1、语境中的 QR 码在增强现实技术中的应用摘要：增强现实是一种涉及通过使用允许用户与所得到的混合环境进行交互的设备和传感器实时部署在物理世界中的数字内容的技术。同样，QR 码已经变得普遍并被公众接受。它们可用于在物理世界中传递信息，从而以实用和简单的方式连接到数字世界。本文介绍了 QR 码的应用，用于生成增强现实环境。使用语境的概念，在 QR 码和增强现实的关系方面实现了完整的用户交互。 我们提出了由这种方法支持的增强现实技术的分析以及实现这些概念所需的系统的架构和操作。关键词：语境 QR 码 增强现实 普适计算I.介绍增强现实（AR）实现了通过硬件传感器在各种基于位置的技术下实时覆盖现实世界的
2、数字内容的不同体验。如1中所述，AR 系统有三个关键特征：（1）将虚拟图像与真实世界混合；（2）数字数据的三维注册；以及（3）实时交互性。然而，将增强现实技术以无处不在的方式跨越不同平台有效地带给用户，这可能是复杂的。这主要是由于设备施加的硬件或软件限制，因此开发者需要生成满足用户对每个设备上的增强现实效果所产生的各种应用，这取决于他们想要带给用户的信息内容。如今，如何快速响应二维码（QR码）已有了一种实用的解决方式，那就是通过使用数字相机传感器来为用户提供从物理世界到不同类型的数字内容的链接，数字相机传感器可以识别在真实世界中代码世界所反应出的内容。这使得有趣的应用程序的开发能够与其他技术集
3、成。目前，在 AR 2中使用QR 码已经以通过将应用与内容分离来呈现有趣行为的方式来执行。然而，语境 QR 码3引入了不同的方法通过合并公共（QR 码）和私人（扫描代码的用户设备）用来管理内容的一部分，为 AR 技术生成新的有趣体验。在本文中，我们描述了借助语境 QR 码的好处3，例如根据位置，当前时间，硬件和软件特征等，改变 AR 内容和技术，将用户携带到 AR 中的新方法。本文的组织结构如下：在下一节中，我们提供关于 QR 码的额外背景概念。 首先，我们简要讨论 AR 中的一些突出项目。 其次我们继续讨论语境 QR 码的概念，以及如何将它们用于 AR 应用。 再者我们描述一个集成这些概念的
4、系统。 接下来，我们提出一个应用场景，以了解本研究提出的主要概念。 最后，我们提供了该项目的工作进展概况和初步结论。AI.背景最近使用增强现实与 QR 码应用程序2创建了一个有趣的系统，允许用户创建自定义QR 代码与嵌入的 URL。此 URL 将应用程序链接到自定义 AR 内容;系统通过网络连接获得内容并使用 QR 码本身作为标记来部署内容，以使用相应的 API 来跟踪和定位呈现 AR内容的地点。如3所示，上下文 QR 码允许通过在将应用链接到 XML 文档的代码中提供嵌入式URL 来扩展 QR 代码功能，其中一些行为在给定用户上下文情况下被触发。上下文可以根据用户位置，日期，时间以及硬件和软
5、件配置（诸如设备的种类，设备版本，操作系统，系统的版本等）来改变它们的内容。这意味着取决于具体情况，上下文 QR 码可以对用户产生不同的响应。很明显，AR 和 QR 可以一起工作。 此外，AR 技术由于移动设备所经历的进步而飙升。 正如我们在4中看到的，新技术正在被发现和实现同增强现实的结合。 此外，QR码已经表现出巨大的社会影响5。这种方法使得该技术更易对于用户带来新的体验。BI.增强现实如4中所述，增强现实是一种快速发展的技术，其中用户交互的形式可以分为不同的技术和跟踪算法。图表 1 展示出了迄今为止通过我们的研究识别的各种增强现实技术的分类。大多数增强现实应用程序统一有一个基本功能，即显
