基于移动设备的增强现实技术在中小型博物馆导览中的应用研究

发布时间：2016-10-19 14:32

1 绪论

如今，随着计算机和网络技术的高速发展，人类已经步入了信息化的时代，借助互联网的力量进行发展已成为传统行业发展的大势所趋。博物馆的信息化建设也在不断发展，数字化、网络化和智能化的博物馆正在逐渐形成，博物馆新颖的展示方式和管理方法不断创新，互联网将成为博物馆的发展方向。传统的博物馆通常采用玻璃柜加说明牌的方式对展品进行展示，这种方法陈旧单一，解说内容有限。在这种形式下，参观者通常进行走马观花式地参观，对展品不能产生深入的了解与互动。而增强现实技术恰恰能够扩展展品的介绍内容，同时能够为参观者带来全新的互动体验，使参观者能够沉浸其中，对展品产生更多的了解，进而更好地发挥博物馆进行文化传承与教育大众的职能。增强现实是在虚拟现实的基础上发展起来的一种新兴技术，它比虚拟现实更加接近现实。增强现实具有虚实结合、实时交互和三维配准的特点，它能够实现虚拟内容与真实场景无缝结合，不仅能为参观者提供关于展品的文字介绍，还能够叠加图像、配乐、语音说、视频以及三维模型等信息，进而把以静态为主的参观方式转变为多感官互动参与的动态参观方式。目前智能手机和平板电脑等移动设备都具有高像素的内置摄像头，并且集成了 GPS 定位器、传感器和无线局域网卡等高速的网路设备。移动设备的高速发展为增强现实技术的实现提供了必要的技术支持和设备支持。
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2 文献综述

2.1 增强现实技术概要

从宏观的角度解释了 AR 与虚拟环境和真实环境的关系，将真实环境和虚拟环境看作连续体的两端，其间的部分称作混合现实。在混合现实中靠近真实环境的部分称之为增强现实，靠近虚拟环境的部分称之为增强虚境。由此可见，增强现实比虚拟现实更加接近于现实。虚拟现实创建了一个完全虚拟的，与现实割裂的世界。无论在场景还是物体方面，虚拟现实创建的都是虚拟的内容，而增强现实将虚拟的信息叠加到现实世界中，创建了一个虚实结合的世界。在增强现实中，场景中的某些部分是存在于在现实中的。1997 年，Azuma 提了增强现实的三大特点，即虚实结合、实时交互与三维配准。在增强现实技术创设的场景中，虚拟物体以三维立体形式呈现。通过增强现实技术，用户能够真实地体验到叠加在真实环境中的虚拟信息，如图片、文字、声音、视频和动画等等。同时，用户能够在真实的环境中与虚拟的三维物体进行互动。1998 年，Tobias 等人将增强现实技术应用在可穿戴设备上，开发了新型图导航系统。在此阶段，支撑增强现实技术的运行平台和显示设备都比较笨重，并且系统稳定性较差。从 2000 年开始，人们在这两大设备上进行了更多的研究。

2.2 增强现实技术的应用

目前，增强现实技术正处于蓬勃发展的阶段。2015 年 10 月 17 日，AWE Asia 世界增强现实博览会首次在我国举办，为期两天的交流盛会在我国西安顺利开展。来自美国、德国、英国等多个国家，包括 Google、微软、Intel、高通在内的五十多家国内外知名企业共展出 500 多种增强现实技术最新的应用及产品，国际增强现实协会主席奥瑞.因巴尔、 原 Metaio 中华区负责人辛俊仪、Wikitude CMO Andy Gstoll 等四十多位国内外知名行业领军人物进行了发言,为促进 AR/VR技术与不同行业的融合共同努力。本次博览会加深了我国 AR 行业与各大传统工商业之间的交流，向公众展示了当今世界最先进的智能可穿戴设备、人机交互技术以及虚拟现实和增强现实技术的最前沿应用。

