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篇1

關鍵詞：贛文化；全息影像；信息資源；數(shù)據(jù)庫；管理系統(tǒng)

中圖分類號：TP315 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）29-0013-02

The Research of Construction Technique for Holographic Database Based on Jiang Xi Culture

XIA Wang-sheng

（School of Animation and Digital Arts， Communication University of China， Beijing 100024， China）

Abstract： In today's rapid development of information technology， holographic projection image technology in culture and arts industry more widely， how collected holographic form information resources to effectively integrate and manage it is particularly important. Construction technique for holographic database based on Jiangxi culture can classify and integrate the collected holographic form resources， and realize reasonable storage and management to the Jiangxi cultural information resources， and improve the efficiency of the use of information resources.

Key words： Jiang Xi culture； holographic image； information resources； database； management system

贛文化是中國文化的重要組成部分，具有悠久的歷史和濃郁的民族特色?；谮M文化的全息影像數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)能夠把贛文化中的核心元素以立體全息影像的方式呈現(xiàn)出來，成為數(shù)字時代展現(xiàn)和發(fā)揚中華民族文化的新方式。

全息投影技術是利用干涉和衍射原理記錄并再現(xiàn)物體真實的三維圖像的記錄和再現(xiàn)的技術，本質上是通過在空氣或者特殊的立體透明棱錐內(nèi)部形成立體的影像[1]。不同于平面銀幕投影僅能在二維介質表面上顯示二維的圖像或視頻信息，全息影像投影通過透視、陰影等效果可以實現(xiàn)立體感的內(nèi)容，全息投影技術可以真正呈現(xiàn)3D形式的影像，可以從360°的任何角度來觀看影像的不同側面，實現(xiàn)文字、動畫影像與虛擬現(xiàn)實等之間的完美融合，使得藝術創(chuàng)作作品的形態(tài)由靜止的平面走向動態(tài)逼真的三維立體空間，對人們的視覺效果產(chǎn)生強力的沖擊和震撼效果，圖1中顯示的是江西儺文化全息視頻影像的一個畫面。

圖1 儺文化全息影像

基于贛文化的全息資源數(shù)據(jù)庫一個最基本的功能在于文化內(nèi)容數(shù)據(jù)化的整合與存儲，因此創(chuàng)建一個容納贛文化相關資料的數(shù)據(jù)資源庫是未來應用于各種贛文化全息影像裝置的基礎。通過構建的全息視頻資源庫可以將收集而來的數(shù)據(jù)進行分類、整合和管理，實現(xiàn)在資源庫內(nèi)信息的存儲、檢索、查詢、展示等功能。

在資源庫中，把收集到的贛文化信息資源分為人文江西、紅色江西和綠色江西三部分，每部分又下設若干子類，例如人文江西包括儺文化、陶瓷文化、茶文化等內(nèi)容[2]。從存儲格式上來分，資源庫的資源包括文字、音頻、圖像和全息視頻等四種形式的數(shù)據(jù)內(nèi)容。由于它們的物理狀態(tài)、文化表現(xiàn)形式、個體特性等因素各有其獨有的特點，因此在資源的保存和管理方法上也不盡相同。

1 需求分析

由于資源庫中包含大量的高精度圖像與全息視頻數(shù)據(jù)，信息量和存儲數(shù)據(jù)量都是非常大，結構比較復雜，因此設計全息資源庫時與常見的文本數(shù)據(jù)庫不同，需要把大數(shù)據(jù)量的圖像和視頻信息單獨存儲，建立存儲的物理位置與邏輯位置之間的關系庫等[3]。

通過全息資源庫的人機接口可以進行信息資源內(nèi)容的查詢檢索、調用、資源庫管理等功能，以及圖像、音頻和視頻的播放等功能。管理員可以對全息資源庫進行增加資源、刪除資源和編輯資源等操作，以及具有普通數(shù)據(jù)庫中常用的維護功能。用戶可以通過系統(tǒng)界面來檢索和查詢自己感興趣的內(nèi)容，系統(tǒng)提供全面、清晰、有效、方便地查詢、瀏覽以及調用和觀看全息形式的視頻等操作。

