适于“贫困村”的增强现实技术平台研究

张翔 汪卫平

（江西财经职业学院 江西省九江市 332000）

科技扶贫是我国长期实行的重要举措，自1986年国家科委提出并组织以来已经被广泛地证实了，它是一项行之有效的脱贫攻坚重要手段，是我国政府精准扶贫的有力武器。

当前，以5G、大数据、人工智能（AI）、虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、区块链等技术为代表的新型信息科学技术日新月异发展迅猛，不仅被运用在了各种经济领域中，更是渗入到了全球各个角落以及人类生活的各个领域。其中不少技术也被逐步应用了在了我国的脱贫攻坚工作中。与过去30 多年科技扶贫靠特派员的模式不同，通讯网络基础的普及以及未来5G 的推动为VR 和AR 技术的扶贫下乡奠定了先决条件。

我国农村人口老人小孩多，整体科学文化素质相对较低，在没有成熟的信息化平台作为支撑的情况下，很难充分了解当地的村情村貌，各类建筑、设施、人物、产业都缺乏足够的信息，容易使人失去深入了解的动力，以致错失发展机遇。与百度地图为知名地点开发的导览与AI 讲解不同，在贫困村级层面无论人力、技术、经济、资源都相对处于弱势，需要帮扶单位和县、乡、村各级干部的大力支持。

本文项目组扎根乡村扶贫多年，基于桥岭村的实际现状和未来发展考虑，在分析与研究AR 技术平台的时候充分考虑了适配乡村的经济性和实用性，不能等同于一般的城市或者教育应用案例来进行评价。本文旨寻找更加适合于科技扶贫的AR 技术平台，初步评估这些常见的主流技术平台在乡村的应用前景，为高校在乡村科技扶贫领域自行或合作研发AR 应用时选择最佳路径。

1 研究对象与范围

若以当前可知可用的全部AR 技术平台作为研究对象，其数量过于庞大，难以短时间内进行有效的研究。AWE（augmented world expo，增强现实世界博览会）是世界上规模最大和最具影响力的的AR+VR 会议和博览会，福布斯称之为“最重要的AR + VR 会议和展览”[1]。本文根据近年来AWE 的获奖名单，选取了以下AR 技术平台作为研究对象。

（1）ARKit：ARKit 是苹果专属AR 技术，此平台能够实现跟踪表面、图像、物体、人物（含肢体动作）、面孔（含面部表情）、多用户通信互动等功能，在iPad pro（2020）上增加了激光雷达传感器来辅助AR 应用，遗憾的是该平台主要只用于iOS 环境，而苹果的大部分新型终端设备的价格对于经济不发达的乡村来说比较昂贵。

（2）ARCore：谷歌的安卓（Android）操作系统在移动端有着重要地位，其开源免费的特性催生了大量衍生系统，ARcore 的路线十分相似，主要从基础性的技术方案出发。核心功能包括运动跟踪、环境理解、光估测。后来逐步增加和补充了用户交互、定向点、云锚点与可跟踪对象，实时共享等技术。类似与面部表情跟踪、人体动作识别、或者其他完整的解决方案并不直接提供，开发者需要自己利用其技术生产自己的具体应用，这一点对于贫困地区来说并不友好，文档同样也是从技术角度出发进行技术阐述，中文文档的翻译相对本土的技术平台来说可谓生硬。

（3）Vuforia：PTC Vuforia，原本由高通开发[2]。设备支持非常广泛，例如Microsoft HoloLens、Vuzix M300/M400、RealWear HMT-1、Magic Leap 等设备都有良好的适配与支持。Vuforia 发布已久，技术门槛相对较低，表现相对稳定。

（4）Wikitude：支持设备较为广泛，仅次于Vuforia。主要功能包括对象和场景跟踪、实时跟踪、图像跟踪、多个图像目标跟踪、云识别、地理现实增强（GEOAR），多对象跟踪，混合目标跟踪，圆柱体等等。在欧洲国家受广受欢迎，商业案例较多但价格相对较高。

（5）百度AR：该平台与百度地图能够技术结合，在以人物为主要对象的相关AR 技术也有较为丰富的功能，尤其是通过人脸关键点检测、人脸三维重建算法开发的美颜美妆、人像美化功能，还能支持实时肢体骨骼点与轮廓点检测，以及手势特效、基于人体姿态和手部动作的互动，环境特效等等。该平台得益于“百度”品牌效应，是一般村民认知度与认可度最高的技术。

