AR 增强现实技术应用于岩溶地质科普资源的数字化实践研究

作者简介：张莹（1995.05—），女，汉族，福建福州人，本科，讲师，主要研究方向为三维交互技术。基金项目：2025福州英华职业学院院士工作站基金“岩溶地质科普资源的数字化与实践”（25YSGZZ007）。图1AR增强现实技术与3D建模技术融合应用概念图999Sep166··第42卷第期2026年月ITREPORT2,No.,2026质类科普资源的创新指明了重要方向。2AR岩溶地质科普数字化的理论基础本研究的理论基础涵盖AR技术应用、科普资源数字化开发、地质科普与教育传播及跨学科融合四大维度。AR技术应用以虚实融合理论为核心，强调虚拟地质信息与现实场景在空间、尺度、光影上的精准适配，为AR应用虚拟叠加地质仿真效果、优化虚实衔接效果提供指导；人机交互理论则通过优化操作流程与识别响应速度，支撑“扫描模型即呈现动态内容”的便捷设计，适配青少年与教师群体使用需求。科普资源开发层面，建构主义学习理论指导高精度三维模型还原、AR沉浸式环境搭建及“线上+线下”混合教学模式构建，引导用户主动探索地质现象；数字化资源开发理论遵循“三维适配”逻辑与闭环开发流程，支撑“模型—应用—教学—课程”体系及多场景适配设计。地质科普与教育传播领域，地质科学传播理论针对地质知识的长期性、抽象性特点，指导术语通俗化、地貌特征化还原及微课知识点拆解；教育目标分类理论构建“知识—能力—情感”三维框架，为课程目标设定与多元评价体系提供依据。跨学科融合理论打破地质科学、计算机技术与教育科学的学科边界，通过术语转换机制与统一参数词典，破解跨领域沟通障碍，保障技术实现与地质核心知识精准对接。3AR岩溶地质科普资源开发全流程AR岩溶地质科普资源数字化开发以用户需求为首要前提：青少年偏好趣味互动形式，教师注重教学适配与课标对接，据此明确资源须具备知识可视化、AR互动体验、微课配套、多设备兼容四大核心功能。技术选型紧密贴合需求，聚焦三大关键环节：采用AutodeskMaya构建5类典型岩溶地貌高精度三维模型，还原真实地质细节；基于Unity引擎开发AR应用，整合传感数据、优化特征识别算法，确保主流移动端适配流畅；通过Camtasia制作系列微课，与AR应用形成互补，开发遵循“模型构建—AR集成—教学配套”逻辑，搭建三层体系架构。开发中重点攻克三大技术难点：优化Unity特征点检测算法与模型纹理，保障特征还原度与扫描准确性；运用Shader渲染与光影适配技术，提升AR场景稳定性与虚实融合效果；简化操作流程、优化微课设计，平衡资源易用性与教育性。同时定制Unity插件解决动态仿真难题，建立术语转换机制与参数词典，确保技术实现与地质核心知识精准对接。4AR技术支撑下岩溶地质科普资源的多维度开发与具体实现围绕AR技术赋能岩溶地质科普的核心目标，数字化科普资源开发聚焦四大核心板块，构建起“模型—应用—教学—课程”的完整内容体系，确保资源兼具科学性、实用性与体验感。在高精度三维模型库建设上，精准选取溶洞、石林、地下河、天坑、钙华池5类典型岩溶地貌，不再局限于通用特征还原，而是以云南石林、小寨天坑等真实知名地貌为精准原型，针对性打磨核心地质特征：石林模型重点突出岩石的层理纹理与柱状节理结构，还原其“剑峰林立”的视觉特点；天坑模型着重呈现坑壁的陡峭坡度、环形轮廓及底部生态群落布局，展现地貌形成的宏观尺度；溶洞模型细致刻画钟乳石与石笋的形态差异、生长方向，同时还原洞内明暗交错的光影环境；地下河模型强化水体流动路径与岩壁的湿润质感，体现“地下暗河”的隐蔽性特征；钙华池模型则精准还原池水的色彩分层与钙华堆积的细腻纹理，再现“五彩池”的独特景观，最终形成特征鲜明、辨识度高的高精度模型库。