手机AR技术在社区教育课程制作中的应用研究

栾婷婷 于超

摘  要：近年来，基于智能手机的AR技术应用越来越广泛。将手机AR技术融入社区教育，能够打破传统社区教育的固有局限性，提升学员的学习体验。文章以社区课程“太阳系之八大行星”为例，通过AR社区课程设计与规划、手机AR技术的实现、社区课程资源制作、手机AR技术与社区课程融合等几个步骤，具体阐述了手机AR技术在社区教育课程资源中的应用。

关键词：社区教育;手机;AR技术;社区课程

中图分类号：TP311        文献标识码：A文章编号：2096-4706（2021）22-0176-04

Abstract： In recent years， AR technology based on smart phones is more and more widely used. Integrating mobile phone AR technology into community education can break the inherent limitation of traditional community education and improve students’ learning experience. Taking the community course “the eight planets of the solar system” as an example， this paper specifically expounds the application of mobile phone AR technology in community education course resources through several steps， such as AR community course design and planning， the realization of mobile phone AR technology， the making of community course resources， and the integration of mobile phone AR technology and community course.

Keywords： community education; mobile phone; AR technology; community course

0  引  言

隨着互联网技术与移动化智能设备的迅猛发展，手机、平板电脑等已逐渐渗透到人们的学习生活中。基于移动智能设备的“移动学习”，是在数字化学习的基础上，通过有效结合移动计算机技术，从而带给学习者随时随地学习的全新感受，可以突破时间和空间的限制，具有个性化、低成本等特点，因此成为当下热门的学习方式之一。据统计：2020年度，全国每百户居民移动电话（手机）拥有量为253.8部。可见，利用智能手机进行“移动学习”已经具备了充分的条件。

伴随信息化技术的迅速发展，新的教学方法不断涌现，其中虚拟现实技术（VR）作为当前最具前景的技术之一，已在教学实践中得到一定程度的应用。由于VR技术提供场景为纯虚拟的，模型及程序构建费时费力，且需借助虚拟设备呈现，不利于日常教学普及。而增强现实技术（AR）能够将虚拟环境与真实世界融为一体，实现对现实信息增强，提高用户的沉浸感，且能弥补VR技术的不足，因此具备更明显的技术优势和广阔的应用前景。由于手机方便携带、普及度高，硬件条件满足AR技术需求，因此基于手机的AR技术应用和研究日益增加。

社区教育作为终身教育的一部分，能够提高大众人群的素质和生活质量，对建立学习型社会、和谐社会具有重要意义;国家也高度重视社区教育工作，围绕十四五发展规划，着力推动面向社区、面向农村、面向基层的社区教育服务指导工作。为使社区教育与时俱进，提高大众认可度，既需要知识的准确度与丰富度，又需要更多创新的技术手段作为支撑。应用手机AR技术，首先可以将抽象的概念以可视化方式呈现，如社区课程“太阳系之八大行星”，除常规的文字性、平面性描述之外，还可以以真实场景作为背景，将八大行星与现实环境结合起来作为前景展现，让学员真正感受到八大行星的运动轨迹，使课程“活起来”;其次可以突破传统平面课程的桎梏，例如，在建设“太阳系之八大行星”AR社区课程资源时，学员可通过转动指尖与八大行星实时互动，360°全方位领略宇宙的奥妙，提高学员学习的兴趣，使学习效果倍增;另外，“移动学习”可以满足学员随时随地想学的愿望，大大提高了学习效率。

1  国内外研究现状

1.1  国外研究现状

国外研究人员对于AR技术教育应用研究大部分集中在教学的某一方面，例如Chemistry101是一款比较优秀的教育类AR应用，将手机摄像头对着印有化学元素名或化学式的卡片，移动设备的屏幕上就能够展现出单独的3D立体分子结构。Hsiao和Chang开发了一个增强现实的天气系统，可以帮助学习者学习地理学科中关于大气系统的知识;出版商Tigger Global设计了书籍结合AR的应用。学习者可以下载应用，将平板电脑摄像头扫描正在阅读的图书，屏幕上就能够呈现出书中相对应的3D立体内容信息。可见，在国外已有一些教育机构选择并使用AR技术来作为提升学生学习效果的手段。

1.2  国内研究现状

国内关于AR技术的研究主要集中在高校和科研单位，北京理工大学光电技术与信息系统实验室将圆明园未被破坏前的场景叠加到真实的圆明园废墟上，重现其繁华场景。上海大学与浙江大学合作开发AR场景光源的实时检测和真实感绘制框架。东北大学交互式媒体与计算技术研究所积极探索“VR/AR+工业”的仿真应用，取得一定的成果。除此之外，近年来涌现了一些手机AR技术平台，如阿里AR、网易AR、京东AR等。众所周知的支付宝AR扫福、扫一扫识别植物就是手机AR技术走进大众视野的典型案例。

