基于增強現實技術的電子書系統(tǒng)

1、<p>　　基于增強現實技術的電子書系統(tǒng)</p><p>　　摘 要：對增強現實技術進行簡介，分析增強現實圖書的功能。并對程序具體運行流程、數據結構設計等方面進行介紹，分析該技術的前景。 </p><p>　　關鍵詞：增強現實；教育；圖書；幼兒識字 </p><p>　　增強現實（Augmented Reality 簡稱AR）技術由虛擬現實技術發(fā)展而來。虛

2、擬現實技術旨在創(chuàng)造一個完全虛擬的世界，增強現實技術是在現實世界中疊加虛擬物體，并出現在指定位置，利用感知和顯示設備輸出，進行虛實融合，從而達到對真實現實進行補充的目的。增強現實電子書是利用增強現實技術制作，它在傳統(tǒng)圖書的基礎上增加了聲音、動畫和模型，讓普通的圖書成為能夠進行三維顯示的電子圖，使之直觀易懂，提高讀者學習效率。 </p><p>　　一、增強現實技術的概述 </p><p>　

3、　AR技術能夠把計算機中存儲的信息疊加到真實世界中。AR系統(tǒng)在運行時，從攝像頭讀取真實環(huán)境進行識別，調用相應的虛擬信息，再通過感知設備把計算機生成的虛擬物體疊加到真實場景中，實現對現實的增強。增強現實技術可以增強視覺真實感，用戶可以更加自然的在真實與虛擬之間進行交互，達到更好的應用效果。鑒于其“無縫融合”的特點，該技術可以在醫(yī)療、軍事和教育等領域進行廣泛的推廣和應用。[1] </p><p>　　二、增強現實電子

4、書的功能及設計特點 </p><p>　　增強現實電子書基于AR技術制作，本次所制作的增強現實電子書以幫助幼兒識字為目的，整體風格清晰明快。同時制作了相應實物圖書，讀書時將書上的標識圖區(qū)域放在攝像頭前，計算機會根據讀取到的二維標識圖進行模式匹配，調用加載渲染相應模型，利用三維注冊計算出準確位置并輸出在顯示屏上。這樣讀者在閱讀的同時便可觀賞相應模型，同時該系統(tǒng)能夠進行聲音的播放。我們的系統(tǒng)在完成正常功能的同時，在設

5、計上具有以下幾個優(yōu)點。 </p><p>　　（1）三維展示圖書，生動靈活。在整個制作過程中，我們按書中的內容進行三維模型的制作，并通過OpenGL平臺進行全方位的展示，直觀清晰。 </p><p>　?。?）可以進行多個圖像的識別。該程序在能識別單個圖像的同時，還擴展出能夠同時識別多個不同的圖像的功能，保證程序的可擴展性與發(fā)展空間。 </p><p>　?。?）提

6、高運行速度、減少內存的占用量。在模式匹配、調用加載渲染模型的功能設計中，該系統(tǒng)采用了雙鏈表生成圖的數據結構，父鏈表負責標識圖的識別，子鏈表負責模型的加載。這種數據結構能夠減少模型的調用加載渲染的次數，減少對內存的占用。 </p><p>　?。?）使用攝像頭即可操作，簡單方便。 </p><p><b>　　三、關鍵技術分析 </b></p><p

7、>　　首先初步設計系統(tǒng)，制作標識圖并存入數據庫。再用水杉建模軟件構建相應模型并篩選，留下效果良好模型進一步的完善。接著在已經經過完善并拓展的ARToolKit開發(fā)包上進行更進一步的算法設計，完善功能、減少代碼冗余、減少內存的占用。最后進行模型的實時渲染，在OpenGL平臺上進行展示。 </p><p>　?。?）程序運行流程。本系統(tǒng)用ARToolKit開發(fā)，以下流程運行：在程序運行時，系統(tǒng)會先通過攝像頭收集

8、視頻流，從中截取一陣圖像。再對圖像進行二值化處理使之變?yōu)楹诎讏D像，以便于識別標識。接下來，找出具有標識圖特征的最清晰的一張圖片進行模式匹配，匹配成功后利用增強現實注冊技術計算出模型加載位置，并加載模型。最后將合成的視頻輸出到顯示屏上，進入下一次循環(huán)。[2] </p><p>　?。?）數據結構設計。為了加快程序運行速度，減少內存占用量，可以設計雙鏈表結合生成圖的數據結構。雙鏈表被分為父鏈表和子鏈表，由父結點和子結

9、點連接而成。父結點存儲標識圖名稱、標識圖地址、矩陣變換等信息，設有指向子結點的指針；子結點存儲模型信息、判斷是否需要加載模型的加載標志（簡稱加載標志）和指向父結點的指針等信息。程序運行時首先初始化，完成相關的攝像頭配置等操作，定義結點并依據變量類型使數據初值為NULL或0。接下來完成程序與數據庫的連接，并根據數據庫中已存好的標識圖的信息，生成父結點、連接父鏈表。開啟攝像頭，進入主循環(huán)，系統(tǒng)首先對繪圖方式等進行設置，并判斷是否存在子鏈表，

10、若存在子鏈表，把子結點中所有加載標志改為0。接下來獲取一陣視頻流，從中找出同一標識圖可識別的最清晰的一張，根據標識圖的信息在父鏈表中進行模式匹配，找到包含相同信息的父結點后，判斷其指向子結點的指針是否為空，若指針為空，建立相應子結點，記錄要加載的模型的相關信息，把加載標志改為1；若指針指向不為空，重置需要記錄的相關模型信息，將加載標志改為1。把需要加載的模型的相應信息存儲到子鏈表后，按結點順序逐個結點繪制所存儲的模型。本</p&g

11、t;<p><b>　　四、結語 </b></p><p>　　本文著重闡述了增強現實電子書系統(tǒng)的功能、特點、開發(fā)流程和一些關鍵技術。與虛擬現實技術相比，增強現實技術具有更加自然的融合性與更廣泛的適用性，在工業(yè)設計、教育娛樂等方面均已得到使用。增強現實電子書是將傳統(tǒng)圖書與增強現實技術完美融合，既不失傳統(tǒng)圖書的優(yōu)點，又能夠很好地把學習內容與生活常識相結合，提高了讀者的學習興趣，使

12、學習效率得到提高。隨著該技術的不斷發(fā)展和完善，增強現實技術以及增強現實電子書必能得到廣泛的應用。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1] 許山杉.增強現實電子書的開發(fā)[D].上海：華東師范大學，2011. </p><p>　　[2] 朱孔春.增強現實中基于視覺的三維注冊技術研究[D].沈陽：沈陽航空航天