2系統(tǒng)架構

為了實現(xiàn)全息資源庫的各項功能，同時保證資源庫的方便靈活性和可擴展性，系統(tǒng)采用了B/S結構的系統(tǒng)構架。用戶主要通過WEB瀏覽器與服務器和數(shù)據(jù)庫進行交互，通過通用的瀏覽器就可以實現(xiàn)對資源庫的所有訪問。這種系統(tǒng)構架模式將實現(xiàn)資源庫的核心部分存于服務器上，使資源庫的發(fā)開和維護以及使用更方便和具有通用性，具有較高的工作效率。系統(tǒng)構架如圖2所示，它基本上由客戶端、服務器和數(shù)據(jù)庫三層結構組成。

圖2 資源庫系統(tǒng)構架

資源庫系統(tǒng)可分為前臺與后臺兩個部分。前臺是指用戶可以通過網(wǎng)頁或接口程序進行瀏覽，主要用于信息資源的檢索、查找和顯示內(nèi)容等工作，后臺是指管理人員對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)信息進行編輯操作和對數(shù)據(jù)庫的管理工作，主要包括系統(tǒng)管理、信息資源的添加、刪除、修改以及管理前臺頁面的基本顯示等功能。

全息資源數(shù)據(jù)庫的后臺采用MySQL數(shù)據(jù)庫，MySQL是一個精巧的SQL數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，并且是完全網(wǎng)絡化的跨平臺關系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)[4]，同時是具有客戶機/服務器體系結構的分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。MySQL功能強大、使用簡便、管理方便、運行速度快、安全可靠性強，能夠為建立全息資源庫和前端程序提供強大動力。

3 數(shù)據(jù)庫設計

在全息資源庫系統(tǒng)的開發(fā)過程中，數(shù)據(jù)庫設計是創(chuàng)建資源庫系統(tǒng)管理系統(tǒng)的基礎，在系統(tǒng)開發(fā)和設過程中居于核心的地位。數(shù)據(jù)庫結構設計要規(guī)范化，這將便于日后的數(shù)據(jù)管理，可以防止數(shù)據(jù)錯誤的發(fā)生[5]。

基于贛文化相關信息資源的收集和整理，包括文字、圖像、音頻和全息視頻等資源，建立關系數(shù)據(jù)庫表，同時避免數(shù)據(jù)的過度復雜和冗余。通過合理的分析，提取圖像、音頻和全息視頻特征信息，建立關系數(shù)據(jù)庫表，最后還要創(chuàng)建全息視頻存儲的物理位置與邏輯位置之間的關系數(shù)據(jù)庫表等。

基于贛文化的全息數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)大致由以下五個模塊構成：

（1）全息資源數(shù)據(jù)資料庫。用來組織和保存全息視頻、圖像和音頻等資源數(shù)據(jù)，這是調用和播放全息信息的素材庫，存儲的數(shù)據(jù)量是非常大的。

（2）資源特征數(shù)據(jù)庫。用來保存從全息視頻和圖像、音頻中提取的各種特征，把全息視頻的物理位置與邏輯位置之間建立聯(lián)系，本數(shù)據(jù)庫的結構和存儲與播放查詢模塊有緊密聯(lián)系。

（3）查詢與播放處理模塊。此模塊完成用戶不同方式的下的查詢和檢索功能，檢索出的全息視頻可以選擇調用并在全息投影設備上播放，此模塊是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的重點。

（4）用戶接口模塊。此模塊的開發(fā)與播放系統(tǒng)中的硬件設備關系密切，管理全息投影播放、查詢輸入、查詢結果如何顯示等功能。

（5）資源數(shù)據(jù)管理模塊。管理員利用此模塊可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫中全息視頻、圖像和音頻資源的管理功能，包括增加、刪除和編輯資源，同時將同步編輯相應的視頻特征數(shù)據(jù)庫。

4 結束語

基于贛文化的全息資源庫實現(xiàn)了對贛文化相關資源的收集、整合和存儲，并以三維全息影像的形式把贛文化所表達的內(nèi)容呈現(xiàn)給觀者，在展示空間中呈現(xiàn)出立體、清晰、多視角的帶有動畫效果的三維影像，能夠讓觀者身心沉浸其中。

