基于智能化AR技術(shù)的古民居信息系統(tǒng)研究

李曉茹

(太原大學(xué) 外語師范學(xué)院，山西 太原 030012)

0 引言

信息科技蓬勃發(fā)展，學(xué)習(xí)者已習(xí)慣通過網(wǎng)絡(luò)接收多元信息，而計算機新科技的發(fā)展也使教學(xué)有了更多發(fā)揮的空間.在多樣的教學(xué)工具中，如何選擇新手段并通過該手段應(yīng)用在教育領(lǐng)域，來達到更好的教學(xué)效果，一直是教師與學(xué)者致力研究的目標(biāo).教學(xué)形式從面對面授課演變?yōu)橛嬎銠C輔助教學(xué)(Computer assisted association ，CAI)，直到最近幾年被管廣泛討論的3D擴充實境(Virtual Reality，VR)的情境式學(xué)習(xí)，已經(jīng)完全突破了傳統(tǒng)的教學(xué)模式.［1］研究利用擴充實境技術(shù)建立古民居學(xué)習(xí)觀賞系統(tǒng)，系統(tǒng)不僅能夠重現(xiàn)古民居在漫長歷史歲月中的不斷變遷，而且還可以采集用戶使用系統(tǒng)的過程信息，經(jīng)過智能化數(shù)據(jù)挖掘分析，根據(jù)用戶喜好進行應(yīng)用推薦.

1 文獻探討

1.1 擴充實境

擴充實境為(Augmented Reality，簡稱AR)在同一接口空間結(jié)合虛擬和真實對象的數(shù)字技術(shù)，在視覺上會感覺虛擬的對象存在于現(xiàn)實的對象中，虛擬對象會根據(jù)角度改變大小與光影，視覺上與實體對象緊密結(jié)合.故在系統(tǒng)中讓使用者感知到真實與虛擬的環(huán)境，即為擴充實境.［2］也就是其產(chǎn)生的影像，為實體對象與系統(tǒng)加上去的虛擬對象的組合.主要技術(shù)為根據(jù)擴充實體的對象來增加使用者的感知.

1.2 情境學(xué)習(xí)

情境學(xué)習(xí)(Situated learning)是由美國加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的讓·萊夫(Jean Lave)教授和獨立研究者愛丁納·溫格(Etienne Wenger)于1990年前后提出的一種學(xué)習(xí)方式.［3］

簡單說來，情境學(xué)習(xí)是指在要學(xué)習(xí)的知識、技能的應(yīng)用情境中進行學(xué)習(xí)的方式.也就是說，你要學(xué)習(xí)的東西將實際應(yīng)用在什么情境中，那么你就應(yīng)該在什么樣的情境中學(xué)習(xí)這些東西.為什么要這樣學(xué)習(xí)呢?因為在萊夫和溫格看來，學(xué)習(xí)不能被簡單地視為把抽象的、去情境化的知識從一個人傳遞給另外一個人;學(xué)習(xí)是一個社會性的過程，知識在這個過程中是由大家共同建構(gòu)的;這樣的學(xué)習(xí)總是處于一個特定的情境中，滲透在特定的社會和自然環(huán)境中.

2 系統(tǒng)開發(fā)流程

本研究利用擴充實境所具有的三大特點，結(jié)合真實與虛擬，實時互動，空間定位針對古建筑領(lǐng)域的內(nèi)容做出探討.［4］本系統(tǒng)在用戶端使用擴充實境技術(shù)重現(xiàn)古民居歷史變遷的軌跡，系統(tǒng)根據(jù)用戶希望觀察古民居的位置及方位，在畫面上呈現(xiàn)出古民居在數(shù)十年中相對角度影像，讓用戶對于古民居的演變可以有更加具體的了解.

在系統(tǒng)存儲部分使用MySQL構(gòu)建數(shù)據(jù)庫，通過無線網(wǎng)絡(luò)或移動網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫進行聯(lián)網(wǎng)，用戶瀏覽古民居時，系統(tǒng)會自動記錄用戶的習(xí)慣，用Web Service技術(shù)在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上進行數(shù)據(jù)挖掘，推測出用戶最想知道那些信息，并且將結(jié)果傳回用戶欣賞界面.本研究的系統(tǒng)開發(fā)步驟如圖1:

圖1 系統(tǒng)開發(fā)步驟

3 系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)主要分為“用戶系統(tǒng)接口”以及“數(shù)據(jù)庫模塊”兩個核心部分，圖2為本系統(tǒng)架構(gòu)圖:

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

3.1 用戶接口

系統(tǒng)以展示極具北方建筑特色的北京四合院為例.根據(jù)北京四合院的位置及方位，觀賞角度，在畫面上重現(xiàn)北京四合院百年歷史變遷的過程.