（6）EasyAR：一个广受同行业国外媒体认可的技术平台，出现在了许多国外的横向测评与研究文章中[3]。具备平面图像跟踪、3D 物体跟踪、表面跟踪、多目标识别与跟踪、不同类型目标同时识别与跟踪等主流功能，还可以扫描环境实时生成稀疏空间地图与稠密空间地图，具备丰富的开发文档。部分专业功能收费，订阅按月收费，对于一般非大量使用的简单应用，带有水印的基础版也能满足使用需求。

2 评价方法与功能研究

AR 技术在乡村资源数据中的应用主要是利用AR 技术采集乡村地理环境实景特征并整合资源数据。为适合于乡村的特定使用场景，本文以功能实用性、平台易用性、经济性为主要评价标准。评价分为平台功能性评分与平台实景测评两个部分。

功能性指标包含：标志目标、图像目标、模型目标、交互模块、浏览器支持、实物对象扫描、IMU 支持、面部跟踪、肢体跟踪、渲染与特效、SDK、价格、工具、开发文档、平台支持等[4]。

功能性评分细则为：具备单项基本功能一项加5 分，情况未知或不支持不计分；SDK 开放程度，开放加3 分，半开放1 分，不开放不计分；价格免费加5 分，部分免费2 分，收费0 分；工具每项1 分；同时基于贫困村实际情况，平台文档使用英语不加分，中文1 分，丰富程度加1 分；平台支持每个种类的平台项为加1 分，不支持廉价安卓设备的不加分；穿戴设备或专用硬件设备相对昂贵，与经济性冲突，故未纳入评分考虑。评分结果如图1所示。

平台实景测评将桥岭村几个重点标志：帮扶干部和贫困户、村民住房、山林、水塘、道路、产业基地（龙虾养殖、光伏电站、蔬菜大棚等）场景目标进行基于同一设备的多时段实景扫描。村委会是乡村政务的核心地点，AR 技术能够在办事服务指引、干部效能监督、村情数据展示等多个方面发挥作用，并与村网站政务平台共享数据实时对接；村民住房作为村庄建筑主体，与城市高密度同质化住房不同，相对具有独特性和可辨识度，能够通过AR 平台实现实景乡村政务、个体电商展示、信息共享更新等功能；光伏电站与蔬菜大棚作为扶贫项目，一方面已经可以通过AR 实现光伏设备信息与农作物信息展示、状态数据采集、检索目标定位等功能。另一方面，下一步还可以融入开放平台的人工智能引擎，对设备、作物、村民在项目中所产生和积累的海量数据进行关联分析，指导生产，以期提高效能与产出。

基于上述情况考虑，我们以场景识别速度、场景识别设备角度、场景环境适应性、呈现效果稳定性四个基本指标为基准进行评分。评分结果是将5 个平台进行实地逐项实验，并根据日常工作生产的作息规律在早午晚三个时段进行了三轮测试，再取平均值（wikitude因费用过高未列入本文范围），再据此将排名第三位设置为3 分，以此为基准分进行量化评价。最终测评数据结果如图2所示。

图1：AR 技术平台功能性评分

图2：AR 技术平台实测对比

桥岭村的现场实测数据表明，苹果的ARKIT 具有最好的稳定性和易用性，各种场合下发挥较为稳定，但是在弱光特别是傍晚或者夜间场景下同档次的IOS 设备摄像头光圈不足是一个明显短板。其他几个AR 平台各有所长，vuforia 在稳定性方面较为突出，ARcore 客户端响应速度快。限于经费与人手，测试设备仅限于：苹果iPhone8、红米note8、小米8、联想ThinkPadT480 外接微软MS-HD3000 摄像头。

3 研究结论

通过对当前主流AR 技术平台进行基础功能测评与实景实测，初步表明从以上角度出发有以下几点基本结论：

（1）免费平台更加适合于贫困村实际情况，即使是乡村振兴时代，在经济欠发达地区价格成本依然是制约技术平台使用的重要因素，加之村民对新技术的应用依然持非常谨慎小心的态度，在免费的情况下使用vuforia 或EasyAR（或其他未被本文测评的优秀免费平台）是最佳选择。受到设备限制，大部分村民使用中低端安卓设备，甚至仍有很多非智能设备，简单易用的ARKIT 难以下乡。

（2）乡村夜间照度不高，夜间识别场景存在一定困难，随着高感光手持拍照设备的普及，特别是手机，可能会在未来几年大大改善此问题。

（3）以该村的样本数据为例，识别精读仍然有很大提升空间，特别是不同季节统一环境，例如阴、雨、雪、大风的各种情况，AR 设备很难在不重新设置识别图像的情况下自动完成目标识别。诚然，并未列入本文的优秀技术平台依然数量庞大，有待同行对适于乡村应用开发的AR 技术平台进行进一步的研究与探索。