下载文档原格式
化学教与学（http：//）增强现实（AR）技术在国内化学教学中的研究进展及启示朱鹏飞（无锡市第一中学江苏无锡214031）摘要：从教学资源开发、教学内容应用、教学效果评价和教学应用策略等方面对增强现实（AR）技术应用于国内化学教学中的研究进展进行梳理分析，在此基础上提出若干研究启示。
关键词：增强现实（AR）技术；化学教学；体验性情境；空间结构文章编号：1008-0546（2021）05-0033-03中图分类号：G632.41文献标识码：Bdoi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.05.008与其他教育技术相比，更具浸润感、交互性和想象性特征的增强现实（Augmented Reality，简称AR）技术近年来受到教育研究者的广泛关注。
《普通高中化学课程标准（2017年版）》指出教师在教学中可以适时引入以虚拟现实技术为代表的个性化学习与评价系统［1］。
作为虚拟现实的扩展，增强现实是指通过3D技术在真实物体上叠加虚拟对象，从而达到一种视觉混合增强效果，具有虚实结合、无缝交互、浸润学习等特点［2］。
AR的出现能够填补虚拟和真实世界的认知桥梁，降低学习者的认知负荷，实现学习者对复杂空间关系和抽象概念的可视化，促进虚拟和现实之间的无缝交互［3］，其在科学学科学习中发挥重要的作用。
搜索相关文献，可以发现已有研究者就AR在国外化学教学中的研究进展进行分析［4］。
近年来AR开始在国内化学教学中进行应用，尽管仍处于起步阶段，但已经取得一定的成果。
因此从技术在课堂中推广应用的角度来看，有必要对AR在国内化学教学中的相关研究成果进行梳理分析。
为了解AR应用于国内化学教学的研究进展，笔者于2021年1月以“增强现实技术”“化学”和“AR技术”等作为关键词，反复查询中国知网、万方、维普等国内主要的网络学术文献数据库，共得到相关主题的期刊论文18篇，硕士学位论文5篇和1本专著。
此外为更全面地了解AR的研究现状，又通过网络搜索查阅了国内研究AR的主要团队网站，丰富研究资料。
增强现实实时渲染技术的使用方法研究增强现实（Augmented Reality，AR）是一种将虚拟内容叠加到真实世界中的技术，它能够将实时渲染技术的优势与现实场景结合，为用户提供丰富多样的交互体验。
实时渲染技术的应用在AR领域中扮演着重要的角色，它能够实时处理3D模型、光照、阴影等图像渲染效果，使用户完全融入虚拟与现实的交互环境。
本文将深入研究增强现实实时渲染技术的使用方法，着重分析了其关键技术和应用领域。
一、关键技术1. 3D模型构建与跟踪：实时渲染技术需要一个准确的3D模型作为虚拟对象的基础，通过传感器和摄像头等设备获取实时场景数据，并通过算法进行模型构建和跟踪。
这些算法可以基于特征点、深度图像、SLAM（同时定位与地图构建）等技术实现。
2. 实时光照与阴影：光照和阴影是增强现实中重要的渲染效果，能够增强虚拟对象与真实场景的融合度。
实时光照与阴影的实现需要考虑光源的位置、颜色、强度等参数，以及物体的材质和表面属性，通过渲染算法计算得出最终的效果。
3. 空间感知与交互：增强现实的一个重要特点是能够感知和响应用户的环境。
空间感知技术可以通过摄像头、雷达或者LIDAR等传感器获取场景信息，从而实现虚拟与实际场景的交互。
此外，手势识别、语音识别和眼动追踪等技术也能够为用户提供丰富的交互方式。
二、应用领域1. 游戏与娱乐：实时渲染技术在游戏和娱乐领域有着广泛的应用。
通过增强现实实时渲染技术，游戏可以在现实世界中添加虚拟角色、道具和特效，提供更加精彩、真实的游戏体验。