6、示数字内容，但在如何定位，识别和跟踪区域以显示现实世界中的内容方面存在差异。一些关键的 AR 技术由4 和6讨论。如表 1 所示，首先我们看到使用标记的增强现实技术7。这是增强现实开发的最基本的应用程序。在这种方法中，物理标记卡用于定位要显示的点。T.Kan et al 2使用 QR 码作为卡标记以便显示增强现实内容，在附加功能中提供从互联网上的服务器下载增强现实内容的链接。值得注意的是，因为 QR 码的使用可能超出了它们作为标记的用途，所以这种方法对我们项目有一定的影响，稍后讨论。J.Choi 等人8使用另一种技术，其主要包括在满足 GPS 定位的坐标所标识的位置处显示在屏幕上的浮动标签。这
7、部署了依赖于在预定义位置的增强现实内容。K.Akaho 等人 9使用一种方法，其中使用默认地图生成增强现实，该地图显示在用户的路线上。这种方法生成可能的路线并且建议驾驶员到达目的地的最佳路线，主要通过在屏幕上显示道路和箭头并将它们叠加在真实世界图像上。A.Comport 等10 使用一种方法，其中我们可以看到形状和形式的识别，以在增强现实环境中定位内容传送的区域。这是通过使用用于搜索和内容确定定位的算法来执行的现实。需要研究以增强算法并使它们抵抗诸如曝光，高对比度，异物等的实时变化。M.Yuan 等人11 使用增强现实面部识别，即使用算法检测人脸的形式在人脸上的某些点周围或某些点处显示信息。表
8、 1.增强现实技术名称 跟踪说明 支持图书馆AR 卡-基于标记6,12用标记定义卡面积，位置和空间，其中实时显示图形与环境互动的内容。ARToolKit12，屏幕上维基 Junaio6，高通公司 Vuforia13AR 使用一个QR 码为标记卡 2类似于基本使用的标记卡，但在这种情况下增强现实内容被存储在它的 QR 码中。屏幕上，Junaio，ARToolKit6,12基于 AR 点的利益（POI）最常见用过的; 包括一个对象通过使用 GPS 坐维基屏幕上 Junaio68 标及其位置显示为一个浮动标签。AR 与导航地图 9用于地图以显示路线，实时和建议最好的路线。维基驱动器6AR 与元素识别
9、 10包含增强现实内容显示在一个特定的位置识别具有在现实世界中重叠的预定义形状的物理元素。高通13增强现实面对识别11识别人脸为了显示基于AR 的内容。Layar6增强现实是用户交互的形式可以被分类为不同的识别算法和特征的体验;。这是因为增强现实目前由于硬件或软件条件而受到限制，因此我们可以设置用于检测环境中的位置或元素以满足不同需要的不同技术和策略。增强现实技术可以在它们跟踪位置以显示增强内容的方式和向用户提供的体验方面不同。 此外，值得注意的是，许多技术具有不同的支持库，如表 1 的第三列所示，通过分离 AR 技术。 此分析为我们提供了必要的反馈，以了解可能有助于支持下面讨论的背景概念的技
10、术。IV.QR 码QR 码是一种二维物理代码，由电装 WAVE1 发达；其主要功能包括快速阅读和存储能力，它允许用户连接到特定的数字内容瞬间 3，14 。此内容可以是，例如：纯文本，位置坐标，联系人卡，电话号码，短信文本，等等。同时，二维码已经证明是对用户友好的，并可接受社会交往 5 的，这将有助于给用户带来具体的内容。A.语境的 QR 码我们可以从图中看到，因为二维码的内容是静态存储，其数据是无法改变的。然而，在纯文本中嵌入的 URL 可能会导致在 web 上动态变化的内容.。因此可以使用 URL 嵌入QR 码来改变，但具体内容的展现取决于用户的上下文的内容。这是可能的一个 XML 描述，指
