增強現實技術在出版中的應用研究

王慧

增強現實技術在出版中的應用研究

王慧

文章首先定義了增強現實（AR）技術的概念和特征，并將其與虛擬現實（VR）技術予以區分。接著對增強現實技術的發展歷程進行回顧。重點對增強現實出版物的基本范式及應用模式進行案例分析，特別關注增強現實出版物的創新價值。最后，基于分析結論，對我國增強現實技術在出版中應用的現狀、存在的問題及未來發展趨勢進行總結。

增強現實技術; AR; 圖書出版; 多媒體

一、引言

出版活動的誕生和變遷離不開技術的進步和發展，技術推動著出版業一路走來，從文字的產生，到造紙術和印刷術的發明，再到數字化技術的運用，技術的變革和進步為古老而傳統的閱讀行為不斷注入新的活力。

數字化閱讀日益受到讀者的歡迎，特別是年輕讀者的青睞，移動閱讀、社交閱讀也在改變著人們的閱讀習慣。與傳統的紙質出版物相比，這些新型閱讀模式，具有存儲量大、形式豐富、檢索便捷、成本低廉、時效性強、具有互動性等優勢，傳統的紙質出版物似乎很難和新型的數字媒體一爭高下。甚至有人斷言：傳統出版終將消失。

盡管如此，數字出版為傳統出版行業帶來的，不僅是沖擊，也是改革的契機和融合的創新點。增強現實技術是一項以交互技術、傳感技術、三維技術、計算機視覺等多種技術為基礎，能夠將真實景象與虛擬景象結合，形成疊加和補充的技術手段[1]1。

增強現實技術能夠有效地與紙質出版物形成內容上和形式上的互補，擴大圖書容量、增強圖書表現手段，并與讀者形成互動，建立起視聽聯動的新型閱讀體驗。

二、增強現實技術的概念及特征

“增強現實”的英文是“Augmented Reality”，簡稱“AR”。增強現實技術是當前國內外學術機構與商業機構爭相積極研發的重點領域。“增強現實”概念歸納者眾多，雖本質類似，卻還未形成權威定義[1]9，[2]38。綜合多種定義，增強現實可歸納為：將電腦制作出的虛擬數字信息，與用戶所處環境相疊加，從而使虛擬信息與真實環境集成的一種技術手段。這種技術手段，可以使用戶獲得基于現實，卻又超越現實的體驗[1]10。

在我們討論“增強現實”概念以及“增強現實”技術的具體應用時，先要將它與“虛擬現實”（Virtual Reality ，簡稱VR）概念加以比對。1994年，多倫多大學學者米爾格朗（Milgram）在研究現實和虛擬的關系時，建立了“現實—虛擬的連續介質理論模型”。該模型將真實環境（現實）與虛擬環境（虛擬）分別放置在橫軸的兩端，自左向右現實世界所占份額不斷減少，虛擬世界所占份額則逐漸遞增。在這里，世界并不黑白分明，僅僅劃分為“現實”與“虛擬”，而是現實與虛擬以不同比例調和，形成混合現實[1]9，[3]。

圖1“現實—虛擬的連續介質理論模型”示意圖

因此，增強現實和虛擬現實之間沒有本質區別，我們可以將增強現實也看作是一種虛擬現實。根據“沉浸感”和“交互感”程度的差異，有學者將虛擬現實（VR）分為四類：桌面式VR，將顯示器作為用戶體驗虛擬世界的窗口；沉浸式VR，用硬件設備將用戶與現實世界隔離，完全體驗虛擬世界；增強式VR，將虛擬世界與現實世界疊加；分布式VR，可聯網的、可互動共享的虛擬環境。其中，沉浸式VR即為虛擬現實（VR），而增強式VR即為增強現實（AR）[4]。

三、增強現實技術的發展應用

1. 增強現實技術的發展

1966年，哈佛大學伊萬?薩瑟蘭（Ivan Sutherland）發明的光學投射式頭盔顯示器（STHMD）是增強現實設備的鼻祖，該設備使虛實結合成為可能。20世紀后半葉，增強現實技術主要被應用在軍事、航天、醫療領域等，作為專業技術人員技能培養、應對突發狀況的訓練手段。受限于當時計算機和其他硬件設備發展水平，這一技術與普通用戶距離甚遠。經過幾十年的發展，增強現實技術已經融入日常生活，廣泛應用于商業、娛樂、教育、醫療、工業等諸多行業[5]48。

