石 磊 洪玉潔 （寧波大學科學技術(shù)學院 315000）

由于科技的快速發(fā)展，我們可以在不同的設(shè)備上閱讀，但實體書在我們的生活中仍不可或缺。我們喜歡實體書的可觸感，但我們難以通過實體書的文字去理解一些內(nèi)容，特別是一些小說和奇幻的場景。通過實體書我們?nèi)绾误w驗從過去穿越到未來的感覺？如何體驗愛麗絲夢游仙境？

試想一下，我們能否利用AR技術(shù)讓我們在場景描寫中體驗到閱讀的真實感？如果這個系統(tǒng)足夠聰明，那它是否能意識到我們在哪里，并向我們發(fā)送信號，提醒我們閱讀了什么？

當我們碰到新的知識點，我們會自然而然的去查相關(guān)資料。但是如果我們不能夠清楚地記得我們要查詢的知識點，我們通常會再返回去看一遍。難道我們一定要再去看一遍？我們能否換一種方式直接提醒我們這個知識點？

Illumi-mory系統(tǒng)使用AR信號作為內(nèi)容/記憶存儲器，并可穿戴，輸出一個微小的信號作為提醒。

我們認為把AR技術(shù)和環(huán)境智能化結(jié)合在一起是比較有趣的，這種體驗更能注意到不同的閱讀環(huán)境——這是一種很好的記憶重放方式。當我們閱讀的時候，我們會注意到周圍的環(huán)境，例如，大部分人在圖書館更能集中注意力。

我們選擇可穿戴的（例如珠寶）物體來表現(xiàn)光，因為它跟人比較親密——我們每天都戴著它，就像我們帶智能手機一樣。傳感器可以收集到很多人體信息，從而解鎖不同的內(nèi)容。

圖2：使用環(huán)境智能化可以在特定的時間和空間內(nèi)了解你的閱讀環(huán)境

相關(guān)工作：

這項研究涉及到幾個方面，例如增強實際閱讀量，通過顏色增強數(shù)字化記憶和環(huán)境智能化。

在當今的教育環(huán)境下，閱讀和與實體書的互動是學習過程中的重要組成部分[1]。我們之前一直致力于研究通過AR優(yōu)化實體書閱讀過程。

例如，在文獻[2]有人開發(fā)了一套優(yōu)化實體書閱讀過程的系統(tǒng)，給年輕讀者提供與書本內(nèi)容互動的機會，通過在手持式顯示器上標記基準點，看到更準確的3D圖形。閱讀這本書籍并與之互動，為用戶提供了多感官體驗，這是很難通過其他技術(shù)實現(xiàn)的。在文獻[3]中作者給出了一個系統(tǒng)，可以自動將印刷技術(shù)文檔（如手冊）傳送到三維現(xiàn)實中。它幫助用戶將手冊中的圖像直接匹配到實體對象上，減少認知縫隙。

學習環(huán)境中的環(huán)境智能：

根據(jù)Cook等人[1]，任何智能環(huán)境都可以被分解成四個基本層：物理、通信、信息和決策。每一層在環(huán)境中扮演不同的角色，促進不同的操作并滿足特定的要求。在文獻[1]中，作者給出了一個環(huán)境類只讀存儲器，它幫助學生感知上下文，從而提高他們在閱讀時檢索和呈現(xiàn)相關(guān)材料的學習效率；在寫作時，它隨時可以提供幫助以便于完成他們的寫作任務(wù)。Hanzi Lamp是一個AR學習系統(tǒng)，通過改進系統(tǒng)對現(xiàn)實學習環(huán)境的掌握情況來探索如何加快漢字學習。

顏色和記憶：

對人類來說，顏色是最重要的視覺體驗，[4]它作為人類認知系統(tǒng)的一個強有力的信息通道，在增強記憶能力方面起著重要的作用。[5]色彩在學習和教育，營銷，溝通，甚至運動方面起著重要的作用。事實上，研究表明，生動的色彩線索有助于提高阿爾茨海默病患者的短期記憶能力。[6]

在Illumi-mory系統(tǒng)中，我們打算使用顏色作為外圍提示來鼓勵用戶回憶他們以前的閱讀體驗。我們利用手機內(nèi)置攝像頭識別文本/圖像，同時通過照相來記錄周圍環(huán)境的優(yōu)勢，然后，我們通過從像素中提取顏色信息來設(shè)計調(diào)色板。最終一種主要顏色被計算出來，代表了相應(yīng)環(huán)境的主要顏色色調(diào)?；谶@一功能，可以很容易地集成其他功能，如記錄聲音甚至氣味。

圖3：從左到右：通過照相記錄環(huán)境；分析環(huán)境的像素，提取出主色調(diào)

執(zhí)行情況

我們通過一個概念原型來證明這個想法。軟件和硬件工具包括統(tǒng)Unity 3D，vuforia sdk，Samsung Galaxy Note III，Arduino，LightBlue Bean，Neopixels和webcam。關(guān)于軟件方面，我們使用跨平臺的游戲程序Unity 3D為安卓設(shè)備創(chuàng)建APPs。我們使用vuforia sdk，這是一個可以使用任何圖像作為標記的AR框架，在統(tǒng)一環(huán)境中進行文本/模式識別，我們還可在其上創(chuàng)建并覆蓋信息（視頻/3D模型/圖像）。IO.Ports系統(tǒng)被用來聯(lián)系Unity 和 Arduino in C#.。Light Blue Bean是一種新的兼容藍牙技術(shù)的Arduino，它可以無線上傳你的代碼到板子上。

