基于AR-VR混合技术的儿童智力开发系统研究
发布时间：2021-09-06 22:16
传统的儿童智力开发大多采用观看图书或是视频的方式,存在信息表达单一、缺乏生动性、交互性差等缺陷。在儿童智力开发理论基础上,将增强现实技术（AR）与虚拟现实技术（VR）结合,基于Unity3D平台设计,开发出具有游戏式风格的儿童智力开发系统。VR技术用于开发虚拟漫游模块,通过沉浸式交互体验,培养儿童对身边事物的认知及观察能力。AR技术用于开发识图模块,通过3D的学习方式,为儿童传递更丰富更具体的学习体验。实验结果表明,AR-VR混合技术能构建出高度真实的学习环境,具有多感官交互效果,增强儿童对现实环境的感知和学习能力,相较于传统的儿童智力开发,该系统能帮助儿童获得更好的学习体验和交互方式,激发儿童的学习兴趣。
【文章来源】：计算机工程与应用. 2020,56(23)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
导航地图示意图
笆钡奶?验感，绚丽的粒子特效可以让激发儿童的学习积极性。系统设计当儿童学习到知识后会出现粒子的爆炸发光效果，提示儿童完成学习任务。（1）粒子属性首先，设计粒子系统属性包括：粒子数量、粒子大孝粒子颜色、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属性值，设粒子的坐标为(x,y,z)，则粒子系统中粒子初始坐标通过公式（1）计算随机得出。x=rand()%R,y=rand()%R,z=R2-x2-y2（1）其中，R为常数，取值100。（2）粒子运动粒子在运动过程可被近似为斜抛运动，如图3所示。其中，系统粒子速度位移更新过程可以描述为：Vx=Vcosα（2）Vy=Vsinα-gt（3）Sx=V(cosα)t（4）Sy=V(sinα)t-1/2gt2（5）其中，Vx为系统粒子水平方向速度，Vy为系统粒子竖直方向速度，Sx为系统粒子水平方向位移，Sy为系统粒子竖直方向位移，V为系统粒子瞬时速度，α为速度V与水平方向夹角，t为粒子运行时间。（3）触发实现粒子触发检测采用射线技术实现。射线是一条从物体上的一点向其运动方向发出的射线，通过判断射线与其他物体的碰撞器是否相交以及物体间距离来进行检测。系统中，当点击鼠标左键时，从鼠标点击处向目标物体发射一条射线，若在检测范围内，则产生粒子效果，代码如下所示：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导航地图实现儿童在虚拟世界中可以对身边事物随时学习。为此，场景中?
曛臼侗鹗迪?传统识别标志物大多采用二维码实现，具有识别速度快、精度高等优点，但同时也存在着不美观、信息表达不直观等缺陷[13]。为了避免二维码标志物的缺陷，系统中的标志物利用卡通形象的学习卡片实现，待扫描的标志物卡片为学习内容的形象化表达，更加直观形象地体现出AR交互内容，并且可以在标识物所在的空间上注册虚拟场景。如图5所示，为系统部分标志物卡片识别效果图。具体实现时，系统将摄像头捕获的视频流转换为二值图像进行计算分析，查找是否有和目标一致的特征点，实现跟踪识别功能，识别效果如图6所示，黄色小叉为图像特征点，部分实现代码如下：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虚实融合实现虚实融合可以提高儿童体验的真实感，向儿童呈现出具有高度逼真感的虚实融合新环境[14]。系统在完成标识模板的识别后，得到标识的编号ID，由于每个标识都与某个预先设计好的三维虚拟物体对应。根据识别标识的ID号可以匹配得到需要加载的虚拟物体。然后根据摄像机定标法求出摄像机位姿数据，从而得到需要加载的3D虚拟物体的具体位置。最后，在计算机显示器、智能手机或头盔显示设备上完成图像的输出。2.2.7系统交互实现交互性是儿童智力开发系统的一个重要特征[15]，地形宽W小地图宽w小地图长l映射物体(x,y)目标物体(X,Y)地形长L图4
【参考文献】：
期刊论文
[1]增强现实中三维跟踪注册技术概述[J]. 韩玉仁,李铁军,杨冬. 计算机工程与应用. 2019(21)
[2]基于几何建模的旗帜飘动模拟研究与实现[J]. 李婷婷. 计算机技术与发展. 2019(02)
[3]虚拟现实技术在专门用途英语教学中的应用研究综述[J]. 张宁,刘迎春,沈智鹏,郭晨. 计算机科学. 2017(S1)
[4]基于图像分块的局部阈值二值化方法[J]. 张洁玉. 计算机应用. 2017(03)
[5]基于AR-VR混合技术的博物馆展览互动应用研究[J]. 李婷婷,王相海. 计算机工程与应用. 2017(22)
[6]虚拟现实增强技术综述[J]. 周忠,周颐,肖江剑. 中国科学:信息科学. 2015(02)
硕士论文
[1]移动增强现实关键技术研究[D]. 王佳顺.南京邮电大学 2018
[2]复杂环境下混合包围盒碰撞检测算法研究[D]. 谢伟超.江西理工大学 2018
