傳統(tǒng)的兒童智力開發(fā)大多采用觀看圖書或是視頻的方式,存在信息表達(dá)單一、缺乏生動性、交互性差等缺陷。在兒童智力開發(fā)理論基礎(chǔ)上,將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）結(jié)合,基于Unity3D平臺設(shè)計(jì),開發(fā)出具有游戲式風(fēng)格的兒童智力開發(fā)系統(tǒng)。VR技術(shù)用于開發(fā)虛擬漫游模塊,通過沉浸式交互體驗(yàn),培養(yǎng)兒童對身邊事物的認(rèn)知及觀察能力。AR技術(shù)用于開發(fā)識圖模塊,通過3D的學(xué)習(xí)方式,為兒童傳遞更豐富更具體的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,AR-VR混合技術(shù)能構(gòu)建出高度真實(shí)的學(xué)習(xí)環(huán)境,具有多感官交互效果,增強(qiáng)兒童對現(xiàn)實(shí)環(huán)境的感知和學(xué)習(xí)能力,相較于傳統(tǒng)的兒童智力開發(fā),該系統(tǒng)能幫助兒童獲得更好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和交互方式,激發(fā)兒童的學(xué)習(xí)興趣。 

【文章來源】：計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用. 2020,56(23)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

導(dǎo)航地圖示意圖

笆鋇奶?驗(yàn)感，絢麗的粒子特效可以讓激發(fā)兒童的學(xué)習(xí)積極性。系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)兒童學(xué)習(xí)到知識后會出現(xiàn)粒子的爆炸發(fā)光效果，提示兒童完成學(xué)習(xí)任務(wù)。（1）粒子屬性首先，設(shè)計(jì)粒子系統(tǒng)屬性包括：粒子數(shù)量、粒子大孝粒子顏色、粒子速度、粒子加速度、粒子生命值等信息。然后初始化所有粒子的初始屬性值，設(shè)粒子的坐標(biāo)為(x,y,z)，則粒子系統(tǒng)中粒子初始坐標(biāo)通過公式（1）計(jì)算隨機(jī)得出。x=rand()%R,y=rand()%R,z=R2-x2-y2（1）其中，R為常數(shù)，取值100。（2）粒子運(yùn)動粒子在運(yùn)動過程可被近似為斜拋運(yùn)動，如圖3所示。其中，系統(tǒng)粒子速度位移更新過程可以描述為：Vx=Vcosα（2）Vy=Vsinα-gt（3）Sx=V(cosα)t（4）Sy=V(sinα)t-1/2gt2（5）其中，Vx為系統(tǒng)粒子水平方向速度，Vy為系統(tǒng)粒子豎直方向速度，Sx為系統(tǒng)粒子水平方向位移，Sy為系統(tǒng)粒子豎直方向位移，V為系統(tǒng)粒子瞬時速度，α為速度V與水平方向夾角，t為粒子運(yùn)行時間。（3）觸發(fā)實(shí)現(xiàn)粒子觸發(fā)檢測采用射線技術(shù)實(shí)現(xiàn)。射線是一條從物體上的一點(diǎn)向其運(yùn)動方向發(fā)出的射線，通過判斷射線與其他物體的碰撞器是否相交以及物體間距離來進(jìn)行檢測。系統(tǒng)中，當(dāng)點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵時，從鼠標(biāo)點(diǎn)擊處向目標(biāo)物體發(fā)射一條射線，若在檢測范圍內(nèi)，則產(chǎn)生粒子效果，代碼如下所示：if（Input.GetMouseButtonDown（0））{Rayray=Camera.main.ScreenPointToRay（）；if（Physics.Raycast（ray，outhit））{hitname=hit.collider.name；GameObjectparticles=Instantiate（onClickparticle，hit.point，Quaternion.identity）asGameObject；2.2.3導(dǎo)航地圖實(shí)現(xiàn)兒童在虛擬世界中可以對身邊事物隨時學(xué)習(xí)。為此，場景中?

曛臼侗鶚迪?傳統(tǒng)識別標(biāo)志物大多采用二維碼實(shí)現(xiàn)，具有識別速度快、精度高等優(yōu)點(diǎn)，但同時也存在著不美觀、信息表達(dá)不直觀等缺陷[13]。為了避免二維碼標(biāo)志物的缺陷，系統(tǒng)中的標(biāo)志物利用卡通形象的學(xué)習(xí)卡片實(shí)現(xiàn)，待掃描的標(biāo)志物卡片為學(xué)習(xí)內(nèi)容的形象化表達(dá)，更加直觀形象地體現(xiàn)出AR交互內(nèi)容，并且可以在標(biāo)識物所在的空間上注冊虛擬場景。如圖5所示，為系統(tǒng)部分標(biāo)志物卡片識別效果圖。具體實(shí)現(xiàn)時，系統(tǒng)將攝像頭捕獲的視頻流轉(zhuǎn)換為二值圖像進(jìn)行計(jì)算分析，查找是否有和目標(biāo)一致的特征點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)跟蹤識別功能，識別效果如圖6所示，黃色小叉為圖像特征點(diǎn)，部分實(shí)現(xiàn)代碼如下：for（inttIdx=0；tIdx<state.getNumActiveTrackables（）；tIdx++）{constQCAR::Trackable*trackable=state.getActiveTrack-able（tIdx）；QCAR::Matrix44FmodelViewMatrix=QCAR::Tool::convertPose2GLMatrix（trackable->getPose（））；inttextureIndex=（!strcmp（trackable->getName（），"stones"））?0：1；constTexture*constthisTexture=textures[textureIndex]；}2.2.6虛實(shí)融合實(shí)現(xiàn)虛實(shí)融合可以提高兒童體驗(yàn)的真實(shí)感，向兒童呈現(xiàn)出具有高度逼真感的虛實(shí)融合新環(huán)境[14]。系統(tǒng)在完成標(biāo)識模板的識別后，得到標(biāo)識的編號ID，由于每個標(biāo)識都與某個預(yù)先設(shè)計(jì)好的三維虛擬物體對應(yīng)。根據(jù)識別標(biāo)識的ID號可以匹配得到需要加載的虛擬物體。然后根據(jù)攝像機(jī)定標(biāo)法求出攝像機(jī)位姿數(shù)據(jù)，從而得到需要加載的3D虛擬物體的具體位置。最后，在計(jì)算機(jī)顯示器、智能手機(jī)或頭盔顯示設(shè)備上完成圖像的輸出。2.2.7系統(tǒng)交互實(shí)現(xiàn)交互性是兒童智力開發(fā)系統(tǒng)的一個重要特征[15]，地形寬W小地圖寬w小地圖長l映射物體(x,y)目標(biāo)物體(X,Y)地形長L圖4

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]移動增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 王佳順.南京郵電大學(xué) 2018
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[3]基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的三維注冊技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 劉運(yùn)強(qiáng).華東師范大學(xué) 2017
[4]基于視覺的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 陸佳輝.上海大學(xué) 2017
[5]增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育軟件產(chǎn)品交互設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[D]. 程一君.蘇州大學(xué) 2015



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