开发案 ／ ／ ／ 文章编号：１００７—１４２３（２０１７）１３—００８１—０４ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７—１４２３．２０１７．１３．０１９ 基于ＡＲ技术的学习系统的设计与研发 金砺，严武军，苏国强 （太原师范学院计算机科学与技术系，晋中０３０６１９） 摘要： ＡＲ技术将虚拟的事物与现实世界结合，给人一种沉浸感。探究将ＡＲ技术运用到高校学生学习中，解决高校学生对 书籍深感枯燥的问题。介绍ＡＲ技术，并开发一个基于ＡＲ技术的学习系统，系统中客户端是一个手机Ａｐｐ，学生可以 利用这个Ａｐｐ来辅助学习，提高学习兴趣。 关键词： ＡＲ：增强现实：学习系统 ０ 引言 增强现实（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ，简称ＡＲ），是一种 对《物联网导论》课程进行扫描，当识别到是某些特定 的页面时．就会有与本页内容相关的学习视频出现在 实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像 的技术．这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在 现实世界并进行互动 这种技术最早于１９９０年提出。 随着随身电子产品运算能力的提升．增强现实的用途 越来越广．增强现实技术具有广阔的发展前景．研究增 强现实技术在教育方面的应用具有重要的意义 例如《物联网导论》是一门概述性的课程，课程为 读者勾画出一个具有鲜明特征的物联网时代．系统地 阐述了物联网的层次结构和功能划分 作为大学老师 的教学．重点不应该是将书中的这些概念复述给学生． 这些概念性的知识应该由学生自己查看．而面对一大 书中，并进行播放。该客户端要求界面简单，操作简单． 并具有良好的交互性 服务端即后台管理系统．功能主 要是对学习视频进行管理。还有手机Ａｐｐ的更新 １．１系统开发结构设计 系统功能结构图： 堆的文字描述。即使作者写的再有趣．学生也难免会感 觉枯燥，读不了几页就会厌烦。那么如果运用ＡＲ技 术．学生在看文字的同时还在文字旁边出现相应的视 频．３Ｄ模型等，这些虚拟的事物出现在现实中．那么学 生的学习积极性必然指数倍的增长 １ 系统分析 系统主要分为客户端和服务器端两大部分 客户 端即手机Ａｐｐ。学习物联网导论的学生可以打开Ａｐｐ 图１系统功能结构图 １．２系统功能模块设计 ●管理员管理模块：后台人员可以通过管理员账 现代计算机 ２０１７．０５上④ 号密码登录．普通管理员登录后可以对学科、视频进行 管理，可以更新手机Ａｐｐ。超级管理员还可以对管理员 进行管理．可以增加删除普通管理员 ●学科管理模块：学科管理模块主要用来进行课 程结构的搭建，在此模块．可以对学科进行添加、更改 和删除，学科巾可以添加课程、删除课程、更改课程。 中存放管理员名，ｐａｓｓｗｏｒｄ中填管理员密码。 ２ 系统实现 后台语育使用ＰＨＰ语言，使用ＭＶＣ编程模式，采 用单人口的结构进行后台搭建。在访问后台主页时，会 有一个判断是否已经登录的程序．如果没有登录．则会 自动跳转到登录页面．代码如下： ＜？ｐｈｐ ｓｅｓｓｉｏｎ—●视频管理模块：视频管理模块用来管理视频资 源。可以添加视频、修改视频信息、删除视频，添加视频 资源后。可以查询视频网址 ｓｔａｒｔＯ； ＱＡｐｐ管理模块：进行Ａｐｐ的更新，上传Ａｐｐ后， 自动将Ａｐｐ地址跟新 ｉ ！ｉｓｓｅｔ（￥一ＳＥＳＳＩＯＮ［”ｌｏｇｉｎ”】））｛ Ｓｉｎｅｓ： 先登录ｌ１． ｉｎｃｌｕｄｅ ＡＤＭＩＮ ＴＰＬ”ｎｏｔｉｃｅ．ｈｔｍｌ”： ｅｘｉｔ； １．３系统数据库逻辑设计 表１数据库表 ｝ 童．ｔ ｉｄ ｉｄ 衷名 拳燕碉 ａｄｚｉｎ 管理 学科 孛曩 Ａｄｍｉｎｎａｍｅ Ｄａｓｓｗｏｒｄ ｉｄ 字曩域搠 管理员Ｉｄ ｆｆ】 名 密码 学科Ｉｄ 学科名 课程Ｉｄ 课程名 所属学科Ｉｄ 课程图片网址 所属学科名 视频Ｉｄ 所属课程Ｉｄ 所属学科Ｉｄ 视频名称 视频网址 所属学科名 所属课程名 手机ｈｐｐ Ｉｄ 手机ＡＰＰ网址 ｉｎｃｌｕｄｅ ＡＤＭＩＮＪＰＬ．”ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ”： 后台页面除主页和登录页外还有注册页ｒｅｇ．ｈｔｍｌ、 学科管理页ｋｅｃｈｅｎｇ．ｈｔｍｌ、添加学科页ａｄｄｃｏｕｒｓｅ．ｈｔｍｌ、 添加课程页ｓｈｏｗａｄｄｌｅｓｓｏｎ．ｈｔｍｌ、视频管理页ｖｅｄｉｏ． ｈｔｍｌ、提示页ｎｏｔｉｃｅ．ｈｔｍｌ。后台界面如图２所示。 １ｅＳｓｏｎ 谍 ｃｉｄ ｉｍｇｕｒｌ ｉｄ ｓ１ｄ ｃｉｄ Ｖｅｄｉｏ 视频 ａｄｄｒｅＳＳ ｉｄ ａｐＰ ＡＰＰ ｉｄ ｕｒｉ ｉｄ 数据库需要存放学科、课程、视频、Ａｐｐ和管理员 信息，可以建５个表，表名分别为ｃｏＬＩｒｓｅ、ｌｅｓｓｏｎ、ｖｅｄｉ０、 Ａｐｐ、ａｄｍｉｎ。其中ｃｏｕｒｓｅ表中创建的字段有：ｉｄ、ｎａｍｅ。 ｎａｍｅ中存放学科名称 ｌｅ８ｓ０ｎ表中创建的字段有：ｉｄ、 ｎａｍｅ、ｃｉｄ、ｉｍｇｕｒｌ、ｃｎａｍｅ，ｎａｍｅ中存放课程名．ｃｉｄ存放 陔课程所属学科的ｉｄ，ｉｍｇｕｒｌ中存放课程图片地址． ｃｎａｍｅ巾存放所属学科名称。ｖｉｄｅｏ表中创建的字段有： 罔２后台界面 ２．１学科管理模块 学科管理模块包括两个页面：学科管理页、添加学 科页 学科管理页是对课程的结构进行管理．可以进行 删除学科、修改学科、添加课程、删除课程、修改课程的 操作 其中添加课程功能就是在数据库ｌｅｓｓｏｎ表中添 加一条，添加的信息有课程名称、课程图片、所属学科 的名称、所属学科的ｉｄ。添加学科贞是新增一个学科， 新增学科会在ｃｏｕｒｓｅ表中新增一条数据．数据中添加 的信息是学科名称 ｉｄ、ｓｉｄ、ｃｉｄ、ｎａｍｅ、ａｄｄｒｅｓｓ、ｃｎａｍｅ、ｓｎａｍｅ，ｓｉｄ中存放所属 课程的ｉｄ．ｃｉｄ中存放所属学科的ｉｄ．ｎａｍｅ存放视频名 称．ａｄｄｒｅｓｓ巾存放视频存储地址．ｃｎａｍｅ中存放所属课 程名称，ｓｎａｍｅ中存放所属学科名称 Ａｐｐ表中创建的 字段有ｉｄ、ｕｒｌ，ｕｒｌ巾填手机Ａｐｐ的存储地址。ａｄｍｉｎ表 中创建的字段有：ｉｄ、ａｄｍｉｎｎａｍｅ、Ｄａｓｓｗｏｒｄ，ａｄｍｉｎｎａｍｅ ２．２视频管理模块 视频管理页可以进行视频的添加、删除、修改和查 ＠ 现代计算机２０１７．０５上 询操作，可以对ｖｉｄｅｏ表中数据进行修改和删除。 ｅｓｃａｐｅ’Ｆｉｍｅｓ＋＋； ２．３手机邱ｐ制作 手机Ａｐｐ使用Ｕｎｉｔｙ３Ｄ制作，以物联网导论为例， 准备物联网导论书籍某些页面（即页面的照片）．还有 ｉｆ（ｅｓｃａｐｅＴｉｍｅｓ＞１ １ ｛ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｑｕｉｔ０； Ｊ 与这些页面相关的学习视频 将学习视频上传到后台 管理系统中．并获得视频的网址 资源都准备好后．进 行搭建 参照开发文档中的“识别标识图片播放视频” 这篇文档．将识别图（即准备好书籍页面）和视频进行 关联．并打包成手机Ａｐｐ 做出图像识别功能后．考虑到添加新的一组资源很 不方便。需要重新打包手机ＡｐＰ 所以需要使用太虚ＡＲ 常退出 ｝ 这样在点击两次返回按钮后．应用程序就可以正 （２）屏幕常亮。在使用手机Ａｐｐ时要打开摄像头， 手机屏幕中会显示拍摄到的场景 由于很多人会设置 手机屏幕在一段时间后会自动关闭．用户要继续使用 云识别功能 ．制作ａｓｓｅｔｈｕｎｄｌｅ资源．上传到太虚ＡＲ云 服务平台 使用云识别功能后．要添加一组资源就很方 手机Ａｐｐ就需要触摸屏幕让屏幕激活。这样显然很麻 烦。因为这款手机Ａｐｐ使用时间一般比较长．在长时间 内学生需要不断地激活屏幕会使得学生感到麻烦．所 以添加了屏幕常亮功能．在进入Ａｐｐ成功后．手机就会 被设定为屏幕常亮。代码为：“Ｓｃｒｅｅｎ．ｓｌｅｅｐＴｉｍｅｏｕｔ： ＳｌｅｅｐＴｉｍｅｏｕｔ．ＮｅｖｅｒＳｌｅｅｐ；”这句代码写在ＡｌｌＤｅｍｏＵＩ 脚本中的ｓｔａｒｔ中 便了．只需往太虚ＡＲ云服务中上传ａｓｓｅｔｂｕｎｄｌｅ资源即 可 手机界面如如３所示。