2008年，是增強現實技術普及的開端。這一年，第一款谷歌安卓（Android）手機G1誕生，Wikitude公司在該款手機平臺上開發了一款具有增強現實功能的手機導航軟件Wikitude AR Travel Guide，將增強現實技術應用體驗帶給用戶[6]。利用手機搭載增強現實技術，是增強現實技術發展的一次飛躍。伴隨著智能手機保有量的快速增長，增強現實技術的使用成本降低、便捷性提高。

2010年前后，增強現實技術出現在了眾多行業報告和資本報告中，增強現實技術的發展出現爆發勢頭[7]16。這一時間點與移動終端的普及、CPU性能的提高、攝像頭等搭載裝備的快速升級有關。而另一個重要因素就是網絡高速化，提供了實現增強現實所必需的大容量存儲和快捷的傳輸速度。2016年，游戲“口袋妖怪GO”風靡全球。這是一款利用增強現實技術的手機游戲，只要打開手機攝像頭，就能在手機屏幕中看到出沒在周圍環境中的妖怪。這款設計簡單的增強現實游戲一時間讓任天堂公司的股價大漲，也讓全世界認識到增強現實技術良好的融合度和極大的潛力[8]。

2. 增強現實技術在出版中的應用

2008年，增強現實技術與出版業開始融合。泰國Larngear Technology公司出版了一本介紹地球構造和地質現象的圖書《地球構造（Earth Structure）》。該書采用了MR Studio工具進行開發。用電腦攝像頭掃描書上的標識圖案，就會在顯示器中看到地殼、地幔等地球結構的3D圖像[9]25。

2010年法蘭克福圖書博覽會上，一本將前沿的增強現實技術與歷史悠久的紙雕藝術相融合的增強現實立體書《中國彈起》引發關注。這本書由觸角科技與中華商務聯合印刷有限公司合作開發。翻開這本書，除了會看到立體結構精巧的中國建筑，若將電腦攝像頭對準紙雕上的標示圖案，顯示器上便會出現諸如絢麗煙火和飛馳的馬車等影像[9]25。古老的工藝與前沿科技在同一本出版物上有機組合。

2014年，是增強現實技術在我國出版領域進入廣泛應用的一年。多家出版社積極將增強現實技術引入旗下的出版物，特別是在童書的制作中。當年依次出現了包括《西游記的故事》（外語教學與研究出版社）、《香蕉火箭科學圖畫書》（接力出版社）、《4D繪本》（華東師范大學出版社）等多部出版物。出版業與增強現實技術的商業合作大幕正式拉開。

四、增強現實出版物基本范式

增強現實出版物在傳統紙質圖書的基礎上，疊加了虛擬數字對象（圖像、音頻、視頻、三維動畫、三維模型），使用者可以借助移動終端與之實現互動。

鑒于現階段使用增強現實技術的配套硬件多為移動終端，增強現實出版物的基本范式可歸納如下：在移動終端上下載配套應用程序（APP）后，使用移動終端攝像頭掃描書中印刷的“交互式”圖片，啟動每個圖片所關聯的圖像、音頻、視頻、三維動畫、三維模型等數字對象，上述數字對象會與攝像頭中拍攝到的真實環境相疊加，也即兩者同時存在于屏幕中。若掃描啟動了所關聯的音頻資源，則會啟動音頻播放。在部分增強現實設備中，使用者還可以通過操縱移動終端對圖像進行縮放、旋轉等操作，從而與圖像互動 [2]38，[5]49。

五、增強現實技術的應用模式研究

早期的增強現實技術，需要借助電腦攝像頭和屏幕實現識別和演示功能。隨著移動終端的發展和普及，平板電腦、手機以其操作簡便、便攜，成為當前增強現實技術應用的首選硬件。而面向兒童讀者的專屬增強現實閱讀設備，也以其外觀貼近兒童偏好、結實耐用獲得部分出版商的青睞。更有不少游戲開發廠商，借助旗下的游戲機作為增強現實技術的操作平臺，與出版商實現跨界合作。

