基于增強現實技術的傳統出版物數字化設計研究

許王旭宇　顧藝

摘 要 為了在數字時代保護推廣傳統出版物，從傳統出版物數字化現狀、增強現實技術的應用兩個維度展開分析，研究了用增強現實技術為傳統出版物賦能的可能性，提出并實現了以《世界現代設計史》一書為代表的傳統圖書的增強現實賦能方案。該方案把紙質書和數字內容更好地整合在一起，降低了推廣和購買的成本，為未來傳統出版物的數字化探索了新的增強現實方案，意在讓數字時代保存一縷傳統書香。

關鍵詞 傳統出版物;增強現實技術;數字化賦能;Unity3D平臺;Vofuria SDK

引用本文格式 許王旭宇，顧藝. 基于增強現實技術的傳統出版物數字化設計研究——以《世界現代設計史》為例 [J].創意設計源，2019（6）：22-26.

Digital Research Design of Traditional Publications Based on Augmented Reality Technology———Taking the History of Modern Design as an Example

XUWANG Xuyu，GU Yi

Abstract In order to protect and promote traditional publications in the digital age， this paper analyzes the two dimensions of the traditional digitalization of traditional publications and the application of augmented reality technology， and studies the possibility of empowering traditional publications with augmented reality technology. The book of the history of modern design is a representative of the augmented reality empowerment of traditional books. The program better integrates paper books and digital content， reduces the cost of promotion and purchase， and explores a new augmented reality solution for the digitization of future traditional publications， intended to preserve the traditional book fragrance in the digital age.

Key Words Traditional publication; Augmented reality; Digital empowerment; Unity3D platform;Vofuria SDK

引言

自從上世紀計算機誕生以來，互聯網的概念為大家所熟知。近年來，信息技術行穩致遠，進一步邁入了移動互聯網時代。以家用電腦和智能手機為代表的移動互聯網工具不僅改變了信息的傳遞方式，而且長遠地改變了現代人的思維邏輯。雖然移動互聯網時代的數字化信息交互方式有著降低信息的獲取成本和提升單位時間內生產力的優點，但與此同時現代人的生活被這樣的交互方式不由自主地分成了兩部分。眾所周知，工作娛樂時的數字世界和我們熟知的真實世界是完全獨立的，真實世界與數字內容的割裂導致了一系列的問題，而其中尤為值得關注的是由此導致的傳統出版業的逐漸衰落。

隨著信息技術的進一步完善，增強現實技術（簡稱AR）順應時代的要求登上了歷史的舞臺。得益于AR能把虛擬的數字內容疊加在真實世界中，以此提升用戶對真實世界感知的技術特征，人們的目光重新回到了真實世界。對于傳統出版物的AR數字化方案研究將進一步探求出版物的數字化道路，力爭解決傳統出版物在互聯網時代的問題。

一、傳統新聞出版物的現狀與機遇

傳統意義上的新聞出版物指的是以報紙、雜志為主要內容的一系列紙質媒體。傳統新聞出版物之所以能夠成為主要傳媒的支柱，首先是因為其內容具有時效性，滿足了公眾及時獲取信息的渴望;其次是由于其有高素質的采編團隊，具有強大的公信力;最后還因為紙質媒體具有統一、穩定的思想體系和藝術風格，讀者能夠從中獲得愉悅的閱讀體驗。

但是移動互聯網時代的到來讓傳統新聞出版物受到了沖擊。人類的生理習慣決定了用戶更愿意和信息直接交互，數字媒體的各種充滿趣味的交互形式是傳統媒體所不能及的。而且數字媒體極強的時效性與擴展性賦予了信息及時更新的能力，在大數據與人工智能不斷更新、機器學習和自然語言不斷完善的時代，保證內容及時更新的數字媒體一時之間受到廣泛的關注，數字媒體的更新能力遠勝于傳統媒體。然而，雖然數字產業勢能強勁，但是純粹的數字信息無法保證傳播內容具有公信力，很難形成穩定的思想體系，讀者無法取得愉快的閱讀體驗。目前，數字化信息的重心正在回歸內容本身，而傳統出版業正在尋求以數字出版的方式增加營收，[1]這為傳統出版物的數字化帶來了利好。中國新聞出版研究院是我國唯一的新聞科研機構，其在《2017-2018中國數字出版產業年度報告》中指出：至2017年底，我國數字出版產業的用戶已經約18億人，整體收入約7000億元。但是與此同時，以互聯網期刊為主的數字化書刊的收入卻在下降，從前一年的1.54%下降到了1.17%，遠低于其他數字出版的收入，報告內容分析如圖1所示。