识别成功后如阿４所示 （３）网络判断。在使用手机Ａｐｐ时．无论手机设备 是否联网，都会打开手机摄像头，在识别图像时．如果 没有联网，识别多久都无法出现教学视频．因为教学视 割３手机界面 频等资源并没有安装到手机Ａｐｐ中．那样会造成手机 Ａｐｐ体积过大，学生就不愿意安装。所以教学视频等资 源是实时地从网上打开并播放．这就要求手机需要联 网。但是上述所开发的手机Ａｐｐ并没有网络识别功能． 学生使用时如果没有联网．就无法识别成功．学生可能 并不知道手机需要联网，或者忘记联网．当长时间识别 没有反应时，学生可能就会产生误解．以为本页中没有 ４识刖成助 相关资源。所以网络识别功能很是必要 并且如果用的 网络是移动网络也要给予提示．避免流量在不知情的 情况下消耗 由于需要给予用户提示．所以要在界面上添加提 ２．４手机Ａｐｐ优化 在进行测试时，发现一些不方便的地方．以下是对 这些地方的优化 （１）退出应用不方便，点击手机返回键无法退出应 用，一般手机应用都是点击两次返回键后退出应用．这 样的用户体验还是很友好的 、添加点击两次返回键退 出应用功能需要在ＡｌｌＤｅｍｏＵＩ．ｅｓ脚本中进行编写 首 示，这些提示刚开始都是隐藏的。当未联网时才会显示 出没有联网的提示，当使用的是移动网络时．显示使用 移动网络的提示 代码如下： ｉｆ ｆＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．ｉｎｔｅｒｎｅｔＲｅａｃｈａｂｉｌｉｔｙ＝＝ＮｅｔｗｏｒｋＲｅａｅｈａｂｉｌｉ— 先需要定义一个为点击次数做记录的变量“ｉｎｔ ｅｓ－ ｃａｐｅＴｉｍｅｓ：０：”。然后在Ｕｐｄａｔｅ中添加如下代码： ｉｆ（Ｉｎｐｕｔ．ＧｅｔＫｅｙ（ＫｅｙＣ０ｄｅ．Ｅｓｃａｐｅ）） ｆ ｔｙ．ＮｏｔＲｅａｃｈａｂｌｅ）｛ ｎｏｎｅｔ．ＳｅｔＡｅｔｉｖｅ（ｔｒｕｅ）； ｙｄ．ＳｅｔＡｅｔｉｖｅ（ｆａｌｓｅ）； 现代计算机 ２０１７．０５上④ ｝ｅｌｓｅ ｉｆ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．ｉｎｔｅｒｎｅｔＲｅａｃｈａｂｉ１ｉｔｙ…Ｎｅｔ ｗｏｒｋＲｅａｃｈａｂｉｌｉｔｙ．ＲｅａｃｈａｂｌｅＶｉａＣａｒｒｉｅｒＤａｔａＮｅｔｗｏｒｋ）｛ 是由于自己的移动，视频消失，学生还需要重新识别。 这就给学生带来了一定的麻烦。当图像识别成功后．学 生的注意力已经集中在出现的教学资源中．不再关注 ｙｄ．ＳｅｔＡｃｔｉｖｅ（ｔｒｕｅ）； ｎｏｎｅｔ．ＳｅｔＡｃｔｉｖｅ（ｆａｌｓｅ）； ｝ｅｌｓｅ ｉｆ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．ｉｎｔｅｒｎｅｔＲｅａｃｈａｂｉｌｉｔｙ＝＝Ｎｅｔ— 周围场景．所以应该图像识别成功后即使图像离开屏 幕，也不要将教学资源消失。学生如需离开，可以手动 退出识别。这需要修改Ｍａｒｋｅｒ＿ｃｓ文件，代码如下： ｐｕｂｌｉｃ ｖｏｉｄ ＯｎＬｏｓｔ（） ｛ ｗ０ｒｋＲｅａｃｈａｂｉｌｉｔｙ．ＲｅａｃｈａｂｌｅＶｉａＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）｛ ｎｏｎｅｔ．ＳｅｔＡｃｔｉｖｅ（ｆａｌｓｅ）； ｙｄ．ＳｅｔＡｃｔｉｖｅ（ｆａｌｓｅ）； ｝ ｌｏａｄ．ＳｅｔＡｃｔｉｖｅ（ｔｒｕｅ）； ｝ 这些代码写在ＡｌｌＤｅｍｏＵＩ．ｅＳ文件中的Ｕｐｄａｔｅ中． 这样就会在网络发生变化时也给予相应的提示。 （４）识别后的优化。在测试时，当识别图像成功后 就会播放相应的视频．当手机移动．识别的图像不在屏 幕中后．视频也会消失。虽然这样在ＡＲ技术中很合 理．但是考虑到我们对于他的应用是用于辅助学生学 习，当学生识别某页书成功后，正在播放视频资源．但 ３ 结语 本系统是基于ＡＲ技术的学习系统．ＡＲ技术能让 虚拟的事物、场景等出现在现实世界中．可以给人们强 烈的视觉体验。这种技术可以运用到教育领域，它能够 让学生乐于学习，大大提高学生学习的积极性！ 