1. 基于移動終端的增強現實出版物

這一類圖書是目前主流的增強現實出版物形式。以手機、平板電腦等移動終端，作為增強現實技術應用的工具。使用時，用戶需先將與圖書相應的應用軟件（APP）下載到移動終端上，然后將移動終端的攝像頭對準書中印刷的“交互式”圖片進行掃描，由此進入所對應的數據中心。每幅圖片所關聯的圖像、音頻、視頻、三維動畫、三維模型等多媒體資源會與攝像頭中拍攝到的真實環境相疊加。部分增強現實還允許使用者與看到的虛擬對象進行互動，比如通過操縱移動終端對圖像進行縮放、旋轉等[1]12，[5]49。

（1）與環境嵌合度高，互動性強的增強現實出版物

這類圖書使用移動終端掃描“交互式”圖片后，會在屏幕上出現懸浮的三維模型或三維動畫。這些三維圖像與真實環境融合度好，使用者通過操縱屏幕，可以對虛擬的三維圖像進行翻轉、拉伸等操作。

例如2016年由中信出版集團出版的《科學跑出來》叢書，即屬于此種模式。該系列圖書由英國卡爾頓公司（Carlton Books）出版，曾獲得2013年英國圖書設計與制作獎等多項圖書獎項。讀者在下載APP后，掃描書中畫面，能通過移動終端屏幕看到諸如太陽系在手心轉動的景象。通過操作手機，除了可以拍攝諸如恐龍站在家中等超現實照片，還可以通過手指的拉伸、拖劃，使恐龍放大縮小，或是旋轉展示角度。

由科學出版社與夢想人軟件科技有限公司合作打造的“愛醫課”APP也是如此。用戶在下載APP后，利用移動終端攝像頭掃描教材上的相應插圖，屏幕上就會出現對應的3D醫學圖像。例如將攝像頭對準平面骨骼及解剖圖片進行掃描，就能在移動終端屏幕中，看到平面圖片轉化為3D虛擬立體模型。如果移動終端攝像頭位置發生改變，模型也會跟隨使用者的視角進行調整和切換[10]20。增強現實技術實現了將在二維空間中難以展示的復雜醫學模型置入三維空間展示的目標，使插圖變為模擬的真實場景，原先抽象的概念成為可通過直觀經驗積累的實際知識。2015年，“愛醫課”平臺上線，配合該平臺使用的增強現實教材《人體解剖學與組織胚胎學(第二版)》由科學出版社出版發行[11]19。

（2）與環境嵌合度低，有效豐富圖書內容的增強現實出版物

這類圖書在使用移動終端掃描“交互性”圖片后，出現的不是三維圖像，而是圖像、音頻、視頻等，或是鏈接到其他網站。這類增強現實效果與環境融合度較低，卻有效拓展了傳統紙質出版物的物理限制，能夠為讀者提供豐富的視聽閱讀體驗，具有時效性強、可選資源豐富的特點。少年兒童出版社旗下的科學期刊《十萬個為什么》中使用了這項技術。讀者在閱讀雜志時，可以掃描雜志中的特定圖案，啟動與內容有關的音頻、視頻等。不僅大大提高了傳統雜志有限的承載能力，也有效觸發了讀者的多層次閱讀。

2. 基于兒童專屬閱讀設備的增強現實出版物

除了借助手機或平板電腦這類移動終端閱讀的增強現實出版物，還有研發廠商將重心放在了硬件的開發上。由央數文化打造的“小熊尼奧”品牌，就為兒童開發了專屬閱讀設備“MAGNEO照照樂”。這是一款用于閱讀增強現實出版物的手持閱讀器。它形似放大鏡，采用圓形液晶屏幕和高清攝像頭。考慮到使用者為兒童，采取了方便抓握的手柄和不易被手指遮擋的攝像頭位置。專屬閱讀器使兒童不必再借用家長的手機就能觀看增強現實出版物，操作方式也比使用手機更為簡便，且作為一項道具，可以增強兒童的探究欲望[5]48。