[3]基于增强现实的三维注册技术的研究与实现[D]. 刘运强.华东师范大学 2017
[4]基于视觉的增强现实关键技术研究[D]. 陆佳辉.上海大学 2017
[5]增强现实技术在教育软件产品交互设计中的应用研究[D]. 程一君.苏州大学 2015
本文编号：3388274
【文章来源】：计算机工程与应用. 2020,56(23)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
导航地图示意图
笆钡奶?验感，绚丽的粒子特效可以让激发儿童的学习积极性。系统设计当儿童学习到知识后会出现粒子的爆炸发光效果，提示儿童完成学习任务。（1）粒子属性首先，设计粒子系统属性包括：粒子数量、粒子大孝粒子颜色、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属性值，设粒子的坐标为(x,y,z)，则粒子系统中粒子初始坐标通过公式（1）计算随机得出。x=rand()%R,y=rand()%R,z=R2-x2-y2（1）其中，R为常数，取值100。（2）粒子运动粒子在运动过程可被近似为斜抛运动，如图3所示。其中，系统粒子速度位移更新过程可以描述为：Vx=Vcosα（2）Vy=Vsinα-gt（3）Sx=V(cosα)t（4）Sy=V(sinα)t-1/2gt2（5）其中，Vx为系统粒子水平方向速度，Vy为系统粒子竖直方向速度，Sx为系统粒子水平方向位移，Sy为系统粒子竖直方向位移，V为系统粒子瞬时速度，α为速度V与水平方向夹角，t为粒子运行时间。（3）触发实现粒子触发检测采用射线技术实现。射线是一条从物体上的一点向其运动方向发出的射线，通过判断射线与其他物体的碰撞器是否相交以及物体间距离来进行检测。系统中，当点击鼠标左键时，从鼠标点击处向目标物体发射一条射线，若在检测范围内，则产生粒子效果，代码如下所示：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导航地图实现儿童在虚拟世界中可以对身边事物随时学习。为此，场景中?
曛臼侗鹗迪?传统识别标志物大多采用二维码实现，具有识别速度快、精度高等优点，但同时也存在着不美观、信息表达不直观等缺陷[13]。为了避免二维码标志物的缺陷，系统中的标志物利用卡通形象的学习卡片实现，待扫描的标志物卡片为学习内容的形象化表达，更加直观形象地体现出AR交互内容，并且可以在标识物所在的空间上注册虚拟场景。如图5所示，为系统部分标志物卡片识别效果图。具体实现时，系统将摄像头捕获的视频流转换为二值图像进行计算分析，查找是否有和目标一致的特征点，实现跟踪识别功能，识别效果如图6所示，黄色小叉为图像特征点，部分实现代码如下：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虚实融合实现虚实融合可以提高儿童体验的真实感，向儿童呈现出具有高度逼真感的虚实融合新环境[14]。系统在完成标识模板的识别后，得到标识的编号ID，由于每个标识都与某个预先设计好的三维虚拟物体对应。根据识别标识的ID号可以匹配得到需要加载的虚拟物体。然后根据摄像机定标法求出摄像机位姿数据，从而得到需要加载的3D虚拟物体的具体位置。最后，在计算机显示器、智能手机或头盔显示设备上完成图像的输出。2.2.7系统交互实现交互性是儿童智力开发系统的一个重要特征[15]，地形宽W小地图宽w小地图长l映射物体(x,y)目标物体(X,Y)地形长L图4
【参考文献】：
期刊论文
[1]增强现实中三维跟踪注册技术概述[J]. 韩玉仁,李铁军,杨冬. 计算机工程与应用. 2019(21)
[2]基于几何建模的旗帜飘动模拟研究与实现[J]. 李婷婷. 计算机技术与发展. 2019(02)
[3]虚拟现实技术在专门用途英语教学中的应用研究综述[J]. 张宁,刘迎春,沈智鹏,郭晨. 计算机科学. 2017(S1)
[4]基于图像分块的局部阈值二值化方法[J]. 张洁玉. 计算机应用. 2017(03)
[5]基于AR-VR混合技术的博物馆展览互动应用研究[J]. 李婷婷,王相海. 计算机工程与应用. 2017(22)
[6]虚拟现实增强技术综述[J]. 周忠,周颐,肖江剑. 中国科学:信息科学. 2015(02)
硕士论文
[1]移动增强现实关键技术研究[D]. 王佳顺.南京邮电大学 2018
[2]复杂环境下混合包围盒碰撞检测算法研究[D]. 谢伟超.江西理工大学 2018
[3]基于增强现实的三维注册技术的研究与实现[D]. 刘运强.华东师范大学 2017
[4]基于视觉的增强现实关键技术研究[D]. 陆佳辉.上海大学 2017
[5]增强现实技术在教育软件产品交互设计中的应用研究[D]. 程一君.苏州大学 2015
本文编号：3388274
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