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项目负责人：孙松
项目成员：曹旭 顾斐
指导教师：周荣庭
摘要： 科普信息化是推动我国科普工作转型升级、促进科普产业创新突破以及实现科普形式丰富繁荣的探索重心和发展路径。我国公众高度关注转基因技术的应用，如何看待转基因技术成为其健康发展的重要影响因素。项目将增强现实（AR）技术应用于基因相关科学知识的科普实践中，在相关理论与案例研究的基础上开展科普玩具的设计与研发，完成了包括软件与硬件在内的一整套设计方案，并开发出了相应样品一套，意在探索“互联网+科普”的新媒介形式，以期对本领域理论研究与实践应用提供借鉴意义。
有关生命科学的科普在我国有着优良的传统，尤其是在“21世纪是生物世纪”的影响下，生物科普活动得到了蓬勃的发展。中国是世界上最大的玩具生产国和出口国之一，中国玩具行业自改革开放以来，一直以较快的速度发展。科普玩具主要集中于“益智玩具” “电子电动玩具” “模型玩具”几大类。
目前市场上用于教育的AR产品较多，但是针对生命科学领域的科普玩具并不多见。利用新兴技术将生物知识具象化、通过玩具载体传播科技信息将是未来知识社会玩具产品的重要发展方向。从根本上讲，AR技术创造了更直观的计算机互动方式，为我们提供了更大的视野。从科学普及的角度讲，人们讲述科技知识的方式正在向这一新媒介形式演化，促进了相关游戏设计、玩具设计、作品出版等行业的革命性发展。
项目首先进行相关理论与案例研究，其中包括科学普及与玩具载体互动关系梳理以及AR技术应用于科学普及教育的发展情况与案例研究。在进行相关理论与案例研究的基础上进一步开展产品的设计与研发。通过深化调研进行相应的方案设计，根据方案进行制作并不断测试优化，从而完成基因相关知识点的总结归纳、内容与脚本设计、3D模型展现、动画效果实现、音频录制与集成、玩具实体设计与实现、AR内容的识别与跟踪以及移动终端APP的构建与开发等内容。
尼尔·波兹曼认为每一种媒介都具有其独特属性，其形态与传播特性决定了所搭载的传播内容并形成独特的媒介文化特征。科学普及本身具有一定的严肃性和教育性，如何与娱乐玩具这种媒介有效融合，实现寓教于乐，两者的互动关系有待深入探讨。一方面，青少年群体是科普的重点传播人群之一，而科普玩具的主要使用者又恰恰是青少年。在目标人群方面，科学普及和玩具具有一致性。另一方面，知识学习是严肃的过程，需要持续的精力付出与努力，而玩具的使用则更多的是休闲活动，科学知识与娱乐内容如何合理匹配具有一定难度。
通过阅读文献和查阅资料，梳理AR技术的已有设计样式，探讨目前几种主流的设计方案，研究其策划流程、娱乐功能与知识体系设计。重点对有关产品进行案例研究，重点考察玩具设计者如何将科学内容植入玩具之中，使玩家在娱乐过程中获取科学知识。
本项目的名称为“基因的奥秘”，在进行玩具设计时首先应明确所要展现的相关知识点以及整个知识体系的结构关系，对知识点进行系统学习、总结，进而合理展现，充分保证科普内容的科学性。
根据需要展现的基因相关的知识点，设计内容及动画脚本，为后期的具体工作奠定基础。设计版块分为：脱氧核糖核苷酸（分子结构）、脱氧多核苷酸链（单链结构）与DNA双螺旋结构及其半保留复制、遗传信息的转录、遗传信息的翻译。
在基因相关三维结构模型的制作中，首先采用ChemDraw软件画出相应分子结构的球棍模型，得到直观球棍模型后与专业的三维动画制作人员沟通，采用三维制作软件3D Studio Max对相关分子结构与动画予以展现，最终呈现出较高质量的3D模型。
此部分运用3D Studio Max建模优化渲染并制作动画，对分子结构进行动画演绎，展现生物遗传过程中大分子工作的场景，增强产品的互动性与趣味性。
在动画展现的过程中需要相应的配乐与互动解说，对画面中的分子结构及工作场景进行科学解读。根据每个模型与动画的演示情境试验评估合理的解说时长，让语音时间尽量缩短，使产品在使用时不会引起明显的不愉悦感。