運用全息資源庫技術一方面能對文化資源進行數(shù)字化存儲，另一方面能以立體影像方式完整再現(xiàn)歷史文化，這對于文化遺產(chǎn)的傳承具有重要的意義。隨著虛擬現(xiàn)實和全息技術的發(fā)展，它必將在文化和藝術的存儲與展現(xiàn)方面大放異彩。

參考文獻：

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篇2

【關鍵詞】視聯(lián)網(wǎng)；虛擬現(xiàn)實；增強現(xiàn)實；接合自然；教學應用

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009―8097（2011）04―0145―04

隨著科技的發(fā)展與經(jīng)濟水平的提高，手機由于其功能強大，價格低廉的特點，被廣泛應用于日常生活中，成為當前信息傳遞的主要工具之一。良好的人機交互性直接影響著學習者對其所呈現(xiàn)信息的接受效率。帶有增強現(xiàn)實功能的智能手機將使人們的工作、學習與生活變得更加便捷也將會使學習更具意義。

一 相關定義

隨著遙感技術（Remote Sensing，RS）、地理信息系統(tǒng)（Geography information systems，GIS）和全球定位系統(tǒng)（Global positioning systems，GPS）的發(fā)展，及空間信息處理技術的不斷成熟，空間數(shù)據(jù)可視化已成為人們認知空間的重要組成部分，多維和多時相數(shù)據(jù)信息及過程的顯示能有效地幫助用戶增強獲取空間信息能力。

1 虛擬現(xiàn)實

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）是運用計算機圖形系統(tǒng)、各種顯示及控制等接口設備，在計算機上生成可交互的三維環(huán)境，以幫助用戶提供沉浸感覺的技術。VR比傳統(tǒng)的空間信息可視化更具沉浸感、交互感與想象感。強調在虛擬環(huán)境中的視覺、聽覺、觸覺等感官的完全浸入，將用戶拋離現(xiàn)實世界而完全沉浸于由計算機所控制的虛擬信息空間之中。

2 增強現(xiàn)實

增強現(xiàn)實（Augmented Reality，AR）是在虛擬現(xiàn)實技術的基礎上，將計算機所生成的虛擬物體、虛擬場景等內(nèi)容疊加到現(xiàn)實情境之中，對當前用戶所感知的真實情境進行“擴張”。隨著計算機視覺技術的發(fā)展AR系統(tǒng)模型更具靈活性、真實感。

3 接合自然

接合自然（Articulated Naturality）是將虛擬對象與現(xiàn)實世界進行無縫結合，擺脫傳統(tǒng)的機械互動，幫助用戶走出機房，擺脫鼠標、鍵盤的束縛，使人們獲取信息的手段回歸自然。接合自然技術使AR的功能得到了加強與延伸，為AR在移動終端設備中的應用提供了技術支持，也使AR技術在人們的工作、學習與生活中得到了更廣泛的應用。

二 “視聯(lián)網(wǎng)”支持的增強現(xiàn)實技術

以往的增強現(xiàn)實系統(tǒng)對顯示器配置以及虛擬對象制作技術要求較高，無法真正將現(xiàn)實環(huán)境與虛擬信息進行實時高效的銜接。顆豆柏德公司作為全球領先的接合自然移動服務供應商，將視聯(lián)網(wǎng)（Articulated Naturality Web）技術植入手機，讓更多的用戶使用到這一先進技術。視聯(lián)網(wǎng)所強調的是接合自然與網(wǎng)絡服務的完美接合，將空間數(shù)據(jù)可視化，通過手機屏幕呈現(xiàn)“增強”后的數(shù)字畫面，讓用戶有更深層次的體驗。例如，用手機攝像頭拍攝天空，屏幕上會疊加一天的天氣情況。拍攝某一名勝古跡，就可以獲取相關信息等等。“視聯(lián)網(wǎng)”支持的AR服務在豐富人們獲取信息方式的同時也使信息更具實時的互動性與實用性。