例如，通过AR眼镜或智能手机，在家庭中进行桌面游戏，虚拟的游戏元素会与实际的游戏场景相结合，带来全新的娱乐方式。
2. 教育与培训：增强现实实时渲染技术在教育和培训领域中具有巨大的潜力。
通过虚拟的实时渲染，学生可以与虚拟模型进行互动，观察和操作复杂的对象。
例如，在生物学课上，学生可以通过AR技术观察微观生物的结构，触摸和旋转模型以加深理解。
这种沉浸式学习体验能够提高学习效果和学习兴趣。
互联网行业发展趋势与关键技术随着信息技术的飞速发展，互联网行业成为了当下最具活力和潜力的产业之一。
在这个以数字化为核心的时代，互联网行业不断迎来新的机遇与挑战。
本文将从多个方面探讨互联网行业的发展趋势以及关键技术。
1. 增长势头互联网行业将继续保持快速增长的势头。
随着全球互联网用户的不断增加，新兴市场的互联网普及率也在不断提高。
这将为互联网行业带来更多的商业机会和潜在用户。
2. 移动互联网的崛起移动互联网已经成为互联网行业发展的重要驱动力。
随着智能手机和平板电脑的普及，人们越来越多地使用移动设备进行在线活动。
因此，移动应用和移动支付等相关服务将继续蓬勃发展。
3. 人工智能的应用人工智能在互联网行业中的应用前景广阔。
通过机器学习、数据挖掘等技术，人工智能可以帮助用户更好地获取个性化的服务和体验。
例如，智能助手、语音识别和人脸识别等技术已经在许多互联网公司的产品中得到广泛应用。
4. 大数据的应用大数据在互联网行业中的应用也日益重要。
通过对海量数据的处理和分析，企业可以更好地了解用户需求和行为模式，从而提供更准确和个性化的服务。
大数据技术还可以帮助企业进行精细化的运营和决策。
5. 区块链技术的发展区块链技术作为一种分布式账本技术，被广泛应用于数字货币等领域。
而在互联网行业中，区块链技术也有着广阔的应用前景。
它可以提供更加可信、透明和安全的数据交换和存储方式，为互联网行业带来更多新的商业模式和机会。
6. 云计算的普及云计算作为一种基础设施服务，可以提供高效、灵活和可扩展的计算资源，已经成为了互联网行业中不可或缺的一部分。
随着云计算技术的不断成熟和成本的降低，更多的企业将会采用云计算来提高效率和降低成本。
7. 物联网的兴起物联网是将物理设备和互联网相连，实现设备之间的信息传递和互联互通。
在互联网行业中，物联网的发展将带来更多的智能化产品和服务。
例如，智能家居、智能工厂等应用将会得到快速发展。
8. 虚拟现实与增强现实技术虚拟现实和增强现实作为新兴的交互技术，在互联网行业中有着巨大的潜力。
2021年第01期67基于Kinect 和Leap Motion 的增强现实交互系统设计昔 克 新疆电子研究所股份有限公司，新疆 乌鲁木齐 830000摘要：增强现实（AR）交互系统的研发，为文化创意及宣传产业发展提供了有效的科技支撑，可应用到政府及企业文化宣传的展厅、科技馆、特色商品展示、旅游景区的推介、大型广告的宣传等方面。
文章通过分析国内外基于增强现实（AR）的虚拟展示系统的发展现状，研究AR 交互系统的主要模块组成及影响其互动性能的主要因素及最优化框架，采用 Kinect 和Leap Motion 体感设备实现AR 交互系统中的三维跟踪注册与虚实交互，扩展体感设备的应用范围并有效地促进增强现实（AR）技术的发展。
关键词：Kinect；Leap Motion；现实交互系统中图分类号：TP391.9基金项目：优秀青年科技人才培养项目（2017Q069）。
作者简介：昔克（1973—），女，蒙古族，新疆乌鲁木齐人，硕士研究生，高级工程师。
研究方向为物联网、智慧旅游等。
0 引言增强现实（AR）是一种在虚拟现实技术基础上发展起来的新技术，是利用计算机系统提供辅助信息来增加用户对现实世界的感知和认知的技术。