2  理论价值和实践意义

2.1  理论价值

以当前的社区教育课程为研究对象，分析传统社区教育课程的固有局限性，发现存在时空界限、不便利、乏味等不足之处，利用手机AR技术来打破当前课程的壁垒，为AR技术在我国社区教育，乃至整体教育方面的研究和应用提供了新的实例，并在技术创新、应用领域方面具备较强的创新性。

2.2  实践意义

通过手机AR技术，使社区教育课程更易于理解接受，更加丰富有趣，更加便捷。在实践意义方面，一是可以提高学员对课程的理解度和喜好度，从而吸引学员认真学习并充分掌握课程知识;二是可以实现学员“足不出户”，利用片段化时间即可完成学习的体验;三是可以提高社会教育课程的质量和受众程度，促进社区教育真正成为大众人群提高素质和生活质量的一把利器。

3  手机AR技术在社区教育课程资源中的应用

社区教育课程资源纷繁复杂，包括家庭教育、才艺娱乐、养老护理、生活家居、实用技能、科普知识等类别，其中不乏一些可利用AR技术来提高学员学习兴趣，促进教学效果提升的课程资源。例如：科普类课程中的“太阳系之八大行星”，才艺娱乐类课程中的“五分钟瑜伽”、生活家居类课程中的“家庭养花小技巧”等。接下来，本文将以科普类课程中“太阳系之八大行星”为例，介绍如何将手机AR技术应用在社区教育课程资源中。

3.1  AR社区课程设计与规划

确定课程内容为八大行星后，需要对课程进行前期的设计与规划。首先，需要挖掘哪些知识点是需要利用AR技术来实现的。在常规课程中，授课老师会围绕八大行星名字的来源以及行星的排列顺序来介绍，必要时配以图片和视频来辅助教学。若此时在教学中引入AR技术，学员们在学到每个行星时，都可以通过手机扫描视频中行星的平面图片，显现出行星的3D立体效果，并可以对行星进行放大、缩小、360°旋转等操作。除此之外，八大行星围绕太阳运动的过程，也可以叠加在真实场景中呈现在学员的面前，学员可以与模型进行实时互动，这样就可以大大激发学员的学习兴趣，提升学习效果。因此，在“太阳系之八大行星”这门课程中，八大行星的外观、围绕太阳运行的过程等方面可以作为实现AR技术的知识点。

3.2  手机AR技术的实现

实现手机AR技术主要需要分为四个阶段：（1）AR技术建立数据库阶段;（2）3D模型建立阶段;（3）Unity设计与开发阶段;（4）生成手机可执行文件与调试阶段。流程图如图1所示。

3.2.1  AR技术建立数据库阶段

Vuforia作为开发者最青睐的AR SDK，具有众多的功能以及高质量的识别技术，与Unity引擎结合让AR开发变得十分容易上手，Vuforia的SDK支持很多平台，包括iOS、Android、UWP，能够适配市面上大部分的移动终端。因此在社区课程开发中，利用Vuforia能快速帮助授课老师走进AR世界。

Vuforia插件的使用需要在官网注册一个账号，然后配置数据库，将八张不同行星的平面图片存到数据库中，如图2所示，获得一个key，填入到Unity引擎中App License Key中，并将打包数据库生成的unity package文件导入Unity引擎。此时，点击Unity引擎中GameObject里Vuforia Engine下的Image对象，即可看到已上传在官网数据库里的八大行星平面图片。

3.2.2  3D模型建立阶段

AR技术呈现给学员的是八大行星的3D模型，因此，需要将平面图片变成三维立体，也就是建模。目前使用起来比较方便且性能优良的三维建模设计软件有Maya、3Dmax、SketchUp等，这些建模软件具有强大的渲染功能，能使模型的色彩以及线条纹路更加真实、美观。模型输出可选择为.fbx格式，能与Unity进行更好的配合。

3.2.3  Unity设计与开发阶段

Unity作为一款性能良好、使用广泛的三维引擎，具有优秀的视觉效果和渲染能力，并且拥有强大而简洁的编辑器。首先，将Vuforia插件生成的八大行星数据库导入到Unity引擎中，进行相应的软件代码调试及参数设置。其次，将建立完成的八大行星3D模型导入到Unity引擎中，将3D模型放置到八大行星对应的ImageTarget对象下，从而建立平面图片与3D模型的联系，如图3所示。

除了捕捉八大行星平面图片能出现对应3D模型外，还可编写对每个行星进行旋转、放大、缩小等交互程序以及八大行星绕太阳旋转程序、自身旋转程序等，以使模型更加灵活，互动性更强。

