基于增强现实（AR）技术的百科全书设计研究

摘要：在增强现实（AR）技术与纸质图书结合已经初具雏形的条件下，本文就AR技术与百科全书的结合进行了探索。分析了AR技术与百科全书结合的具体形式、优势以及目前的限制。

关键词：增强现实；虚实结合；实时交互

随着互联网数字化技术的发展和移动终端的普及，利用网络进行百科检索越来越成为人们获取知识的的重要途径之一。相比之下，传统的纸质百科全书显得单调乏味，市场日益萎缩。但近年来，增强现实（AR）技术蓬勃兴起，在出版领域，尤其是童书市场得到了一定程度的应用。利用AR技术形成多媒介呈现的AR百科全书，这种巨大的创新和变革或许能为纸质百科全书的市场困境带来解决之道。

一、增强现实技术与百科全书结合的形式分析

增强现实（Augmented Reality，简称AR），是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”对接的新技术，它把原本在现实世界的一定时间、空间范围内很难体验到的实体信息（视觉信息，声音，味道，触觉等），通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验[1]。

将增强现实（AR）技术应用到百科全书中去，主要是运用将制作好的虚拟数字对象，叠加到读者的阅读环境中，产生虚实相生的效果。在阅读过程中，读者用终端设备上的摄像头识别图书上的标识，调用数字媒体资源，或是通过读者的交互操作来控制图示内容情节的走向，进行更好的互动。它可以有以下两种方式：

一是3D立体百科全书。在传统纸质百科全书单一图文形式的基础上，集成图像、视频、声音、动画等多种虚拟内容，充分调动读者的视觉和听觉感官，进行多模态的交互体验。这一点，可以应用到百科全书中诸如音乐、戏剧、电影等需要多感官参与的条目，以及地理、几何、物理、机械等需要立体空间想象力的抽象、几何概念的条目中。通过对条目进行多媒介的信息呈现形式，使所阐述的内容得以更立体地展现。

二是游戏互动式百科全书，通过电子设备和真实读物参与配合，引入游戏电子书的体感手势与互动，带给读者虚实融合、实时交互的阅读体验，这可以应用到百科全书中数学、物理、化学、生物、建筑等抽象概念、模型和实验的阐述中去。

二、AR百科全书的特性与优点

（一）多模态的体验让百科更具可读性

模态，即通常我们所说的感官，人通过视听触味嗅等模态来感知客观世界。然而在纸质书的阅读中，却只有视觉的参与。AR技术的应用则能有效地改变这一状态。AR本身所具有的对声音、图像、视频等媒介的融合与展示，充分调动读者的视觉、听觉、触觉器官，提高百科全书的可读性。

以音乐为例：读者在阅读百科全书《音乐·戏剧》篇章的“编钟”条目时，就可通过扫描图书中的识别码，看到3D立体的编钟，而在音频方面，读者则可以扫描识别前期录入的编钟音频，体验编钟的音色音韵。

这样的设想在出版实践中已经得到了应用。由新星出版社出版的《乐器总动员》，就是一款基于AR技术的多感官阅读体验的音乐启蒙书。本书由54张卡牌和一个增强现实APP软件组合而成，通过AR技术扫描卡牌，读者就仿佛组建成了一支乐队，读者的阅读环境就是临时的舞台，读者可以通过AR技术演奏各种风格的音乐，在玩乐中实现乐器认知和音乐基礎培养。

（二）虚实结合的3D展示效果让抽象内容可视化、形象化

增强现实技术运用的一个典型事例，就是通过移动设备摄像头对准书的内容，移动设备的显示屏上就会对书本进行增强现实，将内容立体化，形成3D效果。学生能够通过多种不同的视角来观察3D模型，从而增强对现实事物的理解。这可用于百科全书中的数学几何条目、需要抽象思考能力的物理、化学、生物、地理、天文学等条目以及各种图形、建筑、雕塑等具有立体形态事物的阐释中。

以物理学为例，物理学的核心内容不仅有可见的实验教学，还有很多难以直接观察的物质对象，例如：电场、磁场等“场”的概念。百科全书在介绍这些抽象概念时，只能通过文字和图片描述来实现。但借助于 AR 技术和体感技术的展示，就可将百科全书中提到的磁场可视化。弗吉尼亚理工大学的研究人员展示了 AR 技术在物理学教学中的应用。他们将 AR技术与微软Kinect体感交互技术相结合，实现磁感线可视化并观察磁场的种种变化规律，学生们可以通过手势拿磁铁从而干扰磁场，观察磁感线变化的规律[2]。