它将虚拟信息应用到现实世界中，即把计算机生成的虚拟场景或提示信息叠加到真实场景中，从而实现现实的增强。
基于增强现实技术可以生成许多应用程序，这些应用程序可以在游戏、娱乐、展览、教育等领域发挥很好的作用。
随着应用的需要，对现实交互系统的实时三维跟踪能力、支持多种虚拟元素的渲染、良好的可扩展性、交互性、易用性等方面提出了要求。
文章探究了基于Kinect 和Leap Motion 等体感设备在增强现实交互系统中的设计，以达到系统应用要求，实现增强现实交互系统的目的［1］。
1 系统硬件架构图1所示是本文中所介绍的 AR 交互系统的整体架构，在该系统的设计过程中主要是通过Kinect 和Leap Motion 等体感设备及时有效的捕捉用户的具体动作和相对应的身体运行数据，并以此为基础，注册相关虚拟物体，然后进行切实交互。
增强现实的系统结构与关键技术研究增强现实（Augmented Reality，AR）是一种将计算机生成的虚拟信息与现实世界进行融合的技术。
它通过使用特殊的设备，将虚拟图像或信息叠加在现实世界的场景中，并且能够与现实世界进行实时互动。
增强现实技术已经广泛应用于娱乐、教育、医疗、工业等各个领域，为人们提供了更加丰富、沉浸式的体验。
增强现实系统的结构一般包括以下几个主要组成部分：用户界面、追踪与定位、虚拟信息生成和呈现、交互方式以及网络通信等。
首先，用户界面是AR系统与用户交互的重要接口。
用户通过界面与虚拟信息进行沟通，可以是触摸屏、手势识别、语音识别、眼球追踪等不同的方式。
用户界面应该设计简单直观，能够提供良好的用户体验。
其次，追踪与定位是AR系统中的核心技术之一、追踪技术用于准确地获取用户在虚拟信息中的位置与角度，定位技术则用于确定用户在现实世界中的位置与姿态。
常用的追踪与定位技术包括视觉追踪、惯性测量单元（IMU）、GPS等。
视觉追踪通常通过摄像机获取用户在现实场景中的位置，以此来对虚拟信息进行定位。
接下来，虚拟信息生成和呈现是AR系统中另一个重要的组成部分。
虚拟信息的生成可以通过计算机图形学技术实现，包括三维建模、渲染、光照等。
虚拟信息的呈现则通过显示设备将虚拟信息叠加到用户的现实场景中，包括头戴式显示器、投影仪、手机屏幕等。
虚拟信息的呈现应该具有高分辨率、低延迟、逼真的特点，以提供真实感的增强现实体验。
此外，交互方式也是增强现实系统的重要组成部分。
增强现实中的交互方式包括手势识别、语音识别、触摸屏、运动捕捉等。
这些交互方式可以帮助用户与虚拟信息进行互动，完成操作任务。
交互方式应该简单易用，并且需要考虑用户的习惯与舒适度。
最后，增强现实系统需要进行网络通信，以支持多用户之间的协作与信息共享。
网络通信可以通过有线或无线网络实现，可以将AR系统连接到云端服务器，以提供更多的计算和存储资源。
网络通信能够实现分布式计算和协同工作，使得增强现实系统在团队协作、远程指导等方面具有更大的应用潜力。
增强现实技术(AR)一、 AR定义：增强现实技术（Augmented Reality，简称 AR），是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。
这种技术由1990年提出。
随着随身电子产品运算能力的提升，预期增强现实的用途将会越来越广。
二、技术原理：增强现实技术，它是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息(视觉信息,声音,味道,触觉等),通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。
