1、1基于增强现实技术的电子书系统摘 要：对增强现实技术进行简介，分析增强现实图书的功能。并对程序具体运行流程、数据结构设计等方面进行介绍，分析该技术的前景。 关键词：增强现实；教育；图书；幼儿识字 增强现实（Augmented Reality 简称 AR）技术由虚拟现实技术发展而来。虚拟现实技术旨在创造一个完全虚拟的世界，增强现实技术是在现实世界中叠加虚拟物体，并出现在指定位置，利用感知和显示设备输出，进行虚实融合，从而达到对真实现实进行补充的目的。增强现实电子书是利用增强现实技术制作，它在传统图书的基础上增加了声音、动画和模型，让普通的图书成为能够进行三维显示的电子图，使之直观易懂，提高读者学
2、习效率。 一、增强现实技术的概述 AR 技术能够把计算机中存储的信息叠加到真实世界中。AR 系统在运行时，从摄像头读取真实环境进行识别，调用相应的虚拟信息，再通过感知设备把计算机生成的虚拟物体叠加到真实场景中，实现对现实的增强。增强现实技术可以增强视觉真实感，用户可以更加自然的在真实与虚拟之间进行交互，达到更好的应用效果。鉴于其“无缝融合”的特点，该技术可以在医疗、军事和教育等领域进行广泛的推广和应用。1 二、增强现实电子书的功能及设计特点 2增强现实电子书基于 AR 技术制作，本次所制作的增强现实电子书以帮助幼儿识字为目的，整体风格清晰明快。同时制作了相应实物图书，读书时将书上的标识图区域放
3、在摄像头前，计算机会根据读取到的二维标识图进行模式匹配，调用加载渲染相应模型，利用三维注册计算出准确位置并输出在显示屏上。这样读者在阅读的同时便可观赏相应模型，同时该系统能够进行声音的播放。我们的系统在完成正常功能的同时，在设计上具有以下几个优点。 （1）三维展示图书，生动灵活。在整个制作过程中，我们按书中的内容进行三维模型的制作，并通过 OpenGL 平台进行全方位的展示，直观清晰。 （2）可以进行多个图像的识别。该程序在能识别单个图像的同时，还扩展出能够同时识别多个不同的图像的功能，保证程序的可扩展性与发展空间。 （3）提高运行速度、减少内存的占用量。在模式匹配、调用加载渲染模型的功能设计
4、中，该系统采用了双链表生成图的数据结构，父链表负责标识图的识别，子链表负责模型的加载。这种数据结构能够减少模型的调用加载渲染的次数，减少对内存的占用。 （4）使用摄像头即可操作，简单方便。 三、关键技术分析 首先初步设计系统，制作标识图并存入数据库。再用水杉建模软件构建相应模型并筛选，留下效果良好模型进一步的完善。接着在已经经过完善并拓展的 ARToolKit 开发包上进行更进一步的算法设计，完善功3能、减少代码冗余、减少内存的占用。最后进行模型的实时渲染，在OpenGL 平台上进行展示。 （1）程序运行流程。本系统用 ARToolKit 开发，以下流程运行：在程序运行时，系统会先通过摄像头收
5、集视频流，从中截取一阵图像。再对图像进行二值化处理使之变为黑白图像，以便于识别标识。接下来，找出具有标识图特征的最清晰的一张图片进行模式匹配，匹配成功后利用增强现实注册技术计算出模型加载位置，并加载模型。最后将合成的视频输出到显示屏上，进入下一次循环。2 （2）数据结构设计。为了加快程序运行速度，减少内存占用量，可以设计双链表结合生成图的数据结构。双链表被分为父链表和子链表，由父结点和子结点连接而成。父结点存储标识图名称、标识图地址、矩阵变换等信息，设有指向子结点的指针；子结点存储模型信息、判断是否需要加载模型的加载标志（简称加载标志）和指向父结点的指针等信息。程序运行时首先初始化，完成相关的
6、摄像头配置等操作，定义结点并依据变量类型使数据初值为 NULL 或 0。接下来完成程序与数据库的连接，并根据数据库中已存好的标识图的信息，生成父结点、连接父链表。开启摄像头，进入主循环，系统首先对绘图方式等进行设置，并判断是否存在子链表，若存在子链表，把子结点中所有加载标志改为 0。接下来获取一阵视频流，从中找出同一标识图可识别的最清晰的一张，根据标识图的信息在父链表中进行模式匹配，找到包含相同信息的父结点后，判断其指向子结点的指针是否为空，若指针为空，建立相应子结点，记录要加载的模型的相关信息，把加载标志改为 1；若指针指向不为空，重4置需要记录的相关模型信息，将加载标志改为 1。把需要加载
7、的模型的相应信息存储到子链表后，按结点顺序逐个结点绘制所存储的模型。本系统采用的这种双链表生成图的数据结构，减少了相同模型的加载次数，减少多次加载模型所需占用的内存，加快了程序运行速度，提高系统的效率。 四、结语 本文着重阐述了增强现实电子书系统的功能、特点、开发流程和一些关键技术。与虚拟现实技术相比，增强现实技术具有更加自然的融合性与更广泛的适用性，在工业设计、教育娱乐等方面均已得到使用。增强现实电子书是将传统图书与增强现实技术完美融合，既不失传统图书的优点，又能够很好地把学习内容与生活常识相结合，提高了读者的学习兴趣，使学习效率得到提高。随着该技术的不断发展和完善，增强现实技术以及增强现实电子书必能得到广泛的应用。 参考文献： 1 许山杉.增强现实电子书的开发D.上海：华东师范大学，2011. 2 朱孔春.增强现实中基于视觉的三维注册技术研究D.沈阳：沈阳航空航天大学，2011. 3 任波，管涛，李利军，段利亚.基于 ARToolKit 的增强现实系统开发与应用J.计算机系统应用，2006（1）：81-84.