1 功能特點

（1）現(xiàn)場性

“視聯(lián)網(wǎng)”支持的增強現(xiàn)實技術應用更具現(xiàn)場性。AR將虛擬對象與真實環(huán)境進行自然融合，呈現(xiàn)給用戶一個真實的新環(huán)境，用戶所感知到的只有虛擬對象與現(xiàn)實世界相結合的唯一世界。用戶可以從各個角度，甚至可以進入虛擬對象的內(nèi)部進行觀察，使用戶更直觀地掌握和理解學習對象，更深刻的認識和理解客觀事物的本質及規(guī)律。AR系統(tǒng)更加強調現(xiàn)實世界的重要作用，將用戶在現(xiàn)實世界的存在性與其感官效果達到有效統(tǒng)一，使用戶沉浸感增強。

（2）開放性

“視聯(lián)網(wǎng)”支持的增強現(xiàn)實技術更具開放性。用戶通過支持AR功能的網(wǎng)絡平成信息共享。以SPRX mobile公司的Layar軟件為例，用戶將手機攝像頭拍攝某一圖書館，手機屏幕上就會呈現(xiàn)此圖書館的藏書信息。不僅如此，Wikitude世界瀏覽器，用戶除了能夠查看已有信息外，還可以通過Wikitude軟件編寫、分享信息，并采用維基模式進行數(shù)據(jù)維護，充分體現(xiàn)了Web3.0時代的網(wǎng)絡資源共建與共享理念。[1]

（3）實時互動性

“視聯(lián)網(wǎng)”支持的增強現(xiàn)實技術更具實時互動性。AR系統(tǒng)要求當用戶的位置和視線方向發(fā)生變化時，計算機所生成的虛擬對象也要實時地發(fā)生改變。增強現(xiàn)實技術按照用戶要求將系統(tǒng)所產(chǎn)生的三維虛擬對象或虛擬信息實時疊加到用戶所處的真實環(huán)境的視頻流當中，此時虛擬對象隨著用戶周圍真實場景而變化，使這種復合視覺效果變得更加完美與真實。同時，用戶可以在真實場景中與虛擬對象進行交互。以手機為終端的AR交互方式更為自然。用戶利用手機攝像頭捕捉真實的動態(tài)畫面，再通過陀螺儀和重力感應識別等功能完成用戶動作、方向和位置的改變，通過手機與周圍環(huán)境進行實時互動。

（4）實用性

“視聯(lián)網(wǎng)”支持的增強現(xiàn)實技術更具實用性。目前，谷歌、諾基亞、三星、iPhone多款手機都具有AR系統(tǒng)。[2]以iPhone上的TwittARound軟件為例，只需將攝像頭對準天空就可以判斷當前的天氣狀況。手機中的AR已經(jīng)被應用于商業(yè)、游戲、旅游等領域。以智能手機代替昂貴的AR設備，使這一技術的應用更廣泛。

2 關鍵技術

構造一個AR系統(tǒng)需要解決很多的關鍵技術問題，主要包括輸出技術、跟蹤和定位技術、界面與可視化技術以及標定技術。[3]

（1）輸出技術

AR系統(tǒng)輸出單元呈現(xiàn)的是虛擬世界與現(xiàn)實世界合成的平面影像或者全息影像。AR系統(tǒng)通過輸入、分析、處理等一系列的流程把相關信息進行轉換加工，最終要通過輸出單元進行顯示，來反映出所表示的信息。而人腦所感知事物的信息，大部分來自視覺，視覺是人最主要的感覺通道。因此，AR系統(tǒng)中輸出技術甚為關鍵。AR系統(tǒng)輸出設備包括：頭箍顯示器、手持顯示器和投影顯示器。在移動手機終端中所采用的顯示設備是手持顯示器。它屬于平面LCD顯示器的一種，使用捆綁的攝像機提供基于視頻透視的增強。手持顯示器充當一個窗口或放大鏡，顯示用VR覆蓋的真實對象。而更先進的是投影顯示器，即把所需的虛擬信息直接投影到真實對象上進行增強，用戶通過手機屏幕進行觀看。