1.歷史風(fēng)貌:以每秒幾年為單位播放此觀看角度的古民居風(fēng)貌變化，讓用戶有穿越時代看到古民居歷年來改變的動態(tài)情景.

2.古民居多媒體演示:利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)分析用戶的習(xí)慣，提供個性化的介紹.在用戶使用系統(tǒng)時，適時的自動出現(xiàn)用戶喜好或習(xí)慣選擇項信息，讓用戶更快速地收到自己有興趣的內(nèi)容，讓系統(tǒng)的使用更加個性化、更貼近用戶.

3.分類介紹:分類提供古民居的相關(guān)信息，本系統(tǒng)將古民居的介紹簡單地分類為:古民居歷史、古民居風(fēng)格、古民居傳奇等等.當(dāng)觀看分類介紹時，系統(tǒng)也會記錄用戶的觀看習(xí)慣，提供給系統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的數(shù)據(jù)資料.

4.趣味答題:利用定位的技術(shù)，制作游戲要求用戶找到位于古民居的建筑特色或景點.例如，題目為“這個建筑物是何種風(fēng)格”，用戶必須比對古民居的參數(shù)，系統(tǒng)會適時給予提示或是導(dǎo)引，當(dāng)用戶找到目標(biāo)時，給予適當(dāng)?shù)幕仞?如此一來，用戶可以從游戲中學(xué)習(xí)，提升學(xué)習(xí)的效果，對于古民居可以有更進一步的認(rèn)識.

5.歷史留念:用戶在觀看古民居幾十年前或幾百年前影像的同時，可以與虛擬的古古民居合影.增加系統(tǒng)與用戶的互動性，也讓用戶在學(xué)習(xí)古民居歷史與各年代相關(guān)人物的認(rèn)識，帶來更多樂趣，對于古民居的演變也有更深刻的印象.

圖3 現(xiàn)今的北京四合院

圖4 早期的北京四合院

3.2 數(shù)據(jù)庫模塊

A.用戶數(shù)據(jù)庫:存放用戶的個人數(shù)據(jù)以及學(xué)習(xí)歷程，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)分析用戶的學(xué)習(xí)歷程，找出使用者最想獲得的信息，通過個性化服務(wù)的功能提供給用戶.

B.古民居數(shù)據(jù)庫:存放古民居的數(shù)據(jù)，例如:各風(fēng)格各方位角度的古民居照片、古民居歷史、古民居特色、藝術(shù)文物等，并存放古民居的位置坐標(biāo)，供定位使用.

4 結(jié)論

基于擴充實境技術(shù)設(shè)計的古民居觀賞系統(tǒng)，不僅可以呈現(xiàn)不同視角和歷史時期下的古民居歷史風(fēng)貌，而且系統(tǒng)還同時提供給用戶古民居的當(dāng)代歷史、社會背景等相關(guān)介紹.我們還利用了數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)針對用戶的習(xí)慣，智能選擇每個用戶可能感興趣的古民居信息與古民居外貌呈現(xiàn)方式、適時調(diào)整呈現(xiàn)手段，使用戶最大程度的獲得感興趣的古民居信息.

［1］徐 娟，董 政，曹 鋼.基于智能手機的情境漢語移動學(xué)習(xí)［J］.中國教育信息化，2010(17):72-79.

［2］邱茂慧.基于GIS的廣東省嶺南古民居旅游文化景點競爭力分析［J］.安徽農(nóng)業(yè)科技，2009(8):36-40.

［3］高蓉蓉，呂森林.基于手機的移動學(xué)習(xí)——教育技術(shù)研究的新熱點［J］.現(xiàn)代教育技術(shù)，2006(6):70-76.

［4］Richard Sandford.走出教室，回歸現(xiàn)實世界:用手機和擴充實境技術(shù)傳授科學(xué)課程［J］.科普研究，2011(S1):102-110.