袁志鹏

摘要：随着增强现实技术在各行业的广泛应用，人们对其内容的丰富性以及教育意义都有了更深的要求。该研究为了拓展AR技术的应用领域，增强其教育意义，宣传鸟类知识，利用Unity 3D游戏引擎、Easyar SDK以及3Ds max建模，制作出AR鸟类博物馆软件。实现了识别鸟类图片，显现该鸟类的3D模型、叫声、介绍、相关动画等功能。经过对该软件的实际开发测试，证明了该方案可以进行模型、图片、文字和音频的同步渲染和加载，使用户，全方位地了解鸟类知识，给用户带来一个良好的互动体验。

关键词：增强现实技术;Easyar;Unity 3D;鸟类;教育

中图分类号：TP311.51       文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）27-0074-03

Abstract： With the wide application of augmented reality technology in various industries， people have a further requirement for the variousness and educational significance of the contents. In order to expand the application field of AR technology， enhance its educational significance and publicize bird knowledge， AR Bird Museum software was developed by using Unity 3D game engine， Easyar SDK and 3Ds Max to model. It realizes the functions of recognizing bird pictures， showing the 3D model， sound， introduction and animation of the bird. Through the actual development and testing of the software， it is proved that the scheme can render and load models， pictures， words and audio synchronously. The software enable users to understand bird knowledge in an all-round way， bringing users a good interactive experience.

Key words： Augmented Reality; EasyAR; Unity 3D; Birds; education

1 背景

自20世紀以来，伴随着我国科技、工业的成熟与发展，资源过度利用和环境污染等问题的出现，鸟类的生存环境受到了极大的破坏。为宣传普及鸟类知识，唤醒群众保护鸟类的意识，同时拓展AR技术的应用领域，鸟类博物馆软件开始设计制作。鸟类博物馆软件将部分鸟类进行3D建模，并制作出其飞行过程的动画，结合多媒体技术和增强显示技术，使用户通过软件拍摄到识别图后，不仅可以看到鸟类模型、飞行动画，还可以听到鸟类的鸣叫声以及对鸟类的介绍。突破了传统宣传、教育方式，死板无趣的缺点。利用增强现实技术，使虚拟的计算机数字图像投影到真实世界中，与使用者互动感更强，并且具有3D效果，使用者可以全方位地观察鸟类的动作、形态，更加形象生动。

2 现状

增强显示技术（Augmented Reality），最早于1990年提出，被定义为“通过显示器将虚拟内容投射到真实世界中的技术”。随着，计算机技术的不断发展，在欧美等国家，AR技术目前已经广泛运用在教育业、广告业和游戏业等诸多行业。众多的科技互联网公司纷纷对该技术进行投资，意图大力发展AR技术，苹果公司先后收购了多家AR企业。任天堂公司于2016年7月，推出的使用LBS+AR技术的游戏《Pokemon go》[1]，引领了一个全民捉宠物的时代，短短的几个月时间，就获得了6亿美元的收入。AR技术已成为目前的研究热点之一。近年来，国内的AR技术也取得了很多成果，例如：山西省地图集编纂委员会将AR技术利用在纸质地图中[2];上海大学研究了增强现实中的三维注册方法[3];北京理工大学对圆明园的数字重建[4]等等。但AR鸟类博物馆相比这些成果，更加贴近用户生活，具有教育意义。

3 软件设计

随着增强现实技术在各行业的广泛应用，用户对其内容的丰富性以及教育意义都有了更深的要求。为了拓展AR技术的应用领域，以及增强其教育意义，宣传鸟类知识。该项目利用Unity 3D游戏引擎、Easyar开发包以及3Ds max建模，开发出AR鸟类博物馆软件。

经过对相关资料的整理学习，根据对鸟类博物馆软件前期的构思、系统分析，确定了软件的功能结构，随后进行文献资料的搜集，相应鸟类模型的构建、声音文件的录制下载。通过Unity3D游戏引擎，实现了软件的开发制作。

