AR技术在机械类教材的应用及设计策略

刘强 韩旭俊 段成浩

【摘 要】随着AR技术的水平提高和应用门槛的降低，AR技术已日渐普及，AR技术的虚实结合、实时交互和维度丰富的特点尤其适用于高校教材。本文以机械类教材为例，通过分析AR技术应用与高校教材的优势和存在问题，提出对 AR技术在教材应用的设计策略。

【关键词】AR;机械;教材

中图分类号： TP399-C1文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）02-0065-002

随着信息技术日新月异的发展，数字化浪潮给我们的生活带来前所未有的改变，自魏晋时期便已出现的纸质图书也将顺应时代进行数字化升级。以机械类教材为例，其中大量出现的原件图稿、机械结构、装配流程等内容在传统教材中只能以二维图画形式呈现，读者阅读时需自行“脑补”出立体结构，无法直观地将内容呈献给读者。将AR技术加入到教材中，可将原来纸质图书无法承载的音视频、三维图形、动画等内容融合进教材，提升读者的阅读体验。如何将AR技术与传统纸质教材真正结合起来，将图书的内容用更加直观的方式呈现出来，是当前出版从业人员需要思考的问题[1]。

1 AR技术应用于纸质教材

利用AR技术可以让纸质图书呈现多媒体内容并实现交互，现有技术条件下的AR图书主要是通过智能手机、平板电脑等设备安装AR APP，利用的摄像头去扫描图书上特定的图片或标识，在设备屏幕上将呈现与标识匹配的多媒体信息，若呈现的内容是三维模型，旋转图书时模型也随之旋转，读者可从各个角度查看模型的全貌，并点击屏幕进行互动。机械类教材的科学性、专业性、实践性都很强， 涉及的知识和能力的范围比较宽， 面对专业知识知识水平较低的读者，AR技术是直观呈现书中知识的不二选择[2]。AR技术将虚拟的三维模型、动画与传统图书很好的结合起来，目前已经有多家出版将AR技术应用于少儿科普图书上，而专业教材方面还鲜有涉及。

2 AR技术在机械类教材中应用的优势

2.1 更直观的呈现方式

机械类教材中包含大量图稿，图稿质量的高低很大程度上可以直接衡量该书的好坏，读者对于图稿的理解直接影响读者对于知识理解的正确与否。借助AR技术读者不必通过传统的三视图、轴测图、照片等图稿“脑补”教材中出现的原件或设备的全貌，通过扫描图稿可以直接360°查看其三维模型;对于某些复杂设备的装配图，也不必去“脑补”空间结构，直接扫描图稿即可查看3D装配动画或视频，这种直观的呈现方式可以将晦涩难懂的专业知识用读者喜闻乐见的形式表现出来，给读者带来极大便利，可激发学习兴趣提高学习效率[3]。

2.2 更好的阅读体验

传统纸质教材是由作者向读者单向传遞信息，读者只能被动接受并自行理解其中的内容，而AR图书可以通过APP实现作者与读者的实时交流;借助模型交互技术，对于书中出现的模型、动画，双方可以借助APP通过直接操作三维模型的方式进行设备原理、装配等内容的演示交流[4]。

2.3 可随时对教材的内容进行扩充

传统图书出版之后如果要增加新内容只能等教材再版时增加新内容，借助AR技术，作者可以随时将图书的增改内容上传，读者通过扫描图书可以及时获取图书的新增内容;对于一些新理论、新技术，教材出版时还没有实际应用案例，待实际案例出现后读者直接扫描即可获取相关案例信息，免去读者频繁查找资料之苦。

3 AR技术在机械类教材应用中存在的问题

3.1 成本问题

去除纸质图书的成本之外，与之配套的AR APP的制作是一个庞大的工程，需要出版社、建模人员、艺术设计人员、交互技术研发人员等多方协同。因此，制作成本较高，图书价格也比较高。除去金钱成本，时间成本也是不得不考虑的因素，建模、渲染、交互技术等都需要投入大量的时间，后期还需进行测试、优化，导致整个周期较长。目前比较常见的采用AR技术的儿童趣味读物，其售价远高于同类的传统图书，但目前随着技术的不断成熟其成本正在逐渐下降[3]。

3.2 AR APP需长期维护

随着智能终端系统的不断升级和教材内容的更新，APP需要随之更新。纸质教材的生命周期较长，在教材的销售、使用期间和其后很长一段时间内，都会有大量读者持续使用，这就要求APP要持续的维护并提供技术支持。

3.3 读者的认可度

虽然国内已经有多家出版社尝试去做AR图书，但是因为技术瓶颈和成本限制，大多是浅尝辄止。纵观市场上的AR图书，质量参差不齐，真正能够实现具有交互性AR体验的少之又少。AR技术目前仍是新兴技术，想要获得读者和教育机构的广泛认可仍有很长的路要走。

