张婷

（宁夏职业技术学院软件学院，宁夏 银川 750001）

增强现实技术是一种将计算机制作的虚拟信息与真实环境叠加在一起，增强用户对现实世界体验和认知的新技术。随着增强现实技术的发展，越来越多的人认为这种技术能够在教育行业应用，通过该技术与课程结合能够激发学生的学习兴趣，提高学生的学习效率，但由于虚拟现实和增强现实软硬件设备的价格问题，难以在没有任何实效的情况下进行VR/AR 课堂的建设。本系统利用增强现实技术，基于Android 平台建设了一个汽车传感器展示系统，与学校的课程相结合，扫描课本上的传感器，就能在手机上立体展示传感器模型及其详细信息。

1 系统开发

1.1 系统设计思路与总体架构图

基于Unity 游戏引擎开发，通过三维扫描汽车传感器实物实现精确三维建模，使用AutoDesk 3DMax 与Photoshop修改模型UV、材质、贴图及模型优化等数据，导入Unity 引擎，添加物理材质与全局光照支持，设计三维UI 界面，添加文字、图片、音视频等教学信息，采用VuforiaSDK 与CSharp 语言编程开发相关功能模块，实现基于AR 视角的汽车传感器的观察与操作学习。

该系统分为表现、应用、驱动、集成、资源5 个模块（如图1）。表现模块有用户界面以及系统三维画面组成。应用模块包括模型缩放旋转、文字音视频显示两部分，便于观察传感器细节，方便理解学习。驱动模块包括Unity 引擎、详情显示组件、模型控制组件3 个部分，其中除Unity 引擎部分主要利用内置组件，其他2 个组件部分使用CSharp 编程开发实现。集成模块主要集成VuforiaSDK，用于识别教科书中的原始配图信息并将三维传感器模型坐标信息与现实世界坐标信息进行配准，显示正确的三维传感器模型与三维界面内容。资源模块包括本系统使用的数据与模型资源。

图1 总体架构图

1.2 制作流程

（1）首先,根据课本上教授的内容进行汽车传感器选型，根据课程教材总共选取12 种汽车传感器：ABS 传感器、安全气囊传感器、爆震传感器、进气温度传感器、机油压力传感器、冷却液水温传感器、曲轴位置传感器、二氧化锆传感器、霍尔式曲轴传感器、霍尔式蓄电池电流传感器、卡门涡流传感器、空气流量传感器。

（2）三维模型部分采用三维扫描建模，通过对传感器实物进行扫描，完全按照1：1 的比例制作出来的汽车以及汽车传感器，使用3DMax 与Photoshop 制作修改模型UV、材质、贴图及模型优化使模型更加真实。

（3）图片识别系统功能开发；车辆教学模型或实物识别系统功能开发。

本系统采用了Unity 游戏引擎内置的免费版vuforia 作为AR 图像或实物识别的引擎，利用其高识别率与可靠性，能够快速地对目标图片或实物进行三维扫描，与数据库中的图像做对比计算，从而触发后续逻辑事件。

首先，将Vuforia Engine 添加到Unity 项目，将实用程序脚本导入Unity 项目中，该脚本执行自动化更改，对项目进行必要的更改。

在Unity 中激活Vuforia Engine 后，可以从Unity GameObject 菜单中将Vuforia Engine 的功能添加到项目中。首先添加一个ARCamera。这是一种特殊的相机类型，支持用于手持设备和数字眼镜的增强现实应用程序。

开发步骤：

添加一个ARCamera，用以取代传统的场景MainCamera。

打开全局Vuforia 配置检查器，添加可识别图像或可扫描三维实物信息等内容。可以在检查器中配置每个目标对象。选择要使用的目标的数据库和目标名称。

激活目标数据库，当摄像机扫描到数据库中匹配的目标信息后，将激活目标数据库配置内容，比如，三维模型或者一些动画、事件等内容。

将目标添加到场景，通过在Vuforia 菜单中选择关联的物体，将目标添加到场景层次中，该对象将在场景中可见，也可以通过扩大范围来添加更多的目标。

打包测试目标与数据库匹配度以及尺寸大小是否合适，界面与三维物体运行逻辑是否正常。

1.3 主要功能

（1）三维立体模型展示。进入软件打开相机，扫描不同传感器所对应的图片，显现出相应的传感器模型，可以左右滑动360°旋转及双指缩放利于观察细节。功能效果图如图2。

图2 功能效果图

（2）传感器信息展示。模型上有各个组件的名称，点击这些名称屏幕下方显示详细信息，为了防止名称遮挡模型，有一个按钮用于控制。

2 测试与应用

将开发完成的系统进行打包测试，安装到手机上扫描课本进行测试，对扫描完成后出现的模型进行旋转、缩放等功能的测试，测试结果为：扫描对应的12 张识别图，模型出现率为100%，模型正确率为100%，模型出现时间小于0.1s。测试修改完成后，打包发布成Android 端的APK 文件。

使用控制变量法将该系统发放给一个学习本课程的班级，进行在汽车展示系统辅助下的课程教学，考试结束后将成绩与其他班级进行对比，发现成绩有明显的提升。

对该班级的老师和学生进行问卷调查，根据统计，100%的学生和老师认为，加入汽车传感器系统的课程比普通课程有意思，该系统提高了学生的学习兴趣，75%的学生认为对自己的成绩提升有帮助。

3 结语

测试结果显示，将增强现实技术融入学习教育中，能够增强学生的学习兴趣，提高学生的学习效率。本研究介绍了增强现实技术使用的方法，可以根据该方法将增强现实技术融入其他课程中，从而提高学生的学习兴趣、学习效率和学习成绩。