主要功能

當這個攝像頭第一次掃描到不熟悉的詞，例如VERITAS，它會提供用戶全面的解釋例如一個視頻/圖表/照片。同時它會自動地記錄周圍的環(huán)境。這個環(huán)節(jié)分析了環(huán)境的主色調(diào)。Illumimory系統(tǒng)會記錄你查詢每個單詞的次數(shù)。所以，在第二次/第三次/...當你查詢這個詞的時候，它會根據(jù)以前記錄的環(huán)境中的主色調(diào)打開光。

使用方法

Illumi-mory系統(tǒng)可以被用在不同的APP上來支持用戶的閱讀行為。利用AR技術(shù)，Illumi-mory系統(tǒng)可以同步記錄你閱讀的地點，學習的頻率和你喜歡的內(nèi)容不喜歡的內(nèi)容。開發(fā)者可以制作目錄讓Illumi-mory系統(tǒng)表現(xiàn)得更好。以下是三種我們推薦使用Illumi-mory系統(tǒng)的場景。

學習和重放記憶

當你在圖書館溫暖的黃燈下閱讀時碰到一個國外的單詞/專業(yè)的術(shù)語，例如“拋物線”，你不理解這個詞的意思，這時你可以打開Illumi-moryAPP，用你的智能手機對準這個單詞，然后在你的手機屏幕的文字旁邊會出現(xiàn)一個相關(guān)的圖表解釋。有一天，你在其他的雜志上看到這個單詞但不能夠清楚的記得他的準確意思。你用這個APP來查詢它，但是這一次，這個APP不會給你解釋，相反，你戴上黃色燈的項鏈在你周圍創(chuàng)造了一個黃色的環(huán)境，也播放了被記錄的周圍環(huán)境的聲音。你會感覺你被帶到當你在圖書館閱讀的那一天并記起“拋物線”的圖表和意思。

圖4：用你的智能手機對準這個單詞，然后在你的手機屏幕的文字旁邊會出現(xiàn)一個相關(guān)的圖表解釋

圖片5：你戴上黃色燈的項鏈在你周圍創(chuàng)造了一個黃色的環(huán)境，也播放了被記錄的周圍環(huán)境的聲音

游戲化：

在學習時使用Illumi-mory系統(tǒng)，它會記錄你學習單詞的次數(shù)和學習單詞的數(shù)量。在你學習了一段時間后，有趣的內(nèi)容將會被解鎖，比如一個有趣的視頻或者一個很棒的3D交互模型，以此來激勵你的努力。

圖6：完成指定的學習時間解鎖有趣的內(nèi)容

推薦系統(tǒng)：

你可以對你閱讀過的書籍用顏色進行標記喜歡與否，這個系統(tǒng)會根據(jù)可穿戴的設(shè)備表現(xiàn)出的顏色來給你推薦一些書籍。例如，你用你最喜歡的紫色來標記你最喜歡閱讀的書，比如你喜歡那些被設(shè)計的書和女人標記的書，討厭那些帶有暴力標簽的書。當一天你去圖書館/書店的時候，你選擇的書你不確定是否會喜歡。這時你可以打開你的照相機對準書本的條形碼，這時項鏈會發(fā)出表示不受喜歡的白色的光來提醒你，你可能不想要閱讀這本書，因為這本書是關(guān)于第二次世界大戰(zhàn)的。然而當你掃描扎哈?哈迪德的書時，會顯示紫色的燈光表示你可能會享受這本書。用戶可以通過他們自己顏色的偏好來定制這個推薦系統(tǒng)。

圖7：通過掃描條形碼用顏色來標記你喜歡的書和不喜歡的書

圖8：系統(tǒng)會根據(jù)用戶標記的顏色來推測喜歡與否

未來圖景：

基于這樣的框架下，我們清晰的明白還有更多的需要去探索與實現(xiàn)。例如，我們可以通過AR將評論進行覆蓋去看到其他人的想法?；蛘哒f使用谷歌的cardboard，通過VR使文字描寫探索的虛擬世界更加逼真。將集成傳感器放置在可穿戴的設(shè)備上去捕捉使用者的表情和行為去解鎖不同的AR內(nèi)容。

結(jié)論：

在本文中，我們提出了一個技術(shù)上的框架，將現(xiàn)實與智能結(jié)合，通過創(chuàng)造和帶來閱讀記憶來增強使用者的閱讀體驗。AR是用來解鎖信息并產(chǎn)生記憶，AI則是用來將環(huán)境與記憶相結(jié)合。概念模型的驗證也成功的證明了這個想法。一些使用場景被制作成程序。

圖9：將arduino和燈嵌入可穿戴的設(shè)備中玩轉(zhuǎn)記憶

[1] G.Margetis， X.Zabulis， P.Koutlemanis， M.Antona，C.Stephanidis.Augmented interaction with physicalbooks in an Ambient Intelligence learningenvironment.Springer Science+Business Media， LLC.2012.

[2] Grasset R， Duenser A， Seichter H， Billinghurst M（2007）The mixed reality book： a new multimedia reading experience.CHI'07 extended abstracts on Human factors in computing systems， pp.1953–1958.

[3] Peter M， et al.Retargeting Technical Documentation to Augmented Reality.CHI 2015.

[4]Adams FM， Osgood CE.A cross-cultural study of the affective meaning of color.J Cross Cult Psychol.1973;4（2）：135–156.

[5]Wichmann FA， Sharpe LT， Gegenfurtner KR.The contributions of color to recognition memory for natural scenes.J Exp Psychol Learn.2002; 28（3）：509–520.

[6]Cernin P， Keller B， Stoner J.Color vision in Alzhermer’s patients： Can we improve object recognition with color cues? Aging Neuropsychol C.2003; 10（4）： 255–267.