shí)世界的接軌提供了空間，將用戶花在切換和對(duì)應(yīng)現(xiàn)實(shí)與虛擬世界上的時(shí)間和工作量降低，從而使計(jì)算機(jī)界面和用戶眼中的世界完美地合二為一。這種增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)具有較虛擬現(xiàn)實(shí)更廣闊的應(yīng)用潛力和空間。二、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)特點(diǎn)和技術(shù)原理 1．AR特點(diǎn) （1）真實(shí)性。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的優(yōu)越性體現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)了虛擬世界中的事物和用戶周?chē)鎸?shí)環(huán)境的結(jié)合，它對(duì)用戶而言是真實(shí)世界和虛擬物體的共存。 ?。?）
5、實(shí)時(shí)互動(dòng)性。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)最大的意義在于虛擬世界和真實(shí)世界的實(shí)時(shí)同步，理想的AR使人們可以在現(xiàn)實(shí)世界中真實(shí)地感受來(lái)自虛擬空間的一切模擬或幻想的事物，令我們更加容易進(jìn)入角色，大大增強(qiáng)了使用的趣味性和實(shí)用性?！ 。?）實(shí)用性。廣州英獅公司研發(fā)出了新型混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)，結(jié)合數(shù)字圖像基礎(chǔ)分析技術(shù)，將現(xiàn)時(shí)相對(duì)昂貴的AR捕捉設(shè)備成本降到最低，只需要一個(gè)普通攝像頭[3]。因此，通過(guò)技術(shù)優(yōu)化，我們可以做到使用一般的廉價(jià)通用設(shè)備而使之靈敏度達(dá)到一些高級(jí)設(shè)備的水準(zhǔn)，使AR技術(shù)在現(xiàn)實(shí)世界中更加實(shí)用。 2．技術(shù)原理 通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，用戶在感觀到真實(shí)環(huán)境的同時(shí)能在虛擬影像的指導(dǎo)下接觸操作真實(shí)物體。
6、在技術(shù)上，大多數(shù)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)都是通過(guò)圖形疊加的方式把虛擬圖像置于真實(shí)的圖像或環(huán)境中，其關(guān)鍵技術(shù)構(gòu)成包括四點(diǎn)[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(shí)環(huán)境相疊加所產(chǎn)生的影像。人類(lèi)從外界所獲得的信息有近80%是通過(guò)眼睛得到的，因此AR系統(tǒng)中的頭盔顯示技術(shù)成為整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)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(jìn)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(diǎn)和計(jì)算機(jī)生成的虛擬
7、物體在三維場(chǎng)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(duì)于室外的、移動(dòng)的AR應(yīng)用，跟蹤計(jì)算對(duì)象的實(shí)時(shí)位置還比較困難?！ 。?）界面和可視化技術(shù)：在感觀到的真實(shí)環(huán)境中與虛擬信息進(jìn)行實(shí)時(shí)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(qiáng)現(xiàn)實(shí)的另一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。AR系統(tǒng)的定位錯(cuò)誤是很難避免的，如何解決并實(shí)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(jìn)行大量的標(biāo)定。目前AR標(biāo)定使用攝像機(jī)標(biāo)定的原理，以及許多手動(dòng)標(biāo)定技術(shù)。研究人員正在對(duì)如何避免或減少使用標(biāo)定的方法進(jìn)行探索。三、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在教與
8、學(xué)中的應(yīng)用
