AR技術(shù)應(yīng)用于初中地理教學(xué)的探索與研究

張道婷　王澤華　張婷

摘? 要：將前沿的AR技術(shù)與初中地理教學(xué)相結(jié)合，針對(duì)地理書中主要的地形、地勢(shì)、板塊、山脈等平面圖制作出一款軟件，將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用到教學(xué)實(shí)踐之中，使課堂的教學(xué)更加立體，就能讓學(xué)生在屏幕上感受到現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界融合，創(chuàng)建合適的學(xué)習(xí)環(huán)境，以提高他們的學(xué)習(xí)興趣，讓他們積極主動(dòng)地參與到發(fā)現(xiàn)地理、學(xué)習(xí)地理當(dāng)中。

關(guān)鍵詞：AR技術(shù)? 地理? Unity? 3D

中圖分類號(hào)：G633.55? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1672-3791（2019）03（c）-0102-02

1? AR技術(shù)和Unity 3D簡介

1.1 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡介與發(fā)展

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是在虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展過程中應(yīng)運(yùn)而生的，它的誕生一方面是體現(xiàn)了時(shí)代的發(fā)展，另一方面是為了彌補(bǔ)虛擬現(xiàn)實(shí)完全脫離現(xiàn)實(shí)而呈現(xiàn)的不足。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，簡稱AR），它是一種將真實(shí)世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成的新技術(shù)。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)之父和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)之父薩瑟蘭開發(fā)出了第一套增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，是人類實(shí)現(xiàn)的第一個(gè)AR設(shè)備;2001，Kooper和MacIntyre開發(fā)出第一個(gè)可掃描一切的AR瀏覽器;2012年，谷歌宣布開發(fā)Project Glass增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)眼鏡項(xiàng)目，并可正式在網(wǎng)上訂購。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，教育醫(yī)療、影視媒體、游戲娛樂、旅游展覽、工業(yè)航天等多個(gè)領(lǐng)域都有所應(yīng)用。

1.2 Unity 3D簡介

Unity 3D是由Unity Technologies開發(fā)的多平臺(tái)的綜合型游戲開發(fā)工具，是一個(gè)全面整合的專業(yè)游戲引擎。Unity 3D具有廣闊的發(fā)展前景：軟件具有通用性、操作規(guī)范、高效的開發(fā)速度、多平臺(tái)的支持，以及多種編程語言兼容;Unity 3D性能卓越，可視化的編程界面、高效腳本編輯，方便完成各種開發(fā)工作開發(fā)效率出類拔萃，極具性價(jià)比優(yōu)勢(shì);Unity 3D支持大部分3D模型，骨骼和動(dòng)畫直接導(dǎo)入，貼圖材質(zhì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為可兼容的格式;Unity 3D支持從單機(jī)應(yīng)用到大型多人聯(lián)網(wǎng)游戲開發(fā)。目前Unity 3D全球游戲開發(fā)使用占有率已超過10%，Unity 3D引擎占據(jù)全功能游戲引擎市場(chǎng)45%的份額。

2? 開發(fā)過程

2.1 準(zhǔn)備

在制作軟件之前，小組成員要針對(duì)每人所擅長的方向進(jìn)行分工，以便于后期工作的有效進(jìn)行，其中包括模型搭建、UI設(shè)計(jì)、代碼等方面;小組制定合理的時(shí)間表并嚴(yán)格執(zhí)行，其中包括項(xiàng)目完成進(jìn)度、定期開會(huì)總結(jié)、組內(nèi)成員討論等。

2.2 收集信息，整理資料

首先對(duì)初一初二的學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查，了解學(xué)生對(duì)于地理這門課程的態(tài)度以及學(xué)科成績，作為該軟件開發(fā)的實(shí)際基礎(chǔ);其次對(duì)初中地理課本中的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行收集及統(tǒng)計(jì)，找到具有針對(duì)性的知識(shí)點(diǎn)，把書中可掃描內(nèi)容整理成圖冊(cè)，以便后續(xù)使用;然后將書中可做模型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，找到對(duì)學(xué)習(xí)需要重要的模型，合理地策劃方案，提前安排模型的展示方式、制作、貼圖、動(dòng)畫等內(nèi)容，以便于對(duì)模型制作的進(jìn)度以及模型的真實(shí)度進(jìn)行把控;最后，將所有內(nèi)容整理成文字資料，以方便后續(xù)工作的進(jìn)行。

2.3 制作模型

根據(jù)制定好的方案利用3D MAX三維制作軟件進(jìn)行模型的搭建，依據(jù)模型在真實(shí)世界中的尺寸比例來搭建模型，使用合適的貼圖及動(dòng)畫，使模型展示能讓學(xué)生對(duì)地理產(chǎn)生興趣，對(duì)知識(shí)點(diǎn)深度理解。模型制作過程中要不斷以Unity 3D可支持的格式導(dǎo)出，并導(dǎo)入進(jìn)Unity 3D中進(jìn)行調(diào)試，防止模型的比例、位置、貼圖、動(dòng)畫出現(xiàn)不可控、不理想的狀態(tài)。模型完成后導(dǎo)出為FBX模式。

