基于Unity的AR交互式绘本设计_黄键.pdf

电脑与电信强、性能更高的优势。阿里云ECS（Elastic Compute Service）是一 种 简 单 高 效、安 全 可 靠、弹 性 扩 展 的I a a S（Infrastructure as a Service）级别云计算服务，能够实现计算资源的即开即用和弹性伸缩。为了方便用户快速高效的部署应用，ECS提供了资源编排服务（Resource Orchestration,ROS）控制管理平台。ROS是阿里云官网提供的免费服务，无需下载安装。通过使用ROS控制台提供的模板可以便捷地创建阿里云资源，部署同伴互评系统，具体步骤如下：(2)单击“创建资源栈”，设置相关参数，包括：资源栈名称、ECS实例类型、ECS实例云盘类型、ECS实例的登录密码、MySQL数据库的登录设置以及Nginx的下载地址等。(3)资源栈创建成功后，在“资源栈详情页”中单击“输出”标签，查看“NginxWebsiteURL”的值，即访问地址。通过该地址即可访问已创建的LNMP环境。(5)将同伴互评系统部署至所创建的云环境上，用户便可以通过独立域名进行系统访问。6 结语(4)在LNMP中安装PHP依赖管理工具Composer，通过Composer下载并且安装Yii2框架。同伴互评是互联网时代下教育信息化发展的一种新型评价方式，在以慕课为代表的线上课程中得以广泛应用。针对同伴互评在互评流程组织及互评任务分配方面存在的难题，提出了一种基于自动推荐机制的同伴互评系统设计方案。该系统实现了“导、练、做、评”的同伴互评流程，充分发挥互评引导、互评训练在正式互评前的作用，基于学习者的训练行为数据进行互评任务的自动推荐，从而提升互评结果的精确度并促进学习者进行学习反思。采用云服务对该系统进行部署能够有效降低系统运维成本，保证系统高效稳定地运行。(1)登录ROS管理控制台，从模板示例中，找到“LNMP(Linux+Nginx+MySQL+PHP)”环境。参考文献：1 丛玺梦,李美凤,王冉.我国同伴互评研究现状分析基于期刊文献研究J.现代职业教育,2020(14):138-139.2 赵宏,张亨国,郑勤华,等.中国MOOCs学习评价调查研究J.中国电化教育,2017(9):53-61.3 赵呈领,李红霞,蒋志辉.大数据时代在线同伴互评提升策略的审视与展望J.湖南科技大学学报(社会科学版),2019,22(4):170-177.5 杨庆,史杨,杨静.基于教育大数据的同伴互评系统的设计与实现以“计算机基础教学”为例J.信息与电脑(理论版),2020,32(2):128-130.6 柏宏权.基于同伴互评的移动作业展评系统的建构及实践分析J.电化教育研究,2017,38(3):75-79.4 吴名星.数据库课程实训报告互评系统设计与实现J.现代信息科技,2020,4(18):29-31+35.图5 系统框架结构图（下接第09页）电脑与电信基于Unity的AR交互式绘本设计黄 键 董 湛 郭晓妍摘 要：近年来，VR、AR等技术已经广泛应用到教育、医疗等各个领域。绘本作为儿童的一种重要读物，具有十分重要的教育作用。目前，传统的各类绘本虽然画面精美，但在沉浸性、交互体验方面还略有不足，而AR等虚拟类技术可以很好地解决这个问题。采用Unity平台，基于国产的EasyAR引擎，以一个AR绘本制作为例，说明了设计的流程和主要技术，并就设计过程中的一些复杂问题，提出了改进的方法。设计出的AR绘本，体验效果好，具有良好的应用前景。（福建幼儿师范高等专科学校，福建 福州 350007）关键词：AR；绘本；Unity；EasyAR中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1008-6009（2022）11-0005-05近几年，随着虚拟类技术的出现和发展，已经出现了一些VR、AR类的绘本。这类绘本具有更好的沉浸体验效果，还能进行一些有趣的互动，吸引很多人去尝试和3体验。