3 增强现实戏曲博物馆辅助导览实例开发 ................. 23

3.1 开发工具介绍................. 23 
3.2 实物识别（以“戏台模型”为例）................. 25 
3.3 多层图片交互设计与开发（以“清代水上戏台欣赏”为例） .............. 27
4 应用研究 .................. 33
4.1 试验问卷的编制 .................... 33
4.2 试验实施 ............. 35 
4.3 试验数据分析与评价 ............. 35 
5 研究总结与建议..................................... 41
5.1 研究总结 ......... 41
5.2 研究不足与建议 ........ 42

4 应用研究

4.1 试验问卷的编制

基于移动设备与增强现实技术的博物馆辅助导览系统开发完成后对本系统进行了实证研究。邀请参观志愿者实地参观戏曲博物馆，之后填写系统使用满意度调查问卷，并对参观者和讲解员进行访谈来了解他们对本系统的使用满意度。在各种信息技术接受模型中，Davis 的经典技术接受模型（TAM）被普遍认为是较为简洁，且具有强大解释力和影响力的研究理论。Davis的技术接受模型指出，影响使用者接受技术的两大主要因素是感知有用性和感知易用性。Davis 从用户的角度提出，用户的使用行为由其行为意向决定，而行为意向受使用者对技术的使用态度和感知有用性的共同影响，而使用态度又由感知有用性和感知易用性共同决定，同时感知易用性又在一定程度上影响感知有用性。TAM 技术接受模型如图 4-1 所示。

4.2 试验实施

本次试验共有 33 名学生志愿者作为被试对象，将 33 名参加试验的志愿者分为四个小组，每组大约有 8 名志愿者由志愿讲解员带领参与试验，每组试验时间大约持续 80 分钟。第一阶段 5 分钟，由试验人员为参观志愿者介绍 Aurasma 软件的基本操作步骤和本增强现实辅助导览系统的使用方法。第二阶段 60 分钟，由志愿讲解员带领参观志愿者借助本增强现实辅助导览系统参观本校戏曲博物馆。第三阶段 15 分钟，由参观志愿者填写调查问卷。笔者在对调查问卷进行分析之后，根据问卷信息选取了一定的访谈对象，对博物馆志愿讲解员和一些同学开展了进一步的访谈，以便进一步获取有用信息。

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5 研究总结与建议

5.1 研究总结

本研究在经过大量的文献研究之后，分析了研究背景与研究意义，归纳了国内外研究现状指出增强现实技术在博物馆领域的研究空缺，回顾了增强现实技术的发展演变过程，指出了增强现实技术的原理，总结了增强现实技术的特点及其在教育等领域中的应用，并结合博物馆教育相关理论指出增强现实技术在博物馆相关领域中的应用，提出本研究的主要内容。接着，本文采用 Aurasma 第三方开发平台进行了基于移动设备的增强现实博物馆辅助导览系统的开发。该系统在跟踪注册方面不仅采用了基于标记的跟踪定位方式，同时采用了基于无标记（实物自然特征）的跟踪定位方式，以文字解说、图片、视频等多种多媒体形式对本校戏曲博物馆进行辅助讲解，以多个案例介绍了多层交互设计与开发的具体过程。

5.2 研究不足与建议

由于研究时间和笔者的开发能力有限，对增强现实技术和博物馆教育方面的理解和认识还存在不足，因此所开发的基于移动设备和增强现实技术的博物馆辅助导览系统在技术方面尚且存在许多不足之处，在试验设计方面也有待提高。本研究存在的不足之处主要有以下几个方面：该 AR 系统基于第三方开发平台 Aurasma 开发,在功能设计方面要受到 Aurasma 平台的限制,比如不能单独添加音频资料，因此，今后要努力尽可能地开发出独立的 AR 应用程序。在试验设计方面，本研究采用的是实证研究方法，，没有设计对照组，总的来说试验过程不够严谨，今后在研究过程中应考虑采用准实验研究方法开展相关试验研究。总体来说，本次研究是对移动设备、增强现实和博物馆教育进行的一次初次探索，增强现实技术今后将结合云计算、大数据等更多高新科技继续发展，期待增强现实技术在今后的工作和生活中得到更加广泛的应用。

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参考文献（略）

本文编号：145887