3.2.4  生成手机可执行文件与调试阶段

在Unity引擎界面将开发好的八大行星内容生成手机可执行文件，现在市面上智能手机系统主要分为iOS系统及Android系统，Unity引擎针对这两个系统都可以对应发布相应的可执行文件。如发布到Android系统上，可生成八大行星.apk文件，用手机安装此文件，启用摄像头，即可实现扫描八大行星图片生成3D模型的功能，并可对模型进行旋转、放大、缩小等交互操作。如图4所示。

3.3  社区课程资源制作

近年来，社区教育课程资源主要以数字化资源为主，数字化资源课程主要针对某一知识点聚焦讲授，利用图片、声音、文字、图像来配合教学，時长为5～15分钟，通过网络，学员居家即可学习自己感兴趣的社区课程。社区数字化课程制作流程如图5所示。

3.3.1  社区课程脚本设计

课程脚本是一门课程的灵魂，课程讲的好不好、是否受学员欢迎，脚本是关键，因此，在设计课程脚本的时候一定要前后做好铺垫、突出课程主题，规范用语，必要时设计好手势动作，使后期制作更加协调。5～15分钟的视频课程对应的脚本字数大致为800～2 500字。例如，“太阳系之八大行星”脚本中可围绕八大行星的名字由来、八大行星的外观、八大行星的位置等内容进行介绍，每个行星的篇幅大约为300字为宜。

3.3.2  授课教师出镜录制课程

课程脚本撰写完成后，授课老师需要在特定的环境进行课程录制，如蓝箱、绿箱等。蓝色或者绿色背景可以在后期制作時抠除掉，替换成自己设计的背景。例如，老师在蓝箱录制“太阳系之八大行星”，虽然录制时背景为蓝色，但可在后期制作时将蓝色背景换成宇宙星空的背景。另外，老师出镜录制时要注意保持良好的教姿教态，表情自然。

3.3.3  后期剪辑并制作

现在主流电脑后期剪辑视频软件有Edius、Premiere、爱剪辑等，这些软件操作简单、功能强大。以Eidus为例，将老师在蓝箱出镜录制好的视频导入到软件中，可利用色度键对其授课背景进行一键抠像，并添加授课背景;还可对搜集好的与八大行星相关的图片、视频等素材进行视频布局、添加动画特效等，使课程内容更加丰富，形式更加多样。后期剪辑制作基本完成后，还可对老师讲述的内容配加字幕，帮助学员更好地把握课程内容。

3.3.4  生成MP4视频课程

剪辑软件都具有窗口预览功能，后期制作好的内容都可以在窗口预览，有问题之处可以继续进行修改，直至修改无误后输出视频，一般输出视频的格式选用MP4格式。

3.4  手机AR技术与社区课程融合

当“太阳系之八大行星”课程中介绍每颗行星时或者介绍八大行星围绕太阳运行轨迹时，可在课程右下角插入预置好的行星平面图片，如图6所示，当学员观看视频课程时，点开手机AR程序，即可扫描视频中右下角图片生成行星的3D模型，并与模型进行互动，从而完成手机AR技术与社区课程的融合。

3.5  总体框架流程

手机AR技术应用在社区教育课程资源中的一般流程如图7所示。

4  结  论

如今，终身教育学习体系不断构建，社区教育作为终身教育的一部分，担负着推动全民学习的重任，而社会对于社区课程的质量和展现形式要求也越来越高，基于手机AR技术的社区课程以其明显的应用优势必将在社区教育中获得越来越多的重视，展现其独有的魅力，为社区学员提供更佳的学习体验。

参考文献：

[1] 穆雪.移动学习在社区教育中的应用探索 [J].知识经济，2019（22）：144+146.

[2] 栾婷婷，董楠楠，刘梅芷.基于移动设备的AR技术在社区教育的应用研究 [J].信息通信，2020（8）：272-273.

[3] 陈洁菲.基于AR的社区教育3D课件设计与应用研究 [D].上海：华东师范大学，2017.

[4] 李小平，赵丰年，张少刚，等.VR/AR教学体验的设计与应用研究 [J].中国电化教育，2018（3）：10-18.

[5] 蒋庆磊，聂永涛，郇新.信息化条件下的精品资源共享课程教学改革研究与探索 [J].农机使用与维修，2021（9）：104-106.

作者简介：栾婷婷（1990—），女，汉族，辽宁普兰店人，讲师，硕士研究生，研究方向：虚拟现实技术、数字化资源建设、智能控制;于超（1989年—）男，汉族，辽宁沈阳人，讲师，硕士研究生，研究方向：虚拟现实技术。