基于增强现实技术的3D乙肝病毒宣传册

摘要：本文详细介绍了自主研发的3D乙肝宣传册的基本情况，该宣传册是利用增强现实技术进行开发的具有交互性的读物，分为软件和纸质读物两部分，软件可运行于高于Android 2.2系统的手机。

关键词：增强现实；3D；宣传册

中图分类号：F416.6 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2012) 09-0000-02

一、引言

增强现实技术是虚拟现实技术的一个重要的分支，也是近年来的一个研究热点。增强现实技术是借助于计算机图形技术和可视化技术产生现实环境中不存在的虚拟对象，并通过传感技术将虚拟对象准确的“放置”在真实环境中，借助现实设备将虚拟对象与真实环境融为一体，并呈现给用户一个感官效果真实的新环境。因此增强现实技术具有虚拟结合、实时交互等新特点[1]。

该科普宣传册的软件部分是基于Android 2.3及其以上系统手机开发的，目前智能手机尤其是Android系统的手机在中国手机市场占有很大的比重因此该宣传册可以得到很好地普及同时摆脱了使用ＰＣ机的不方便，使我们的宣传册的使用更加灵活便捷。

二、开发工具

三维建模工具：3DsMax

平面设计工具：Corldraw 9

软件开发包：高通公司的vuforia-sdk-android

三、开发流程

（一）该科普宣传册的开发流程如下

图 1 科普宣传册的开发流程

（二）需求分析过程主要包括

调查分析目前普通科普读物的主要缺点

分析增强现实技术应用于科普宣传册的可行性

确定科普知识点——乙肝病毒

查找乙肝病毒相关书籍，咨询研究人员及医生

（三）整体设计过程主要包括

制作乙肝病毒三维模型

宣传册内容设计

宣传册平面设计

（四）技术开发与实现过程主要包括

利用vuforia-sdk-android开发包开发基于Android手机的应用程序

（五）宣传册整合过程主要包括

根据前期的设计与开发整合宣传册的软硬件部分，印刷出一本完整的宣传册

（六）测试与反馈过程主要包括

选择测试人群对科普书进行实际使用测试，获得反馈信息

根据反馈信息对宣传册的内容、设计及代码进行改进

四、宣传册使用方法

硬件要求：Android 2.3及其以上版本的手机、宣传册

软件要求：基于vuforia-sdk-android的宣传册的手机应用程序

使用过程：安装软件后打开软件，使手机摄像头对准宣传册中的标志物（标志物要完全在摄像头的可视范围内）

图 2 使用手机摄像头对准标志物即可观察到乙肝病毒的三维模型

五、关键技术

（一）增强现实应用程序主代码流程

图 3 增强现实主程序流程

（二）关键技术点

1.摄像头位置和方向的确定

在增强现实系统中设计到多个坐标系转换的过程，计算机要根据摄像头拍摄到的二维图像计算出摄像头在真实世界中的三维坐标，然后将三维模型叠加到标志物上，最后再以视频（二维）的形式输出。因此计算机需要实时计算出摄像头在真实场景中的三维坐标和朝向。

2.标志物识别

增强现实系统需要将虚拟物体叠加到标志物上，因此标志物的正确识别是增强现实的一个关键技术，基于图像的标志物识别技术的基本原理是将标志物从背景中提取出来然后与目标标志物匹配如果匹配成功就将三维模型叠加到标志物上。

3.JNI技术

JNI技术用于实现Java调用计算机底层的C/C++程序，来扩展Java的功能，提高Java程序的运行效率。Android系统是利用Java语言开发的而增强现实技术的实现是基于OpenGL的C++程序因此需要使用JNI技术来调用C++程序。

4.obj文件到.h文件的转变

利用3DsMax或者Maya等建模软件获得三维模型的.obj文件，利用Perl程序在Cygwin的环境下对.obj文件进行处理得到三维模型的.h文件。

六、不足及存在问题

可以通过图2 看到，在手机屏幕上看到的乙肝三维模型失去了纹理和贴图而且是镂空的，影响了视觉效果。产生这个原因一方面是因为通过Perl脚本进行处理时是模型的贴图和纹理信息丢失另一方面是因为手机本身的特点：容量小、运算速度慢。因此在以后的扩展开发中要认真研究如何在将三维模型转换为.h文件的过程中尽可能保留原模型所有的信息，这些信息包括：贴图、纹理、灯光等。

同时更高的交互性是提高使用者满意度的重要方法，因此在已经实现的交互性的基础上还要实现更高级的交互性如：可以让使用者控制模型分离产生二分之一刨面来观察乙肝病毒内部结构等。

七、结语

本文详细介绍了基于增强现实系统的3D乙肝病毒科普宣传册的设计与开发过程并展示了该科普宣传册的使用方法。将增强现实技术应用到科普宣传领域极大地增加了读者的阅读兴趣达到了较好的科普效果，相信随着增强现实的相关技术的发展和成熟，增强现实技术会在包括科普宣传在内的多个领域得到更加广泛的应用。

参考文献：

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