11、的是不同的情况或上下文中，可以找到相关用户。系统响应将适应每个可能的情况。在 3 中，这种方法称为语境的 QR 码。图 1 展示了不同的属性分配给一个语境增强现实目的的 QR 码。图 1.语境的 QR 码属性B.语境 QR 码的增强现实每个上下文的 QR 码都有一个相关的 XML 描述，如图 2 所示，这是由上下文文件的通用数据形成的，这是识别文件的重要描述，这包括作者的信息，描述，日期和版本。语境的定义遵循一般的描述，同每一个设备类型或 considerrng 软件或硬件功能都有关系，如操作系统或设备是否是智能手机或平板电脑。此外，上下文也可以定义取决于动态数据，如用户的位置（给定位置使用纬
12、度和经度位置坐标，以了解用户的实时位置），日期或首选语言。每个上下文提供了增强现实内容的路径（在这种情况下压缩在 ZIP 文件中），并使用适当的 API 来实现该技术.。图 2 中的 XML 描述表明，在硬件和软件方面将技术与它们的内容集成在一起是非常简单的。在这种情况下，不同的增强现实的内容可以显示在iOS 移动设备中。这些技术的部署取决于用户是否在一个给定的位置，并且内容将显示使用增强现实技术后，每个上下文的变化。我们可以看到，用 QR 码定义一个 XML 描述文档是很简单的。另外请注意，系统将使用摄像头读取 QR 码，利用摄像机显示增强现实内容。Context TestFrancisco
13、 S. Gutierrez 1.0 23082012ios smartphoneios smartphone图 2.上下文描述文件V.系统描述我们设计了基于上下文的 QR 码，如下六个主要阶段的 AR 系统，如图 3 所示：第一步需要验证 QR 码，以确保提供的数据是有效的 URL，从而生成有效的 XML 文档。这可以防止无效的 QR 码进入系统。然后我们继续得到包含上下文描述的 XML 文档.。该文档是从 Web 服务器上获得的。接下来，验证文档中描述的功能，以便保持数据完整性.。之后，对文档进行解释，以确定上下文并将其特性与客户端设备进行链接和比较。如果这是有效的情况或当前的用户环境，系统
14、将进行第五阶段，在系统下载时对应相应的实际情况。最后，如果上下文允许，增强现实功能将根据文档描述中使用可用的适当 API 和在上下文文档定义的规则下显示的增强现实特性。图 3.系统描述VI.系统结构我们的设计遵循客户端-服务器体系结构 15 ，这使得客户可以从服务器下载 XML内容，因为 XML 文档用于建立规则的部署和实习上下文增强的效果。客户端将使用这些信息来选择适当的组件部署不同技术的增强现实内容，因为目前的增强现实发展不支持所有的增强现实技术。我们需要使用多个 API 来满足这一需求，因为目前大多数 API 维护连接到自己的服务器进行处理和内容验证。此外，列入模型视图控制器模式15，以
15、管理与用户界面的通信，并促进独立的路径之间的信息的程序和用户交互的信息处理。对于这个应用程序，这个系统的模型非常简单，由一个 XML 库，它在请求的文档中包含 XML特征.。应用程序控制器更是精心布置的，因为它实现了各种增强现实技术和保持永久连接的上下文中的内容是用户交互显示的。一种基于 iOS 系统的应用架构如图 4 所示。图 4.系统的体系结构如图 4 所示，系统架构采用 MVC 架构模式的定义（绿色部分）记录他们与不同的数据库（蓝色部分）的互动，通过 Internet 连接该模型与 API 解析 XML 文档进行交互并使用客户端服务器的建筑风格，得到背景描述文件，进入下一步，该控制器使用
16、不同的 API来显示不同的增强现实技术，为实现这一 API 与专用服务器使用客户端-服务器架构风格，同时控制器使用 QR 码阅读器的 API 以解码信息。最后，该视图提供了使用设备的内置传感器的相机显示增强现实和读取 QR 码的接口。VII.应用场景鉴于系统架构的描述，我们已经设计了一个场景，以证明系统的能力作为进一步工作的基础。让我们给一个实际的场景，我们一人有一个移动设备，一个已越来越多地被用来实现 AR 16,17技术的设备。考虑智能手机运行的是 iOS 操作系统，所以我们要考虑在一个物理位置的上下文的 QR 码与我们的技术兼容。我们的用户用我们的应用程序扫描代码，并下载、验证并集成到客