2.1 虚拟仿真类技术概况绘本是一类有简单故事情节，并包含一定教育意义1的图画书籍的统称。在发达国家，绘本也是很多家庭首选的儿童读物。由于儿童的年龄小，对事物的理解力不如成年人，在选择读物的时候，图画多、文字少的绘2本是一种较好的选择。通过绘本，能让他们在欣赏图画的同时，认识和了解世界，培养阅读的兴趣。目前，绘本的主要形式有纸质绘本、点读发声绘本和数字绘本等。纸质绘本，虽然绘制精美，但画面都是平面和静态的，没有声音，且无法进行互动，体验性一般。点读发声绘本，是在纸质绘本的基础上，内置了电子芯片，配合点读笔或手指触摸识别内容来发声，其对于印刷技术要求高、成本贵。数字绘本包含绘本动画、绘本APP等类型。数字绘本需要在手机、平板、电脑等设备上运行。数字绘本的优点在于，其内容都是动态的，可以进行一定的交互，做到一次开发，随时复制使用，还能不断更新和完善，大大降低了使用成本。当然，现有的数字绘本也有一些不足之处，比如画面基本还是以二维平面的为主，在现实世界的沉浸感体验方面还比较一般，有些绘本APP的交互功能也比较单一。1 引言2016年以来，VR、AR等虚拟仿真类技术得到了快速的发展和应用。VR技术，即虚拟现实技术，综合利用了三维图形技术、多媒体技术等多种计算机技术构造出一个逼真的虚拟世界，可以实现产品仿真、场景的模拟等，且这些设计出的产品，具有良好的沉浸性和交互性的体4验。然而，由于VR技术构建的虚拟世界，需要借助于特定的设备，如VR眼镜、头盔等，才能进行查看和体验，这也提高了使用的门槛。同时，对于年龄较小的儿童来说，长时间使用VR设备，也会影响他们的视力。因此，近几年虽然出现了一些VR儿童绘本，但是并没有得到大规模的普及应用。考虑到儿童的身心特点，无需佩戴专门设备就能使用的AR技术就比较适合他们。AR技术，即增强现实技术，是将虚拟世界的信息融合到现实世界信息中，叠加在同一个画面中进行展示的技术，其实现的原理主要是利用摄像机和传感器捕捉真实世界的信息，实时计算位置和角度，由系统进行处理，再将需要增强的内容渲染到现实世界的指定位置进行显示。相比于VR产品，大部分AR类产品只需要通过手机、平板等设备，扫描制定的内容，就可以进行展示，降低了应用成本，这也使得2 AR技术的概况及应用开发作者简介：黄键（1983），男，福建莆田人，硕士，讲师，研究方向为软件工程、计算机图形图像处理。基金项目：福建省中青年教师教育科研课题，项目编号：JAT201102。45DOI:10.15966/ki.dnydx.2022.11.016电脑与电信电脑与电信一个AR产品设计，需要经过需求分析、场景设计等环节，最后根据不同的操作平台环境进行打包发布，整个设计的大致流程如图1所示。AR产品的设计工具主要有以下几类：Web版AR编辑器，APP版AR编辑器，PC版AR编辑器，还有基于游戏引擎的AR开发工具等。其中，前三类AR编辑器，大都将一些主要功能进行了封装，用户只要进行简单的设置和少量的编程就能开发出一个效果不错的AR应用。但是，如果要实现一些个性化的功能，就比较困难。因此，对于功能比较复杂的AR绘本来说，采用基于游戏引擎的AR开发工具就更为合适。目前，比较流行的AR开发环境，是基于Unity3D开发平台，并使用一些成熟的AR引擎插件进行设计。在这些AR引擎中，比较知名的包括谷歌推出的ARCore，苹果的ARKit，高通的Vuforia，以及国内的EasyAR等。综合考虑开发的成本和复杂程度，本文采用Unity3D结合EasyAR引擎来设计AR绘本。AR绘本作为AR产品的一种，在设计流程上也是与一般的AR产品基本相同。在开发之前，要先选择合适的绘本故事，尽量选择故事情节简短的，又有互动内容的绘本。下面以一个小熊宝宝绘本 刷牙的AR绘本设计为例，介绍其主要的步骤和关键技术。需求分析作为整个设计的第一环节，首先要确定本次产品设计的功能，以及对于设备、性能上的要求。经过分析，小熊宝宝绘本 刷牙主要基于普通的平板电脑、手机等硬件设备，在功能上要实现AR图片跟踪识别、各个角色的行走、刷牙、对话等。