（2）跟蹤和定位技術

為了實現(xiàn)積極有效的交互，并實現(xiàn)互通互聯(lián)的訪問，AR系統(tǒng)需要進行跟蹤和定位，準確地獲取用戶的確切位置以及視域方向，以確定觀察點和虛擬生成的物體在三維場景中的準確位置。目前在準備好的室內(nèi)環(huán)境中能夠實現(xiàn)較好的定位效果。當用戶處于室外、移動的環(huán)境中，AR利用移動終端內(nèi)置的一系列傳感器。例如，相機、羅盤儀、GPS和慣性加速器等收集數(shù)據(jù)，跟蹤計算對象在戶外的實時位置，使用戶能夠與周圍有趣或有用的目標物體進行交互。

（3）界面與可視化技術

用戶能夠與AR系統(tǒng)進行交互，并且能夠有效地將交互信息在顯示器上完美呈現(xiàn)，是許多研究人員正在考慮的問題。在室外移動的真實環(huán)境中與虛擬信息進行實時交互存在困難，于是研究人員將目光轉向了智能手機軟件開發(fā)來解決此類問題。

（4）標定技術

“視聯(lián)網(wǎng)”支持的增強現(xiàn)實要進行精確的定位就需要進行大量測量與標定。例如，手機攝像機參數(shù)、視域范圍、傳感器偏移、對象定位與變形等。在手機系統(tǒng)中采用LBS（基于位置的服務）來標定用戶所在的地理空間位置并提供與其相關的各類信息服務。常用的POI（Point of Interest）包括三個維度的信息：名稱、類別與坐標（精度、緯度）。系統(tǒng)利用手機自帶攝像頭定位虛擬對象的三維數(shù)據(jù)：GPS坐標、數(shù)字羅盤測定的手機朝向 、加速器測量的設備與地面夾角度數(shù)。用戶需要通過這三個參數(shù)對顯示屏中真實景物與虛擬對象進行標注與修改，否則當與其他用戶的這三個參數(shù)不匹配時，用戶所觀看的信息將產(chǎn)生偏移。

三 基于“視聯(lián)網(wǎng)”的增強現(xiàn)實技術在教學中的應用

目前，增強現(xiàn)實技術已經(jīng)被廣泛應用于互聯(lián)網(wǎng)、游戲娛樂、醫(yī)療、軍事、商務、旅游、工業(yè)等方面。[4]過去由于增強現(xiàn)實技術與設備成本較高，未被真正應用與教學當中。近年來隨著移動技術的迅猛發(fā)展，研發(fā)人員將手機作為AR系統(tǒng)應用新平臺，結合“視聯(lián)網(wǎng)”技術，使AR系統(tǒng)應用更趨于平民化，也更具實用性。

以下筆者結合“視聯(lián)網(wǎng)”支持的增強現(xiàn)實技術特點闡述其在教學中的應用：

1情境教學

“視聯(lián)網(wǎng)”支持的增強現(xiàn)實技術比以往的增強現(xiàn)實技術更具現(xiàn)實性與真實性。為教師進行情景教學提供了更為真實的學習情境。情景教學是在教學過程中，教師有目的地引入或創(chuàng)設具有一定情緒色彩的，形象的、生動的、具體的場景， 以此引起學生情感態(tài)度的體驗，幫助學生深入了解學習內(nèi)容或學習對象。在情境教學過程中更注重情境性的創(chuàng)設，真實的活動及文化背景利于學習者知識的獲得、應用與情感的體驗。當學習者處于某一學習環(huán)境中時，虛擬信息就會通過手機推送給學習者有關信息將現(xiàn)實世界進行增強，幫助情境創(chuàng)設。諾基亞“即指即現(xiàn)”功能是一種新型的手機信息服務。用戶將他們可接入互聯(lián)網(wǎng)的手機的攝像頭對準實際的目標物體后，手機顯示屏就會顯示與之關聯(lián)的數(shù)字內(nèi)容及服務。[5]目前，我國正在使用增強現(xiàn)實技術進行圓明園重建。學習者通過手機此功能觀看虛實接合的影像，并可以將其存儲紀念。它將學習者置身于圓明園真實的環(huán)境中，再對環(huán)境進行增強，不僅能幫助學生加強對歷史或建筑等相關知識的記憶，更能激發(fā)學習者的愛國熱情。