從圖1不難看出，數字技術與傳統出版相結合的道路是可行的，其受眾和收入在持續增長。但是因為純粹的傳統書刊數字化沒有體現數字技術的優勢，所以單純的傳統書刊數字化不是復蘇傳統出版物的有效方式，受眾在逐漸減少，營收在逐年遞減。傳統出版業渴望尋找到既能保護原有閱讀體驗，又能延伸閱讀價值的數字技術。此時增強現實技術憑借優勢，成為更好的選擇。

二、增強現實技術（AR）分析與應用

（一）增強現實技術的內涵與意義

增強現實技術是利用光學顯示、三維配準和實時交互等技術的研究領域。其原理是利用智能手機或增強現實頭戴式顯示設備把虛擬數字內容實時疊加到真實世界，有效補充真實世界的信息，進而增強用戶對于真實世界的信息獲取與交互體驗。[2]目前，增強現實技術已被廣泛運用于教育、出版、購物、博物館、醫療等領域，其能有效地為傳統領域賦能，賦予傳統領域適應時代與自我更新的能力。在《“十三五”國家科技創新規劃》中，國家明確指出：目前我國要突破虛實融合、實時定位注冊等一系列虛擬現實和增強現實的關鍵技術，把虛擬現實和增強現實技術應用于醫療、文化、工業、娛樂等領域。由此可見，把增強現實技術應用于傳統出版業的構想獲得了政策支持，符合國家與公眾的需求。

（二）增強現實技術（AR）應用案例分析

1.增強現實技術在文化教育領域的應用

目前，包括美國國家航天航空局（NASA）、英國廣播公司（BBC）、谷歌和微軟在內的機構與平臺都嘗試用AR為文化教育領域賦能，簡化教育成本，延展真實世界的體驗。以美國國家航天航空局研發的AR應用“Spacecraft 3D”為例，用戶只要打印一張包含AR識別標記的白紙，就能用手機端的應用識別標記，在手機屏幕上觀賞航天器的動畫模型，還能與之互動，拆解其部件。

增強現實技術的三維配準和實時交互的優勢降低了文化教育的學習成本，簡單的操作就能實現有趣的交互，學生在互動中自然而然就可以學到知識。由此可見，把增強現實應用于文化教育領域符合未來降低教育門檻、提升學習效率的趨勢，具備實用意義。

2.增強現實技術在傳統出版領域的應用

傳統出版業的未來在于數字化和數字出版。增強現實技術將傳統刊物和數字信息連接起來，增強和改進了傳統書籍的內容，指明了傳統出版物數字化未來的方向。2017年意大利博洛尼亞國際兒童書展數字大獎的獲獎書籍《一只名叫穆爾的熊》就運用了增強現實技術。其創作團隊為該書準備了配套的“穆爾熊”APP。APP包含了書中的四個場景，經過AR的賦能，原本靜止的畫面頓時精彩生動，豐富的聲音效果和立體的場景構成了身臨其境的體驗，讀者在不知不覺中能學到許多知識。[3]

增強現實技術的全方位體驗延伸了靜止的書本內容，滿足了讀者探索新鮮事物的自然天性。這一技術建立了體驗式的閱讀方式，讓閱讀成為有趣的事。

由此可見，增強現實技術具有其他數字化技術所不具備的優勢，其在保留了傳統出版物閱讀價值的同時，還豐富了傳統出版物的閱讀體驗，把增強現實技術運用于傳統出版物的方式符合實際價值。[4]

三、基于增強現實技術的傳統書籍數字化設計研究

（一）項目構想

截至2018年，已有應用增強現實技術的書籍出版。但是從自然標記記錄識別、數字信息三維建模、內容整合到APP研究制作，AR書籍投入的成本與時間是傳統圖書的數倍。開發商投入的成本難以回收，消費者不愿意為了附加值投入過多的財力。雖然AR書籍內容豐富，但是售價過于昂貴，推廣的空間有限。同時，與市場更關注于幼兒科普圖書的現狀相比，傳統圖書更需要應用AR技術。以設計專業的圖書《世界現代設計史》為例，其實體書的厚度接近500頁，因為篇幅極長、不具有便攜性，所以大多數讀者選擇閱讀更便捷的電子書或者精簡筆，鮮有人關注紙質圖書[5]。基于以上原因，本項目用增強現實技術提升《世界現代設計史》一書的價值，同時盡可能地保存原有閱讀體驗、延伸閱讀價值、降低制作推廣的成本，簡化用戶操作的步驟。