将平面化的二维图像变为直观、立体的三维展示，极大地解放了读者的空间想象力。磁场为何物？立体几何怎么解？中国的古建筑怎么修建的？这些问题，在AR的3D立体呈现下，都不再是那么棘手的问题。

（三）游戏化的实时交互让百科阅读更具主动性

传统纸质媒体在传播模式上是一种单向线性传播，读者只是被动地接受图书内容。而增强现实技术的应用，使读者仿佛身临其境般与书中的内容与情景发生关联，甚至有可能去改变故事的发展走向，这种双向互动的方式使读者的参与度得到提升，阅读也更加主动[3]。

2012年，超级畅销书《哈利·波特》的作者J·K·罗琳和索尼公司合作推出了游戏电子书《奇幻之书：魔咒之策》，此书除了一本纸质图书，还包含了一个摄像头和体感控制器。摄像头能识别书中的标记信息，读者通过体感控制器创建与操纵电视机中的数字画面，并以此达到与图书互动的效果[4]。这种实时互动激发了读者兴趣和参与度，阅读主动性得到提升。

把这一实时交互性应用到百科全书中，诸如魔术等读者可参与的条目解释上。读者就可以通过书附带的摄像头和体感控制器，进行魔术表演，“自由创作”魔术，从而更深入地体会魔术的神奇与魅力。使用自然的、非预设的方式实现百科全书条目的实时交互，通过阅读体验形式上的革新，可以提高读者知识接受的主动性。

三、发展AR百科全书的限制

（一）技术限制

在AR百科全书的开发上，关键性技术主要是制作三维模型和在选定平台上完成标志识别、三维注册、虚实结合、人机交互等方面的开发，而解决注册任务是最核心的问题。所谓注册，即虚拟事物与真实场景在立体空间（三维空间）进行精准的叠加。注册对精度的要求极为严格：由于AR应以实时、六个自由度的形式将虚拟信息和现实信息相融合，即便是轻微的注册失准都会造成组合视图难以容忍的失真。因此，移动AR存在两大难点：注册必须极为精准，注册对计算能力和内存的利用必须极为高效。

然而，目前核心的AR技术仍在国外，例如：美国加州Infinite公司的Z Space，美国Mobilizy的AR开发平台Wikitude。国内虽有不少团队致力于AR产品的开发，但是仍无法达到AR技术对现实和虚拟世界的同步渲染效果。技术的缺失使得AR图书效果的实现只能识别图片等比较简单的静止物体，无法应用到复杂场景。因此，AR技术对百科全书中复杂条目的还原仍是一个有待研究的话题。

（二）开发复杂，定价高

由于AR图书的制作需要复杂的技术支撑，因此相对普通的图书而言，它的开发周期长，过程复杂，定价高。以上文提到的《乐器总动员》一书为例，产品研发由音乐、专业人士共同完成，配音解说则是由上海领声团队演绎完成，全书虽然只有54张卡牌，但是售价为198元，这使其开发制作复杂，前期投入大有着直接的关系。而对百科全书来说，其在AR图书制作上更是任务艰巨。拿第一版《中國大百科全书》来说，全书共1.26亿字、并附有5万余张图，册页浩瀚，内容丰富。全书编撰共耗时15年，共有2万多名专家学者参与。试想一下，如此庞大的工程，若用AR技术制作，实在是一部鸿篇巨制，耗时费力，以目前的技术和精力，只能分阶段一步一步开发设计。

四、结语

增强现实技术与百科全书的结合突破了传统百科全书表达概念和单调图文显示的局限，也从根本上改变了读者的阅读方式。虽然现今面临着一些技术与开发上的限制，但是，在可预见的未来，它将为百科全书的出版和阅读带来革命性的变化。

参考文献：

[1]张渝江.虚拟和现实的结合[J].中国信息技术教育，2015-10-01.

[2]蔡苏，王沛文，杨阳，刘恩睿.增强现实（AR）技术的教育应用综述[J].远程教育杂志，2016（5）.

[3]王卉，李金城.增强现实技术在图书出版领域的应用研究[J].中国出版，2015（17）.

[4]全球首份AR报告.腾讯科技.

（作者单位：辽宁大学）

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