2.4 設(shè)計(jì)UI

UI設(shè)計(jì)主要分為軟件logo、切換界面、按鈕圖標(biāo)三大部分，軟件的logo采用了藍(lán)紫色系，并展示出軟件的特色及主題;為了使界面與軟件的定位風(fēng)格相適應(yīng)，我們采用了藍(lán)綠色為主顏色設(shè)計(jì)界面;根據(jù)學(xué)習(xí)類軟件的需求將圖標(biāo)設(shè)計(jì)成簡約的白色線性圖標(biāo)，簡潔清晰，容易理解。

2.5 編寫代碼并測(cè)試程序

結(jié)合軟件的功能編寫代碼并逐步優(yōu)化。該軟件的主要功能有登錄系統(tǒng)、AR掃描、模型操作、知識(shí)點(diǎn)展示等。使用者需要先輸入準(zhǔn)確的賬號(hào)和密碼登錄軟件，針對(duì)書中的內(nèi)容找到圖冊(cè)中對(duì)應(yīng)的模型位置，對(duì)模型進(jìn)行掃描得到相應(yīng)的模型;觸發(fā)模型操作按鈕可以對(duì)模型執(zhí)行移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、動(dòng)畫播放和暫停的命令;第一次點(diǎn)擊模型可以看到模型所對(duì)應(yīng)的小標(biāo)記，第二次點(diǎn)擊模型標(biāo)記消失;觸發(fā)知識(shí)點(diǎn)功能可以得到模型對(duì)應(yīng)的完整知識(shí)點(diǎn)，以便使用者學(xué)習(xí)整理。程序完成后進(jìn)行測(cè)試、修改和維護(hù)，測(cè)試各個(gè)界面、各個(gè)按鈕是否達(dá)到了預(yù)期的要求，是否還有優(yōu)化的需要，是否能夠讓使用者的有最舒適的用戶享受。

2.6 發(fā)布程序

完成程序的測(cè)試確定程序的完整性和準(zhǔn)確性以后將程序發(fā)布到各個(gè)平臺(tái)上，以便于使用者對(duì)軟件的下載和應(yīng)用。初期，我們會(huì)將軟件在中學(xué)進(jìn)行推廣使用，并對(duì)使用者進(jìn)行回訪，了解使用者的使用感受以及使用后的建議，根據(jù)收到的信息對(duì)程序及時(shí)修改優(yōu)化，以達(dá)到使用者的最佳使用感;然后我們會(huì)繼續(xù)增加模型的數(shù)量，對(duì)模型不斷進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到極大化的真實(shí)性，讓使用者能夠感受到地理的魅力，產(chǎn)生學(xué)習(xí)地理的興趣。未來我們將會(huì)拓展模型量和知識(shí)點(diǎn)，在條件允許的情況下可以和學(xué)校合作，使軟件成為教學(xué)工具，拓展教師端、學(xué)生端一起運(yùn)用，使地理教學(xué)變得生動(dòng)有趣，更加便利。

3? 結(jié)語

現(xiàn)階段國內(nèi)的教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行近乎“填鴨式”的教育，通過講解枯燥的文字、圖片給學(xué)生傳播知識(shí)，這樣的教學(xué)方式單調(diào)，尤其對(duì)于在學(xué)習(xí)方面不那么有天賦的學(xué)生來說不易理解，教學(xué)效果并不理想。地理老師在講臺(tái)上激情澎湃地講著，學(xué)生在座位上絞盡腦汁去想象那個(gè)場(chǎng)景的發(fā)生過程，這個(gè)想象過程是很痛苦的，如果可以直觀地看到變化過程，學(xué)生還會(huì)覺得痛苦嗎？AR技術(shù)應(yīng)用到初中地理可以加深學(xué)習(xí)者對(duì)于學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解，將文字、圖片、視頻、動(dòng)畫等一系列技術(shù)手段融合到地理學(xué)習(xí)當(dāng)中，給學(xué)習(xí)者提供動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)，提供維持學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的外部激勵(lì)。讓學(xué)習(xí)地理變成一種娛樂，一種提供給學(xué)習(xí)者同時(shí)使用多種感官如眼、耳、手相結(jié)合的全方位式的互動(dòng)體驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 曾妮麗.基于Unity和Maya的虛擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電腦編程技巧與維護(hù)，2015（22）：82-84.

[2] 季靜宇.AR技術(shù)在初中地理教學(xué)中的應(yīng)用——以“等高線地形圖”為例[J].地理教育，2018（4）：51-52.