2 教育游戲

“視聯(lián)網(wǎng)”支持的AR教育游戲為體驗式學習提供了良好的學習途徑。體驗式學習是通過實踐參與認識學習對象或學習內(nèi)容的學習方式，注重教學媒體的可視、可聽、可感與實時互動。AR技術能夠對微觀世界、自然環(huán)境等進行模擬增強，通過智能手機終端實現(xiàn)與其進行實時交互。AR功能的教育游戲可以讓不同地理位置的玩家，以虛擬身份共處于同一場景中進行實時互動游戲。玩家通過競爭在虛擬的世界中樹立自己的身份與地位，引起學習興趣，激發(fā)學習熱情，使教育游戲更具沉浸感?！耙暵?lián)網(wǎng)”支持的AR教育游戲不受動作、性別、年齡、身份等特性的限制使此類游戲吸引了更多的用戶， 利于群體資源共享與激發(fā)學習興趣。[6]

3 活動教學

活動教學是指在實踐活動中的教學，是在教學活動過程中構建具有教育性、實踐性與創(chuàng)造性的主題活動，以此為中心組成學習團隊，通過教師或團隊成員之間的相互幫助，激勵學習者主動參與、主動實踐、主動探索、主動創(chuàng)造及資源分享，使問題得到解決。活動教學效果不僅取決于活動主題的選擇、活動設計與組織，在過程進行中，學習者能否及時便捷地獲取信息，也是影像活動教學效果的關鍵因素?！耙暵?lián)網(wǎng)”支持的AR技術能夠及時獲取與分享學習資源。實時而又具有交互功能的信息系統(tǒng)在活動學習過程中提高了信息的搜集、獲取、分享效率，有效提高了學習者的學習效率與熱情。增強現(xiàn)實將提供全新的搜索模式，以圖片代替文字自動搜索，學習者用手機攝像頭照下某物體，程序對捕獲的圖片進行分析識別后進行搜索，豐富了信息搜索方式，提高信息搜索效率，幫助學習者即時拍攝獲取相關信息。利用“視聯(lián)網(wǎng)”支持的AR技術實時發(fā)表言論，在線的交流， 通過SekaiCamera 手機軟件，將學習者對某一事物的評論，圖片和動畫等疊加到通過iPhone攝像頭捕獲的影像上，將自己公開的言論顯示在真實的攝像當中，激發(fā)學習者頭腦風暴。

4 操作技能培訓

AR使操作技能培訓更具現(xiàn)實性與真實性?！耙暵?lián)網(wǎng)”支持的AR設備使學習者通過手持屏幕得到虛實疊加的模擬場景，引導學習者融入角色，它比傳統(tǒng)的操作技能培訓方式更具趣味性與實用性。通過陀螺儀和重力感應技術判斷學習者的操作或地理位置的變化，改變屏幕顯示的內(nèi)容信息。例如，在醫(yī)學解剖課程學習過程中，學習者通過AR軟件將虛擬的生命體、機械器材與真實的場景相融合，通過拖動或點擊屏幕認識對象組成、解剖知識及器械操作等內(nèi)容，通過屏幕觀察試驗結果影像，也可以將其作為視頻資料存儲便于的鞏固學習。AR使操作技能培訓更加具有趣味性與安全性，同時也降低了實驗成本。

四 展望

基于“視聯(lián)網(wǎng)”的增強現(xiàn)實技術給人們帶來更多的驚喜。目前，已有眾多AR軟件被應用于智能手機當中，雖然目前還沒有一款軟件是針對教育而開發(fā)，但隨著相關技術的發(fā)展和人們對教育關注度的提高，將會有優(yōu)質的AR教育軟件問世。AR手機終端由于其成本低、便攜帶以及實時交互等特點將成為未來教學的重要工具。

參考文獻

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Based on " Articulated Naturality Web " Augmented Reality in Teaching Research

LI Ting1ZHU Kun2LI Ziyun3

(Information Communication College, Xuzhou Normal University, Xuzhou, Jiangsu 221004,China)