真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。
增强现实技术，不仅展现了真实世界的信息,而且将虚拟的信息同时显示出来，两种信息相互补充、叠加。
在视觉化的增强现实中，用户利用头盔显示器，把真实世界与电脑图形多重合成在一起，便可以看到真实的世界围绕着它。
增强现实技术包含了多媒体、三维建模、实时视频显示及控制、多传感器溶合、实时跟踪及注册、场景融合等新技术与新手段。
增强现实提供了在一般情况下，不同于人类可以感知的信息。
三、主要特点AR系统具有三个突出的特点：①真实世界和虚拟世界的信息集成；②具有实时交互性；③是在三维尺度空间中增添定位虚拟物体。
AR技术可广泛应用到军事、医疗、建筑、教育、工程、影视、娱乐等领域。
四、组成形式一个完整的增强现实系统是由一组紧密联结、实时工作的硬件部件与相关的软件系统协同实现的，常用的有如下三种组成形式。
（一）Monitor-Based在基于计算机显示器的AR实现方案中，摄像机摄取的真实世界图像输入到计算机中，与计算机图形系统产生的虚拟景象合成，并输出到屏幕显示器。
用户从屏幕上看到最终的增强场景图片。
它虽然简单，但不能带给用户多少沉浸感。
Monitor-Based增强现实系统实现方案如下图所示。
增强现实（AR）技术的研究进展及应用摘要：增强现实技术是近年来的一个研究热点，有着广泛的应用前景增强。
现实是把计算机产生的虚拟物体或其他信息合成到用户感知的真实世界中的一种技术。
它是对真实世界的补充，而不是完全替代真实世界。
显示技术和跟踪注册技术是增强现实系统关键技术，也是研究的重点本文简要介绍了头盔显示器、显示投影式显示、手持式显示器显示和普通显示器显示等显示技术以及跟踪注册技术。
最后提到了目前增强现实技术应用和将来的发展方向。
关键词：增强现实显示注册跟踪应用引言增强现实（Augmented Reality 简称AR）技术是近年来的一个研究热点，有着广泛的应用前景。
它是对现实世界的补充，使得虚拟物体从感官上成为周围真实环境的组成部分。
与传统的虚拟现实（Virtual Reality 简称VR）不同，增强现实只是实现对现实环境的增强，加深了对现实环境的感受。
增强现实增强了用户对现实世界的感知能力和与现实世界的交互能力如图【1】。
Milgram根据用户界面中计算机生成信息的比例的大小定义了一个真实环境到虚拟环境连续体，他认为增强现实是混合现实环境中的一部分。
1 增强现实的显示技术增强现实系统设计最基本的问题就是实现虚拟信息和现实世界的融合。
显示技术是增强现实系统的基本技术之一。
一般而言，可以把增强现实的显示技术分为以下几类：头盔显示器、显示投影式显示、手持式显示器显示和普通显示器显示。
1.1 头盔显示器(Head-mounted display, 简称HMD)显示现有的虚拟现实技术的人机界面中大多采用头盔显示真实世界器。
主要原因是头盔显示器较其他几种显示技术而言沉浸感最强。
因为用于增强显示系统的头盔显示器能够看到周围的真实环境，所以叫做透视式（see-through）头盔显示器。
透视式头盔显示器一般分为视频透视式（Vedio seethrough）和光学透视式（Optical see-through ）。
国际视野新教育 上旬刊90新教育 上旬刊 2024•01 总第590期增强现实技术（以下简称“AR技术”）是一种整合计算机视觉、图像处理和传感器的人机交互技术，可通过整合音视频、图像资源，创造直观教学资源，使抽象内容可视化，将虚拟信息与真实世界场景重叠。