为了更好地设计这个AR绘本，根据剧情内容编制脚本，确定每个环节需要的素材及实现的功能。（2）素材设计AR绘本能更好地应用和推广。绘本中各类模型，主要是通过3D MAX建模软件来设计。对于小动物们的各种动作设计，也是在3D MAX软件中通过骨骼绑定等操作来完成。在完成模型和动作设计后，将它们打包导出成FBX文件。此外，为了使角色更加逼真，还需要绘制贴图，可以通过专业的工具，如Photoshop、Substance painter等制作出逼真的模型贴图素材。对于产品中用到的UI，则通过Photoshop软件来进行设计。在素材设计环节中，需要设计小熊、兔子等角色模型，五个小木屋模型作为它们的家，以及一些道具模型等。考虑到绘本中小动物们有刷牙、走路等操作，需要分别为它们设计相应的动作。由于此次设计的绘本中包含一些交互的操作，还需要设计导航菜单，以及角色对话框的UI图片。此外，对于一个绘本来说，应该有适当的背景配音配乐等，也要利用Audition等音频处理工具进行录制剪辑。3 AR交互式绘本设计与应用2.2 AR设计的流程及工具（3）场景和角色的导入与编辑在完成各类基本素材设计后，将它们导入到Unity软件的AR项目中。在Unity开发平台中，自带了一个地形工具组件，通过它可以轻松搭建一个有树有草地的森林场景环境。接下来，根据剧情的安排，将各个模型依次拖到场景的指定位置，并调整它们的坐标和角度。然后在U n i t y项 目 中 创 建 每 个 模 型 对 应 的 材 质 球，并 将albedo反照率贴图、Normal法线贴图等拖到材质球属性面板对应模块中。最后，将这些设置好的材质球绑定到对应的模型上，完成场景和角色的编辑。（4）功能脚本设计在完成角色和场景的编辑后，就要进行功能设计了。由于绘本故事的主要呈现方式还是动画，在整个AR绘本产品设计过程中，需要大量运用Unity中的Animator和Animation这两个动画组件来实现。Animator又称为动画状态机，通过添加不同的动画状态，并配合程序控制它们之间的互相转化，来实现想要的动画功能。例如，在故事开场后，小熊等角色会与小鳄鱼进行对话，之后会返回各自的家里。这可以通过Animator状态机来实现离开时从站立动画切换到行走动画，以及到家后从行走动画切换到站立动画的效果。图2所示为小熊角色的动画状态机，包含站立、走路、刷牙等动画。（1）需求分析为了实现站立状态与行走状态之间的互相切换，可以创建一个浮点类型的速度参数speed，并设置相应激活转换条件来实现。当speed大于0时，动画状态转为BearWalk行走，反之则将动画状态转为Bear_Idle站立。为了更好地进行一些交互，一些情节的推进通过交互按钮来实现，例如可添加一个回家的按钮，点击后启动走路动画，到达家的指定位置后，又转为播放站立动画。考虑到需求分析模块分解场景设计模型、图片、UI设计导入编辑场景功能脚本设计测试修改打包发布图1 AR产品的设计流程场景地形的复杂性，为了高效率地实现角色自动行走到指定位置，采用了Unity中自带的寻路导航功能来实现，相关操作的关键程序如下：对于一些简单的动画功能，则采用Animation组件来实现。Animation是一个基于时间轴的动画编辑工具，可以通过添加多个关键帧的内容来完成动画制作。例如，在场景中，会有开门关门的动画。这时，选中场景中小木屋的门，打开Animation编辑器，每隔1s添加一个关键帧，调整门的位置和角度，这里设计的开门动画编辑如图3所示。在绘本故事中，角色之间会有一些对话交流的情节，这就需要设计一个对话系统。一般利用Unity中的UGUI系统，配合程序控制来显示对话内容。如果对话的内容较多，可以将所有角色的对话内容保存到一个文本文档中，并创建一个通用的对话框UI组件，再将文档内容读取到一个列表中，最后利用对话框组件按顺序显示出来。这种方式可以设计复杂的对话功能，但程序实现上相对复杂。如果对话内容较少，可以