（二）開發工具分析與選用

1.軟件開發平臺分析

隨著國內外公司與平臺日益增加對增強現實技術的研究力度，眾多AR平臺與軟件開發工具不斷推陳出新。經過市場的優勝劣汰，目前由Unity Technologies公司研制的Unity3D和Epic Games開發的Unreal Engine4引擎是AR與VR首選的軟件開發平臺，兩者各具優勢。

Unity3D在虛擬現實、增強現實內容的整合方面有著很好的表現。其優勢在于學習成本較低，教學文檔簡單易懂，軟件開發工具完善，能方便地開發增強現實技術項目，是輕量級增強現實技術的首選。但是其材質、紋理、燈光的精致度不如Unreal Engine4。Unreal Engine4（虛幻引擎4）制作的材質、紋理、燈光的精美程度、完善度遠勝于Unity3D。經由虛幻引擎4制作的畫面不但具有真實的體驗，而且還賦予了空間夢幻的感受，遠勝于Unity3D。目前游戲廠商常用該引擎打造精品游戲，但是該引擎項目制作難度高，不夠靈活，需要投入更多的學習成本，更適用于精品的項目。

綜上所述，Unity3D與虛幻引擎4都能應用于增強現實技術項目的研制與開發。但是Unity3D的配套工具更完善、更靈活，更適合于輕量級增強現實項目，與本項目的主旨相符。因此，本項目選用Unity3D作為項目開發工具，開發工具的優勢、劣勢分析如圖2所示。

2.軟件開發工具（SDK）分析

軟件開發工具（SDK）包含了應用程序調用接口、動態連接數據庫等幫助設計師開發的工具。迄今為止，ARToolkit、Easy AR與Vuforia是Unity3D平臺上最具生產力的三大SDK。

ARToolkit的優勢是開源跨平臺，具備拓展性。但是ARToolkit的識別性能不如Vuforia。Easy AR包含了交互支持、自定義攝像頭接入等功能。既包含了面向基礎用戶的免費功能，又推出了面向開發者的專業版本。其優勢是簡單易用，識別性能強，但豐富與拓展性不如ARToolkit。Vuforia的專業度極強，其優勢在于能在移動設備上帶來更好的互動體驗。Vuforia不僅功能豐富、拓展能力廣闊，而且識別能力最優。雖然需要一定的學習成本，但是Vuforia能為移動設備端提供更好的交互體驗。

基于以上原因，Vuforia適用于輕量AR的設計制作，且優秀的拓展性保證了后續的功能更新。因此，本項目選用更符合功能需求的Vuforia作為項目所用SDK，ARToolkit、Easy AR、Vofuria的對比如圖3所示。

3.顯示平臺分析

增強現實技術的理想狀態是通過頭戴式顯示設備實時在真實環境上疊加虛擬信息，增強人們對真實世界的感知。因此，其理想顯示平臺是增強現實眼鏡，但是目前的AR眼鏡存在著諸多不足。以微軟于2017年正式進入中國市場的增強現實眼鏡“Hololens”為例，其外觀充滿了夢幻的科技感，目標是讓用戶在家中就能進入增強現實的世界，而后取代計算機成為理想中的下一代計算平臺。雖然微軟為此提供了一整套提升生活體驗的解決方案，[6]但是未預設的內容如何更好地即時建模，輕便的眼鏡如何保持續航等問題都需要持續改進。同時，約25 000人民幣的售價大幅度降低了其銷售量。

與之相比，智能手機目前則廣受歡迎。前瞻產業研究院一直著力于提供具有戰略投資價值的資料，其在發布的《中國智能手機行業市場需求預測與投資戰略規劃分析報告》中提到：得益于5G技術的強力驅動，至2021年，全球5G手機的出貨量預計大約為1.1億部。由此可見，人們對智能手機的興趣具有持續性，目前不會減少，所以智能手機比增強現實頭戴式顯示設備更實用，同時Android手機的兼容度更高。因此，本項目選用公眾廣為接受的Android智能手機作為顯示平臺。

（三）項目實現

本項目的構想如下：用戶先購買紙質實體書，再識別封面的二維碼，下載一張圖片與一個應用。用戶把打印好的扉頁與書本圖片或文字組合成新的內容，用手機端應用識別該內容，就能播放一段介紹設計史的視頻，延伸原本書籍的內容，帶領用戶體驗AR的世界。不但保留了原汁原味的實體書閱讀信息，而且用簡潔的動畫增強了讀者的閱讀興趣，輔助用戶記憶內容。本項目實現后，僅初次使用需要安裝應用，之后用戶使用時只需要執行步驟三、四、五即可，用戶操作步驟如圖4所示。