3. 利用體感控制器的增強現實出版物

2012年，索尼公司與J.K.羅琳聯手打造出一本使用增強現實技術的“哈利?波特”系列圖書——《奇幻之書：魔咒之冊》。這本書需要以電視作為輸出屏幕，配合索尼公司研制的PlayStation Eye攝像頭及PlayStaion Move體感控制器使用。PlayStaion Move 體感控制器猶如電視遙控大小，方便用手握持，可以識別用戶位置和手部動作，并反饋給系統，做出響應。使用者按照特定的軌跡揮舞“魔杖”（體感控制器），就能在電視屏幕中看到自己像哈利?波特一樣使出各式各樣的魔法，比如召喚龍，引導它在房間中飛舞。這一產品以將魔法世界中存在的奇妙場景搬進家中作為賣點，吸引了《哈利?波特》電影愛好者將視線從大屏幕轉回圖書[2]39。

六、增強現實類圖書的創新價值

1. 增加紙質出版物附加值

增強現實技術可以通過掃描印刷在紙質出版物上的圖片啟動圖像、音頻、視頻、三維動畫、三維模型等數字資源，這使得出版社可以在不占用紙質出版物空間、不增加印刷成本的情況下，為讀者提供更豐富的閱讀體驗，賦予紙質出版物更高的附加值，將紙質出版物所承載的信息量極大擴展，使信息縱深化、廣博化。

2. 克服平面空間所限，將立體結構進行空間展示

教師在課堂上向學生講授如立體幾何之類需要空間想象力的課程時，往往會顯得很抽象，難以用語言描述。植入了增強現實技術的立體幾何教科書，不光可以展示立體模型，還能讓學生參與互動，通過旋轉、壓縮等操作，讓模型動起來，解決了傳統教科書用二維圖像解釋三維空間現象的難題。而類似DNA結構、宇宙大爆炸這些科學熱點，通過增強現實技術，可以讓學生直接看到三維立體模型或圖像，無需再經過抽象化信息轉化到具象化的實物。2015年起，皮爾森教育出版集團出版的香港地區教科書就加入了增強現實技術[5]49。

3. 視聽觸全方位體驗，提高讀者的閱讀興趣 和閱讀質量

增強現實技術在紙質出版物中的應用，拓寬了紙質圖書認知方式單一、表現手段有限的局限。讀者不僅可以閱讀文字和圖片，也可以與之互動，為讀者帶來更強的參與感。使得讀者不光借助視覺“讀”一本書，更能夠將視覺、聽覺、觸覺組合起來。這種多層次的“閱讀”還原了人類天生的認知過程，就像嬰兒那樣通過多種感官共同協作逐步認識周圍的世界。增強現實技術可以讓兒童在和圖書“玩耍”的過程中，學到知識。研究者曾以幼兒園大班兒童為對象，研究增強現實系統對學習效率影響，研究報告顯示，在英文學習效率與成語學習效率兩項測試中，使用增強現實系統學習的兒童，學習效果優于常規學習方式，成績分別提高37%和8%[12]。

4. 獲取用戶閱讀偏好信息，引導選題方向

讀者通過掃描圖像獲得附加信息，而出版社可以借此與讀者連接起來，通過某一圖像或視頻的點擊率，精準了解讀者對哪些領域、哪些內容有興趣。這些數據分析對于后續增強現實出版物選題的策劃起著指導作用。

5. 提供多種閱讀形式

增強現實出版物既可以按照傳統圖書的閱讀方式，順次閱讀紙質出版物的圖文信息，也可以在閱讀過程中，啟動書中植入的增強現實操作點，實現紙張閱讀輔助立體閱讀。在無法使用移動終端時，也可以享受傳統閱讀的樂趣。

七、我國增強現實出版物存在的問題及未來發展

增強現實技術是對傳統圖書所承載文化、信息的一種新型講述方式，是連接傳統出版與數字時代的新途徑，也是傳統出版轉型發展的契機。本文分析了增強現實出版物的現狀及其特點。目前，我國增強現實出版物還存在如下問題。

第一，不同出版社或不同增強現實技術公司開發的增強現實出版物，APP不通用，用戶需要下載大量APP。如少年兒童出版社出版的增強現實出版物《追蹤非洲五霸》和《黑羽精靈小盜龍》需要下載“夢幻恐龍島”APP。中信出版社出版的《玩轉冰川時代》則需要下載“Ice Age AR” APP。而要是想閱讀《科學跑出來》需要下載“iSolarSystemAR” APP才能使用。由于通用的增強現實APP平臺尚未形成，用戶幾乎每使用一種技術公司開發的增強現實出版物，就需要下載一種APP，造成閱讀和使用上的不便。