同时，它能创造真实学习环境，整合虚拟与真实、个人与社群学习空间，促进深度学习和协作学习，丰富学习方式。
总的来说，AR技术具有便捷性、情境性、交互性、连通性和个性化等特点，为教学提供了新的可能性。
AR技术的教学应用，能够构建立体、逼真的交互情境，提供多通道、想象丰富和立体感强的学习环境，符合情境认知理论。
已有多项研究表明，将AR技术用于外语词汇教学，对学习效果有积极影响。
然而，将增强现实技术应用于国际中文词汇教学方面的研究相对较少。
因此，本研究以增强现实（AR）技术为基础，设计开发国际中文词汇教学资源，并进行教学设计、实施与评价，以研究其在国际中文词汇教学中的应用效果。
一、基于AR技术的国际中文词汇教学资源开发基于研究背景和研究理论，综合考虑AR技术在国际中文教学课堂中实现所需要的硬件资源、软件资源和其他资源，作者对选定的国际中文词汇教学资源进行了相应的AR开发设计。
开发使用的硬件资源为：有较高分辨率摄像头的电脑、配置安卓系统的智能手机或平板电脑；核心软件资源为增强现实开发平台Unity 3D和增强技术开发工具Vuforia，以及其他关键资源，如教材识别图和用于增强现实教学资源的生词音频。
使用核心资源Unity 3D结合Vuforia进行增强现实（AR）应用开发，主要涉及以下流程：第一是识别图像的选择与准备。
根据所需要开发的国际中文词汇资源，作者选取多个识别目标图像，优化图像的质量、大小和对比度，以确保Vuforia能够准确识别。
第二是配置Vuforia来识别并跟踪目标图像。
将准备好的目标图像上传到Vuforia数据库中，并设置Vuforia 识别图像的参数，以确保稳定的识别。
增强现实技术的研究和应用随着科技的发展，增强现实技术的研究和应用已经成为科技领域的一个热门话题。
增强现实技术，简称AR技术，是一种将虚拟世界和真实世界相融合的技术，通过智能设备等方式将虚拟物体叠加到用户真实的视野中，增强现有视觉体验的技术。
这种技术的出现，不仅可以改变人们的视觉体验、娱乐方式，更可以为社会和产业带来新的发展机遇。
一、 AR技术的研究现状AR技术在近些年的研究中已经不断取得了新的突破和进展。
其中，通过三维图形技术和计算机视觉技术相结合的方式，将虚拟物体与现实环境无缝融合的技术成为了AR技术研究的重要动力。
在硬件设备方面，各种智能设备也逐渐被应用到AR技术当中，例如智能手机、平板电脑、可穿戴设备等，这些设备可以方便、快捷地通过软件实现AR效果。
在AR技术的应用领域中，游戏和娱乐业被认为是其中较为成熟的领域。
通过AR技术，游戏开发商可以为玩家们带来更加真实、立体的游戏体验。
在国内外，已经有多款AR游戏成为了市场上的热门产品，如《Pokemon Go》、《Ingress》等。
此外，AR技术也在现实生活，商业应用，医疗教育以及军事领域等取得了突出的成果，且逐渐步入实用阶段。
二、 AR技术的应用发展趋势未来，AR技术的应用将会更加广泛，在各行各业都会有所涉及。
这将对我们的生活产生深刻的影响。
下面将从商业和医疗产业两个角度，探讨AR技术在未来的应用发展趋势。
1. 商业应用AR技术的商业应用领域，可以从广告、销售、客户服务、产品设计、生产等多个角度来进行应用。
例如，在购物的过程中，客户通过AR技术可以将虚拟物体加到实体产品上，试穿或试用虚拟物品，即试衣镜、试妆镜等设备的应用。
与此同时，AR技术还可以使商店由传统的销售实体店变为虚拟实体店，通过AR技术在虚拟商店中完成产品选购等。
此外，AR技术还可以在生产过程中为企业带来便利，例如生产检验、产品维修、仓库管理等。
AR技术提供了3D视觉化的技术，为生产检验带来了新的方式和手段，提高效率和精度。