基于以上構想，本項目的開發分為五個部分：自然識別標記制作、增強現實動畫制作、二維碼識別設計、手機端增強現實App開發、應用導出與測試。

第一是自然識別標記制作。基于項目構想，自然識別標記分為兩部分，《世界現代設計史》原有內容和新繪制扉頁共同構成了識別對象。因為Vuforia要求識別對象必須具有較好的識別度，因此本項目選取了《世界現代設計史》一書中“工業設計的興起”與“裝飾藝術運動”兩章共計五張構圖別致的圖片。手繪扉頁采用了工業設計風格，其中電視屏幕鏤空，原書圖片與手繪扉頁組合，共組成了五張識別圖，部分識別圖如圖5所示。

第二是增強現實動畫制作。手繪水彩動畫具有獨特的風格，增強現實動畫以水彩動畫為載體，能夠聚合知識內容，吸引讀者注意力，有助于讀者記憶、回憶書本內容。本項目用Ipad端繪制了動畫的全部素材，而后用電腦端合成了視頻動畫。本項目在保證簡而精的前提下，以章節主題為導向，共制作了約15段20秒的動畫。為了保證與Unity3D的兼容，動畫格式為MP4。

第三是二維碼識別設計。為了保證實體書的銷量，同時便于用戶獲取信息，本項目預設了一張網頁，在網頁中置入了識別圖和手機應用資源。二維碼添加在原書封底，用戶只需識別該二維碼就能導向預設網頁，下載團隊提供的資源。

第四是增強現實APP開發。得益于Unity3D跨平臺的優勢，軟件開發時只需關注功能和導出時優化的平臺即可。第一步是授權碼獲取，本項目在軟件環境中置入了AR Camera，在Vuforia官網的License Manager列表中選擇獲取授權碼，之后把授權碼填入AR Camera的注冊欄就完成了授權。第二步是資源導入，本項目把識別圖提交至Vuforia官網的Target Manager欄，在Create Database選擇Device，生成識別圖后下載資源包、導入進Unity就完成了資源導入。第三步是視頻資源導入，只需把15段Mp4視頻導入Unity3D的資源欄即可。第四步是AR交互設計，首先在Unity3D主界面置入Image Target、Cube和視頻播放虛擬按鍵。把Cube設置為Image Target的子集，替換Cube內容為視頻。為虛擬按鍵設置按鍵行為和按鍵目標，用C#語言編寫代碼。該步驟完成后就能實現智能手機識別圖片之后，即時在圖片上疊加虛擬視頻播放按鈕，用戶點擊屏幕上的按鈕后，開始播放視頻。

最后是應用的導出與測試。在已安裝Android環境組件的前提下，在Unity3D的Build Setting中勾選全部場景資源。為了保證應用的兼容性，安卓版本設置為Android4.1～9.0。之后選擇Build，完成資源的編譯，導出資源為APK。在智能手機端安裝該APP即可開始測試。確認應用識別精確、運行無誤后，本項目就已經開發完畢，已完成項目如圖6所示。

結語

傳統出版物的保護與推廣是數字時代的重要主題。把增強現實技術應用于傳統刊物數字化能即時在真實書籍內容之上疊加數字信息，不僅保護了傳統的實體書，而且延伸了書籍的閱讀價值。[7]本項目目前已完成在傳統書籍基礎上的增強現實動畫播放的功能。未來，本項目會進一步基于Unity3D與Vuforia的拓展性，整合諸如三維模型展示等功能，更好地實現傳統刊物的數字化賦能與推廣。通過這樣的方式，觀眾更愿意了解、購買實體書，傳統出版業也有了一條新的數字化推廣的途徑。

參考文獻

[1]孫青.探索高校藝術設計專業教材數字出版[J]. 創意設計源，2015（5）：43-45.

[2]邊策.基于增強現實技術的環境解說系統研究[J].綠色科技，2019（9）：11-15.

[3]李欣.基于增強現實技術的交互敘事研究——以AR圖書為例[D].北京：北京郵電大學，2019：56.

[4]劉峰，易賢恒.媒體融合背景下傳統文化IP出版的內容創新機制探析——基于《道引·形體牽引篇》的個案研究[J].創意設計源，2018（3）：36-40.

[5]張靜. 增強現實技術在圖書出版領域的應用淺析[J]. 編輯學刊，2018（5）：37-39.

[6]胡曉琛，鄧冰.增強現實輔助設計在虛擬互動中的應用研究[J].創意設計源，2015（2）：36-41.

[7]李國光. VR和AR在圖書出版領域的應用探析——以教育培訓類圖書和童書類出版為例[J].青年記者，2019（11）：91-92.

許王旭宇 顧藝

上海工程技術大學