第二，識別不暢現象時有發生。使用移動終端掃描書中“交互式”圖片時，對頁面印刷效果和環境要求較高。印刷墨色不均，環境陽光過強或過弱，頁面破損、涂抹、彎折或頁面反光，等等，都會影響識別的順暢，甚至導致識別無法完成。

第三，原創產品不足，優秀產品依賴進口。曾有研究者對2011年至2015年我國增強現實出版物品種進行統計，僅有9個品種，其中一半為引進版圖書。2016年《科學跑出來》叢書市場銷售大獲成功，刺激了增強現實出版物在我國引進和原創領域的雙重發展。截至2016年年底，夢想人科技公司已與80余家出版社開展合作關系，開發我國原創增強現實出版物[7]16。央數文化、鷹童文化科技也是我國原創增強現實技術的開拓者。

第四，增強現實出版物品種分布不均。搜索亞馬遜、京東等大型圖書銷售網站，數據顯示目前在銷的增強現實讀物大多為少兒讀物，且集中在科普和低幼兩個板塊，品種分布極為不均。

除了上述技術層面問題，增強現實技術與傳統出版業融合過程中還需要解決的問題包括：出版社應當如何培育掌握增強現實技術的專業編輯，以有效開發原創品牌？不同于紙質出版物已有嚴格的編輯出版責任機制，對于增強現實所呈現的隱于書后的內容，應當如何把關？

增強現實技術本身的發展已經經歷第一代——基于PC的增強現實技術，進入第二代——基于移動終端的增強現實技術，未來會進入第三代——基于可穿戴設備的增強現實技術。目前出版業與增強現實技術的合作正處于第二階段。預計未來的3～5年，“增強現實眼鏡”等可穿戴設備會逐漸普及，增強現實出版物也會隨之出現新的模式[13]。

根據我國互聯網市場大數據分析公司易觀智庫的行業模型，增強現實技術在2018年以前尚處于市場啟動期，增強現實技術的體驗還有待優化，發展還在繼續。預計在2019～2030年，增強現實技術將進入高速發展期。如同各種新興技術必然經歷大浪淘沙一樣，增強現實設計公司正隨著行業的快速發展進行劇烈地洗牌。

[1] 張鵬. 圖書出版中增強現實技術的應用研究[D]. 河南：河南大學，2016.

[2] 王卉，李金城.增強現實技術在圖書出版領域的應用研究[J].中國出版，2015(17)：38-40.

[3] 程娟，王玉林.基于AR技術的少兒圖書創新設計策略[J].出版發行研究，2015(7)：44-46.

[4] 張瑞靜，王卉，李金城.虛擬現實技術在出版領域的應用[J].出版發行研究，2015(5)：47-50.

[5] 王秀麗，胡玉康.AR技術關照下的兒童書籍設計新形態[J].出版發行研究，2016(5)：48-50.

[6] 搜狐IT .Wikitude將推出移動網頁增強現實技術[EB/OL].(2012-05- 17)[2017-06-10].http://it.sohu.com/20120517/n343397305.shtml?utm_source=tuicool

[7] 周志穎.AR新技術融入數字出版的未來[J].傳媒，2016(24)：16-17.

[8] 尹琨.VR/AR來襲，“撬動”傳統出版變革[N].中國新聞出版廣電報，2016-12-15(007).

[9] 陳向東，許山杉. 增強現實電子書的開發—— 以“幼兒識字課本”為例[J].中小學信息技術教育， 2013 (1) ：25-29.

[10]蕭染.VR、AR技術＋出版市場有多大？[N].中國出版傳媒商報，2016-11-15(014).

[11]周丹袂，張文紅. 出版社在線教育移動應用現狀研究——以科學出版社愛醫課 APP 為例[J].出版廣角，2017 (3)：18-21.

[12]李鐵萌，蘇力博，呂菲，侯文軍.基于增強現實的學前兒童識字教育系統及實驗研究[J].軟件，2015(4)：44-49.

[13]出版商務周報.關于AR出版，你必須要知道的10個問題[EB/OL].(2017-03- 31)[2017-07-09].http://reader.gmw.cn/2017-03/31/content_24110492.htm.

（作者單位：少年兒童出版社）

10.19619/j.issn.1007-1938.2017.03.009