17、户端设备中。在此之后，将 XML URL 存储到设备中，该设备现在异步下载内容描述，并在 xml 描述和设备特性中展开比较。如果应用程序找到相似之处，则将它们添加到事件处理程序中。当时，用户被通知，有一些设备正在展现增强现实事件的发生。请注意，某些上下文事件只发生在给定的位置或日期中，所以如果事件与场景匹配，则呈现给用户。在此之后，用户进入事件屏幕并选择感兴趣的事件。应用程序使用 XML 文档中的 URL，并为设备和给定事件下载指定的增强现实内容。请注意，如果用户移动到另一个地方，或不同的用户有不同的语言配置在他们的设备上，不同的内容将用不同的语言或图像显示。就比如说，有些用户有一个西班牙语言
18、配置 iOS 设备。应用程序可以管理该上下文并在该语言中下载增强现实内容，但如果用户使用该语言配置了该设备，那么所有下载的信息将在该语言中使用。这是我们的方法的核心动机：提供不同的增强现实技术，这取决于每个上下文的情况下。如图 5 所示，四个步骤为构成显示 AR 内容给予不同的条件，确定系统如何反应的过程：（1）系统扫描 QR 码；（2）用 XML 文档进行解释。给出不同的条件需要满足：条件 1 该设备是无效语境的 Android 设备，条件 2 在满足用户的背景下，目前还没有发生，为用户的智能手机可以被配置为西班牙语和英语相关的条件 2 和条件 1；在西班牙背景是匹配的，内容完整在最后一步增
19、强现实的内容是从 Web 服务器下载和介绍具有适当增强现实技术组件的用户。.正在进行的工作我们目前在 iOS 开发基于移动应用为原型的工作。如今，智能手机的优势，硬件传感器所使用的增强现实技术，以及一个强大的和坚实的软件 API 中，我们正在定义一个案例进行研究，通过应用系统，我们已经设计了相应的应用场景。此外，我们计划使用各种增强现实技术的应用程序在不同的情况下。进一步扩展工作系统，考虑新的趋势，以涉及新的增强现实技术。此外，在不同的平台，我们将探讨系统的发展，使这个系统访问更多的用户。图 5 应用场景在使用的情况下语境的 QR 码可以提供巨大的价值，根据上下文动态地改变。增强现实是一个有趣
20、的领域，因为它使用户与不同的技术交互。根据上下文的 QR 码的特点，协助用户使他们更接近现实增强，使访问的内容从不同的经验和透明地利用语境的 QR 码提供的特征。本文提出了一种使用上下文的 QR 码激活不同的行动来应对不同的设备和用户的情况下系统。我们的系统将证明，在不同的环境下它是可以实现不同的增强现实技术的。.总结QR 码是二维码的一种，其能将网址等信息编入码中，方便大众通过移动终端扫描后直接进入相应网址，从而在印刷品与虚拟的数字内容之间架起桥梁。目前其多用于商业产品领域，如广告、海报、产品目录和邮件等。最近，弗雷德和泰勒出版社出版了一本带有 QR 码的画册 (世界画卷以独特的景观看我们的
21、地球，其中的照片引起广泛轰动。美丽的印度泰姬陵、独特的澳大利亚大堡礁以及时尚的纽约城市街景等，令人心驰神往。读者不仅可以欣赏印刷精美的画册，还可以通过移动终端观看 360 度鸟瞰全景图(部分使用无人驾驶飞机拍摄)，场景非常震撼。从画册到电子照片，QR 码延伸并丰富了图书的内容。使用 QR 码有着许多优势：QR 码无需专门的扫描设备，所以不会带来额外的设备成本；QR 码识别迅速；印有 QR 码的产品是供消费者使用的，因此，QR 码能深入到消费者之中，可作为流量入口。与此同时，由于目前大多数 QR 码都是将网址编码在黑白方块中，其也存在着一定劣势。在以前的设计中，QR 码显得比较突兀，影响美观，Q