图2小寨天坑实拍图图3小寨天坑三维模型图图4黄龙钙华池实拍图999Sep167··第42卷第期2026年月ITREPORT,No.,202图5黄龙钙华池三维模型图图6贵州万峰林实拍图图7贵州万峰林三维模型图AR应用开发以Unity引擎为核心载体，充分发挥其在3D场景构建、模型实时交互及跨平台适配的天然优势：借助ARFoundation框架深度整合设备摄像头与传感器数据，专门优化5类岩溶地貌模型的特征识别逻辑，通过强化关键特征点的捕捉算法，实现模型扫描与地质信息匹配的快速响应；运用Shader渲染技术精细化调整虚实融合效果，让虚拟地质演化过程与真实模型在光影明暗、比例尺度上自然衔接，避免出现视觉割裂感。应用重点开发场景识别与虚拟叠加两大核心功能，经UnityBuildSettings完成多平台打包，全面适配Android、iOS主流移动系统，确保用户只需用手机扫描岩溶模型，就能即时查看动态地质演化过程，操作响应迅速且运行稳定可靠。标准化教学资源包专门针对校园教学场景设计，包含12个聚焦核心知识点的微课单元。微课采用Camtasia工具制作高清视频，不再局限于基础知识点罗列，而是围绕岩溶地貌成因、石笋生长周期、溶洞侵蚀机制等重点内容，将三维模型与动态仿真动画深度结合，把抽象的地质作用过程转化为直观可见的动态画面。每个微课单元均配套专属PPT课件与PDF知识点手册：PPT课件提炼核心教学内容，补充地质科考案例、拓展阅读等延伸素材，适配课堂讲授与互动环节；PDF知识点手册则梳理知识框架、关键术语与易错点解析，方便学生课后自主复习巩固，形成“学—练—固”的教学闭环。三维交互课程创新采用“线上+线下”混合教学模式，明确设置知识、能力、情感三类递进式目标：知识目标聚焦岩溶地质核心概念、演化规律的深度理解；能力目标侧重AR应用实操技巧、地质现象观察与分析能力的培养；情感目标则落脚于激发学生对地球科学的探索兴趣与生态文明保护意识。评价体系打破单一测试模式，融合过程性评价与终结性评价：过程性评价通过记录学生微课学习时长、AR探究活动参与度、线上互动留言等数据，全面跟踪学习过程；终结性评价结合课堂提问、知识测试、地质现象分析报告等形式，综合检验学习成效，最终实现线上自主学习与线下实地探究的深度融合，为校园岩溶地质教学提供“资源—方法—评价”的完整解决方案。5AR岩溶地质科普资源数字实践研究的结论与展望本研究通过AR技术赋能岩溶地质科普资源数字化开发，经需求调研、技术选型、资源开发与实践，取得显著成果。构建了含跨学科转化方法的理论框架，建成涵盖5类岩溶地貌模型库、AR互动应用及12个教学资源包的体系，实现科普从静态到沉浸式、单向传播到互动参与的转型，总结出可复用的开发流程与规范。研究创新体现在技术融合、内容设计与应用模式三方面，打造了适配多场景、兼具科学性与趣味性的科普资源，提升了科普实效。同时存在建模类型不全、AR应用在复杂环境稳定性不足、验证范围有限等局限。未来将扩充数字化资源种类，引入AI优化AR交互并开发VR配套应用，拓展应用场景至手机APP与数字博物馆，推广成熟开发经验，为其他地质类科普数字化提供参考，助力地质科普领域数字化、智能化升级。参考文献［1］徐嫩羽,王海波.VR/AR技术在气象科普领域中的应用研究［J］.科技传播,2019,11(17):185-186.［2］贾清.增强现实技术在科技馆科普展示设计中的应用［J］.科技创新与应用,2023,13(07):115-118.［3］骆玲玲.科技馆科普展示设计中AR技术的运用研究［J］.科技资讯,2025,23(10):230-232.［4］唐路瑶,李寒莉,李攀.基于Unity3D虚拟引擎制作地震科普类APP［J］.科技创新与应用,2020(17):51-52.999Sep168