Adobe这款应用可能是目前最理想的AR网课工具之一

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2020年可能是网课经济爆发的一年,一般网课不外乎线上答题、PPT、视频教学等平面的传统形式,只是将线下教学内容搬到线上。如果学生在自己家里上网课,很容易因为内容枯燥走神,影响上课效率。因此,如何吸引学生注意力,提升学习兴趣很关键。

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近期,卡尔加里大学、Adobe研究员和科罗拉多大学波尔得分校科研人员组成的团队研发了一种基于AR技术的互动式视频教育应用:RealitySketch,其通过更加直观的AR标记来解释枯燥的物理学、数学理论,同时具有交互性,可促进学习的主动性。

该团队的科研人员之一Ryo Suzuki透露,RealitySketch项目的初衷是鼓励用户通过交互式AR图像对现实生活中的现象进行可视化,比如物理特性等等。他表示:通常在物理等科学课上,实验通常会为标准教学带来加分效果。

一般通过口头解释物理学原理并不容易理解,而直观的视觉可视化效果比理论更有效果。通过交互式AR工具,物理老师可以通过更加动态、有趣的方式来解释物理学概念,提升学生对知识的理解。

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具体来讲,RealitySketch是一个可以创建交互式AR图像的工具,除了线上教学外,也可以用在分析运动员动作等场景。其实有点类似于一些基于姿态追踪的实时AR滤镜,比如一些叠加了动态特效的跳舞视频,区别在于RealitySketch的目的不仅是追踪物体运动轨迹,还能直观体现物理学、数学原理和规律。

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其实,市面上已经存在一些基于AR的远程教学方案,尤其是在B端培训、指导领域,但大多数仅支持静态AR标记,这些AR图像不会根据真实环境变化来互动。而RealitySketch的最大特点是将AR内容与真实的3D空间融合,可以创建能够跟真实环境互动的AR图像。

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此前,Magic Leap就曾发布多款与物理空间互动的AR应用,其中的内容可以和你周围的沙发、桌子等物体产生自然的物理撞击、遮挡效果。但并不是所有的AR应用都支持这种交互,尤其是Pronto、SybiosisSketch、PintAR、谷歌Just a Line、DoodleLens等支持AR创作的移动端应用,只是将AR叠加在摄像头数据中,并不具备对3D空间的感知。

关于原理

RealitySketch的概念很好理解,就像是物理老师在黑板上画图一样,你在RealitSketch中可以创建动态的原理图,相当于通过算法为静态图像加入实时变量,也就是说可以对真实物体进行标记,标记可跟随物体移动而改变,无需后期特效。在直播场景中,直接通过可视化的数据和图像来实时演示物体运动规律。

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Suzuki表示:通常,在教学视频加入数据可视化特效需要花费大量时间,而通过AR技术,你可以直接在真实画面上进行标记,这些标记还可以跟随真实环境的内容而变化,可以将理论知识更直观展现。

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操作方式上,首先将iPad或iPhone摄像头对准目标物体进行追踪,然后用手绘制一条AR线并与目标物体绑定,与普通2D AR标记不同的是,RealitySketch中的AR基于3D坐标,是锚定在空间中的,因此可以像真实物体一样可以在空间中自由移动。除了在拍摄过程中实时创建AR标记外,你也可以在录制好的视频上标记动态AR。

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在完成标记后,你可以设定角度、长度、面积等不同的变量,以及变量与目标物体之间的关系,如此一来但目标移动时,AR效果也会随之变化。

关于系统设计

整个RealitySketch应用系统可分为以下四个部分:

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  • 1)目标追踪:追踪视频中设定的目标物体;
  • 2)参数化:在视频中创建AR图形;
  • 3)参数绑定:将AR图形与真实目标绑定;
  • 4)AR可视化:通过真实目标的移动来观察AR图形变化。

在第一阶段中,RealitySketch基于OpenCV的计算机视觉算法,通过追踪色彩来定位目标。在追踪人体时则基于ARKit 3内置的动作追踪功能来追踪人体动态节点。科研人员表示:未来将探索基于LiDAR传感器的通用追踪方案,以提升目标定位的准确性、稳定性和速度。

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科研人员在一个6人组成的实验组中对RealitySketch进行实验,发现实验者们认为该应用的界面足够简单灵敏,绘制AR线条、调整变量、拍摄视频等功能使用自然,而且具有实际效果。

关于应用场景

实际上,RealitySketch可以使远程教学更具吸引力,例如,允许教师录制动态物理实验的视频并与学生分享,以便他们可以更好地理解演讲中描述的概念和现象。

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科研人员表示:RealitySketch的应用场景包括:线上实验课教学、概念展示、体育培训与分析、自定义的有形用户界面等。

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在几个实验场景中,科研人员展示了RealitySketch的一些潜在应用,比如:用AR解释在滑轮物理模型中,绳子的移动速度、力量之间的关系;齿轮运动概念分析;展示钟摆或是弹簧的移动规律;运动场景中球体移动的惯性定律,分析篮球移动轨迹;分析瑜伽、自行车、举重等运动的最佳身体角度;结合实物来控制AR界面,包括360°查看3D模型和缩放等。

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未来,科研人员计划为RealitySketch加入多人模式,并推出AR头显版,打造更沉浸的互动式AR教学体验。与iPad等移动设备不同,在HoloLens等AR眼镜中你可以使用手柄或者手势在3D空间中创建AR图形,交互体验更自然。参考:Techxplore

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责任编辑:小新
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