3.1 功能目标

1）实现纸质鸟类卡片与手机、电脑的互动功能。

2）软件可以离线运行。

3）软件在识别特定鸟类的图片后，界面显示鸟类的生活习性、叫声等多媒体信息。

4）软件中的3D模型应当尽可能的逼真，凸显鸟类的特点。

5）用户可通过软件了解百种鸟类的生活习性、叫声等知识。

3.2 内容要求

3.3 数据库设计

本软件使用SQLite数据库[5]实现，储存管理图片识别图地址、模型、文字内容和相关音频。图2展示了软件设计的过程。为实现AR功能，数据库通过对识别图的名称、路径、图片大小等特点的采集，建立图片标识文件（下文称为Target）。每张识别图的图片标识文件都是唯一并且固定不变的，同时也是将图片与软件中模型、音频和文字匹配的关键。软件事先在內部设置图片的Target，并在软件启动时加载进入Imagetracker，Augmenter会周期性地从Imagetracker获取Frame，在软件使用过程中，图像采集设备CameraDevice会不断产生Image，进入Imagetracker，这些Image会跟随Frame进入Augmenter，当Imgetracker检测到Image中存在Target，将会跟随Frame移动到Augmenter中，实现模型等具体内容的展示。过程将如图3所示。由于，对Target的分析和加载是在软件启动时运行，为避免加载量过大，影响软件的正常使用，开发时将加载函数放入新的线程，避免程序加载过慢，影响软件其他功能的正常使用。经测试，压缩目标识别图的文件大小，可以有效增加加载速度，但增加的效率和是否影响识别准确度难以测量。

3.4 软件场景搭建

将已制作好的所有素材以及Easyar开发包导入Unity，利用Unity引擎完成场景的搭建以及软件功能的制作。

1）将开发包中的prefabs添加到场景中，并在Easyar官方网站注册获得key，添加key到prefabs中。

2）将开发包中的ImageTarget添加到场景中，并编辑Target代码，处理触发事件。

3）完成数据库内容填写，将相应的模型地址、音效地址、文字介绍等素材存放进数据库。

4）将识别图与ImageTarget绑定。并将再object上添加数据库查询脚本、Animator、Audio Source和控制脚本，根据数据库中存放的地址显示文件，并调整显示位置。

5）制作UI以及相应事件。

6）添加灯光、Audio listener等游戏场景物体。

7）导出软件。可根据需要导出windows、android等系统的应用软件。

4 功能实现

软件运行环境系统要求为Windows操作系统，并需要连接摄像头。在使用过程中，仅需在光线适宜的情况下，将识别图片移入图像采集设备采集范围内，软件将出现鸟类的动画模型以及介绍、静音、暂停三个操作按钮。软件UI界面如图5、图6和图7所示。除图片与文字信息外，软件还包含了，鸟类飞行动作的3D模型动画，鸟类叫声、鸟类介绍的音频信息。并且设置了模型的自动旋转，相比一般的AR软件，该软件可以使操作者真正的360度观察模型。希望用户可以通过该软件，全方面的了解学习鸟类知识。

本文设计完成的AR鸟类博物馆软件具有以下的特点：

1）内容的科学性，相比众多娱乐性AR软件，鸟类博物馆中的资料均来自《中国动物志》《中国鸟类图鉴》等权威著作，保证科学知识的正确与严谨。

2）内容的丰富性，软件可以进行模型、声音、动画的同时加载与展示。将二维图像、三维模型、声音结合起来，使用者可以更加全面地了解鸟类知识。

3）软件的适用性，软件操作简单，运行效率高，并且适用于目前国内大多数家庭使用的windows电脑和android手机，适用性强。

5 总结

该软件是AR技术在保护环境、动物方面的首次应用。虽然我们的生活水平在不断提高，科学技术也不断地发展，但我们始终应该追求人与动物自然的和谐相处。AR鸟类博物馆以绿色环保、价格低廉、包含众多科学知识甚至可以模拟真实场景等诸多优点，使操作者在任何地点都可以生动、翔实地了解鸟类知识。为保护环境、保护动物的宣传开辟了新的方式。并且扩展了AR技术的应用范围。

参考文献：

[1] 徐筠. 《Pokem on Go》火了 增强现实（AR）普及还有多远[J]. 计算机与网络， 2016， 42（14）： 22.

[2] 邓秋月. 增强现实技术在纸质地图中的应用[J]. 经纬天地， 2015（6）： 56-59， 72.

[3] 金剑华， 陈一民. 增强现实中基于视觉与磁力跟踪器的三维注册方法[J]. 计算机应用， 2006（6）.

[4] 王涌天， 林倞， 刘越， 等. 亦真亦幻的户外增强现实系统——圆明园的数字重建[J]. 中国科学基金， 2006（2）： 76-80， 86.

[5] 朱乐浩， 卫刚. 基于Unity3D的柴油机部件虚拟培训系统研究与实现[J]. 机械设计与制造工程， 2016（10）.

【通联编辑：谢媛媛】