4 基于AR技术的机械类教材设计策略

AR技术与机械类教材的结合，为传统教材转型升级提供了一种新的可能。然而，通过前文分析，我们可以看到，我国AR技术应用于机械类教材的出版尚存在诸多问题。要让基于AR技术的机械类教材成为一种社会广泛采纳、师生喜闻乐见的教材形式，实现更大的经济价值和社会价值，相关出版单位应有针对性地实施出版策略。

4.1 优化阅读体验

4.1.1 营造多感官的阅读体验

作为最基础和最直接的体验方式，感官体验是人类认识事物的主要途径。在阅读时，通过AR技术引入视觉、听觉、触觉等多种感官体验，使读者更真实、更直观地感受书中描述的复杂机械原理，加深读者对于相关理论、结构的理解。因此，在AR机械类教材的设计中，要注重多感官的表达，不仅要考虑纸质内容与AR数字内容的衔接、过渡，还要考虑从艺术性、三维制作、动画设定、声效控制和互动关系等方面实现图书在视觉、听觉、触觉等感官体验上的功能，为读者营造虚实交融的阅读体验。在视觉上，应利用AR技术突破原有的静态的视觉表达方式，代之以动画、视频、丰富的三维模型来表达信息;从听觉上，可以借助增强现实技术在书中植入真实、自然的声音，以此赋予枯燥知识生命的活力，使读者在阅读时亦能感受到真实的气息;在触觉上，通过点触交互带来别样的阅读体验。

4.1.2 完善交互设计

交互设计是指在人与产品、服务或系统之间创建一系列对话，这种对话可以是实体上的，也可以是情感上的。良好的交互设计拥有完善的对话机制，能够满足用户多样化的需求。AR技术应用于机械类教材的信息架构包括两个层面，分别是现实世界的纸质图书内所含信息和利用AR技术呈现的虚拟世界的信息。交互设计是连接现实世界与虚拟世界的桥梁，读者借助AR技术由现实的信息世界进入虚拟的信息世界。AR图书的对话机制是读者通过智能移动设备和扫描行为与图书进行交互，良好的设计能够让读者流畅地参与对话过程。因此AR图书若要在读者和图书之间创建流畅的对话，首先需要选择合适的硬件与运行平台，其次要创建利于读者操作的交互界面，最后要注重内容呈现的效果[5]。

4.2 提升内容质量

基于AR技术的机械类教材最终能否得到长期稳定的读者，最终还取决于其图书质量是否最大限度地满足了读者的要求。因此，一方面要保证图书纸质内容的原创性和高质量，另一方面，机械类教材本身非常严谨，虚拟内容的设计在科学严谨的呈现内容的前提下既要讲求创意，也要符合读者的阅读和操作习惯。

4.3 提高编辑出版技术水平

出版产业每一次突破性的发展都得益于关键技术的革新。AR技术是纸质出版物在新媒体信息技术方面的一个重要升级，是纸媒在数字时代创新发展的有效途径，具有广阔的想象和发展空间。因此，相关出版机构应加强关键技术的突破，推进其规模化应用。首先，出版社编辑人员要及时更新观念，不断补充新知识，及时关注和了解有关新技术的动态。在对增强AR图书进行编辑策划时，编辑人员不仅要具有策划纸质内容的功底，还要懂得如何设计数字媒体内容，使纸质书上的静态图文和增强现实内容形成一个和谐有机的整体[1]。

5 结论

作为科学知识的重要载体，教材是广大学生的良师益友，是有志青年走近科学、认知世界的桥梁。传统利用陈述性文字进行知识传达的方式，已经难以满足当今科技时代背景下学生对知识的渴求。因此，当前阶段我们急需寻求一种新旧媒体优势融合的技术创新方法。AR技术应用于教材能使学生在翻看实体书的同时，通过计算机或移动终端，将纸质书与周边环境和书内的虚拟场景、角色融合在一起，并与书内的内容进行自然交互。这种新奇的阅读体验能够极大地提升学生的阅读兴趣，以寓教于乐的方式对学生有效地进行知识传播。

【参考文献】

[1]张于.AR技术在少儿科普图书的应用及设计策略[J]. 科技传播，2017，9（11）：86-87.

[2]劉洁.AR技术在医学图书中的应用前景分析[J].内蒙古科技与经济，2017，卷缺失（17）：77-78.

[3]张世钦.基于AR技术的教育出版现状与思考[J].科技与出版，2017，卷缺失（5）：85-89.

[4]蔡苏，张晗.VR/AR教育应用案例及发展趋势[J].数字教育，2017，3（3）：1-10.

[5]张冠玉.AR技术应用于传统教育出版物的可行性分析[D].[出版地不详]：北京印刷学院，2017.