参考文献： ［１］韩卫关．增强现实技术在采矿工程实验教学中的应用ｌＪＪ．地球，２０１５（８）． ［２］张洪波．增强现实技术在教学中的应用研究【Ｄ】．河南大学，２０１２． 【３】李文霞，司占军，顾、羽中．浅谈增强现实技术［Ｊ】．电脑知识与技术，２０１３（２８）：６４１１－６４１４． ［４］周大镕．基于增强现实的体验式教学演示软件的设计与实现【Ｄ］．广西师范大学，２０１４ 作者简介： 金砺（１９５８一），女，山西 ＩＭ＋１人，硕士研究生，教授，研究方向为嵌入式计算机及物联网技术 严武军（１９７３一），男，山西侯马人，硕士研究生，副教授，研究方向为人工智能、ＵＸ和物联网 苏国强（１９９２一），男，山西晋中人，硕士研究生，讲师，研究方向为嵌入式系统与物联网技术 收稿日期：２０１７—０３—２８ 修稿日期：２０１７—０５—０３ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｌｅａｒｎｉｎｇ ＰＩａｔｆＯｒｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＲ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＪＩＮ ｌｉ，ＹＡＮ Ｗｕ－ｊｕｎ，ＳＵ Ｇｕｏ—ｑｉａｎｇ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎｚｈｏｎｇ ０３０６１９） Ａｂｓｔｒａｃｔ： ＡＲ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃｏｍｂｉｎｅｓ ｖｉｒｔｕａｌ ｔｈｉｎｇｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅａｌ ｗｏｒｌｄ，ｇｉｖｅｓ ｐｅｏｐｌｅ ａ ｓｅｎｓｅ ｏｆ ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ．Ｅｘｐｌｏｒｅｓ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＡＲ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｔｏ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｃｏｌｌｅｇｅ ｓｔｕｄｅｎｔｓ，ｓｏｌｖｅｓ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｃｏｌｌｅｇｅ ｓｔｕｄｅｎｔｓ’ｄｅｅｐｌｙ ｂｏｒｅｄ ｂｏｏｋｓ．Ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ＡＲ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌ— ｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａ ｌｅａｒｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＲ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ａ ｍｏｂｉｌｅ ｐｈｏｎｅ ｃｌｉｅｎｔ Ａｐｐ，ｓｔｕｄｅｎｔｓ ｃａｎ ｕｓｅ ｔｈｉｓ Ａｐｐ ｔｏ ａｓｓｉｓｔ ｌｅａｒｎ— ｉｎｇ，ｉｍｐｒｏｖｅ ｌｅａｒｎｉｎｇ ｉｎｔｅｒｅｓｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ＡＲ；Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ；Ｌｅａｒｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ＠ 现代计算机２０１７．０５上