22、R 码下方的图文信息不能很好地被显示出来，QR 码只能链接到指定的某一页面，灵活度低。那么，到底哪些人更喜欢扫描 QR 码呢?美国 QR 码扫描 APP 的供应商 Scanlife 曾针对这一问题进行过调查，该公司对其 2015 年第一季度约 2200 万次的 QR 码扫描记录进行了分析，结果显示：3544 岁的男性群体更喜欢扫描 QR 码。在 2015 年第一季度，3544 岁人群( 占被调查人数的 26)的人均扫码次数为 4.3 次，处于这一年龄段的男性群体占这一年龄段被调查人数的 59。男性群体尤其喜欢通过 QR 码获取有关技术或工具类的信息，他们大多会在下班时间扫描 QR 码。总而言之
23、，尽管目前有不少人置疑 QR 码的有效性，但实际调查结果却显示，QR 码仍然能发挥很好的作用。AR 技术是连接印刷品和数字媒体的另一种技术手段。不同于 QR 码，AR 技术无需特殊的编码，而是采用图像识别技术将印刷图案与数字内容进行连接匹配。用户通过移动终端上特定的 APP 扫描印刷品上的特定图案，就会触发 APP 执行相应指令，如启动视频或抽奖活动等。宜家就在其商品目录中用到了 AR 技术。当潜在顾客打开宜家的商品目录时，通过移动终端上的配套 APP 扫描商品目录上的家具，就可以将家具与家中实景按照实际比例投放到移动设备的显示屏上。这样一来，潜在顾客就能够更直观地看到心仪家具摆放到自己家中的
24、样子。家具款式是否搭配、尺寸是否合适等，潜在顾客都能做到心中有数。Appear2Media 是一家为出版社实施 AR 技术的媒体公司。其做的目录产品“ITS Family-Katalog 2016”就是 AR 技术应用的典型案例。该目录产品主要供有旅游需求的人士使用，通过配套 APP 扫描该目录的特定图案，就可以在移动终端上看到相应的附加信息，如有关景点的音视频信息、酒店房间的 360 度视图等，从而充分展示产品的亮点。如此，人们在出行前就可以通过该目录产品了解旅游目的地的相关信息。对商家来说，根据用户的访问情况，其还可以了解用户的兴趣点，甚至可以作为对酒店房价进行调整的依据。现在 Axel
25、Springer 出版社也使用了 Appear2Media 媒体公司的 AR 技术解决方案。目前，该出版社出版的“Arte Magazin”(电视频道节目杂志，每月发行 137i 册)，除了刊登每天的节目信息以外，还会通过 AR 技术给读者提供非常丰富的线上内容，如与主题相关的背景故事、报道和采访等。AR 技术的最大优点是，图案从纸质载体上的平面效果延伸到数字媒体上的立体效果。使用 AR 技术有七大理由：可让印刷媒体变得更具吸引力；提高用户或读者的忠诚度；可扩展联系方式，增加销售渠道；通过访问情况可了解用户的兴趣点；可以让用户或读者在短时间内了解更多内容，显著减少获取相关信息的时间；引进多媒体
26、信息，让印刷媒体立体化；数字内容易更新，使其可保持在最新状态，并且在离线下载后随时都可以使用。QR 码和 AR 技术的应用，使得杂志、报纸、小册子、包装、传单等印刷媒体对通过APP 获取附加数字信息起到了很好的推动作用。愿在这些新技术的带动下，移动互联网之风也能为印刷行业带来新的气象!参考文献1R. T. Azuma, “A Survey of Augmented Reality,” vol. 4, no. August, pp. 355385, 1997.2T. Kan, C. Teng, and W. Chou, “Applying QR code in augmented reality
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