对玩具实体的样式进行设计并做出样品。实体样式设计成为正方体盒子，搭载的终端软件可以扫描盒子的6个面，皆可出现相应的AR内容。
项目采用中国科大先研院新媒体研究院设计的基于Unity3D软件平台的AR编辑器，可以较方便地实现AR技术的识别与实物跟踪动画。本部分将之前制作的三维模型、动画、音频与AR识别图形进行集成编辑，将各个AR交互事件在编辑器中进行制作，实现增强现实效果的识别与绑定。
产品DEMO将基于上述玩具配套的手机APP，进行自身模块的打包封装，实现玩家实际使用中的人机交互。APP的构建涉及整个软件的逻辑架构，包括不同页面的逻辑设计、用户使用的UI设计与多媒体资源及AR交互事件的集成与打包发布。
本方案包括玩具实体设计、内容与互动脚本设计以及移动端APP设计。
玩具实体样态为正方体盒子，使用时可以APP扫描盒子表面图案。为增强互动性，初始状态设计为打印出的白卡纸，使用时需先裁剪并折叠粘贴为立方体，再行使用。项目根据所展现内容，设计两种盒子，为AR系统交互识别考虑，每种盒子设计两款，共4个盒子。
（1）所需表现知识点。以基因为主题，分别展示四大模块的知识内容：基因所在的DNA的一级结构、DNA的二级结构、DNA的半保留复制以及基因的表达（见图1）。
图1 知识点结构
（2）盒子实体展示内容。根据所需展现的知识点，将表现的内容分布在正方体的不同面上。盒子共分为2种，每面对应的内容如表1和表2所示。
表1 1号盒子展示内容
表2 2号盒子展示内容
（3）交互事件与相应动画脚本如表3所示。
表3 交互事件与相应动画脚本
续表
（4）交互事件对应语音内容设计如表4所示。
表4 交互事件对应语音内容
续表
（1）APP名称：基因的奥秘。
（2）加载页面与主页面。点击图标，进入加载页面，再进入主页面；主页面有三个按钮：关于、使用说明、探索。
（3）操作页面：点击“关于”，进入页面纯文字内容，有返回键；点击“使用说明”，进入页面纯文字内容，有返回键；点击“探索”，进入页面为AR内容页面，有返回键、刷新键、拍照键。
关于项目的背景说明：本软件基于中国科协2017年度研究生科普能力提升项目研究开发，由中国科学技术协会科学技术普及部提供支持。项目编号为kxyjskpxm2017014。
APP的使用说明：点击主界面“探索”按钮，系统将打开终端摄像装置。扫描软件配套的玩具方盒，将进入AR技术营造的科学世界！
APP文件为apk格式的安装文件。
盒子分为两种，分别有两款。
互联网的普及与科学技术的发展极大地改变了公众生活、学习与娱乐的方式。新的技术手段不断催生新的媒介形式，也改变着人们获取科技信息的手段与习惯。项目将新兴的AR技术运用于生命科学领域的知识普及，目前市场上类似的产品较少。
项目用“立方体盒子”作为媒介载体，解决了普通AR卡片无法在上下方向360度旋转观看的问题，使玩具可以在手中随意把玩。另外，不同盒子之间配对扫描实现相应互动事件，增强玩具的互动性与趣味性。
科普信息化是推动我国科普工作转型升级，促进科普产业创新突破以及实现科普形式丰富繁荣的探索重心和发展路径。如何更好地实现科普与信息技术的融合一直是近年来业界与学界关注的议题。从新媒介技术的演化特征来看，增强现实是未来越来越兴盛的沉浸式新媒体，虚拟与现实结合的活动场景的临场感强，是科普信息化条件下科普新媒体发展的重要方向。本项目在AR技术基础上进行科普玩具的设计开发，意在探索“互联网+科普”的新媒介形式，以期对本领域理论研究与实践应用有借鉴意义。
生命科学与人类发展息息相关，是系统地阐述与自然生命特性有关的重大课题的科学。20世纪50年代，遗传物质DNA双螺旋结构的发现，开创了从分子水平研究生命活动的新纪元，为基因工程的诞生、研究生命现象的本质和活动规律奠定了理论基础。目前，生命科学已经发展成为21世纪最活跃的学科之一，公众对于生命科学领域的认知还较浅，通过新媒介手段进行生命科学知识的普及，特别是对遗传信息载体基因的科普，有助于提高公众对于生命科学的感性认知与探索兴趣。
转基因技术和产业化发展迅速，但在其发展过程中一直伴随着巨大的争议。我国公众高度关注转基因技术的应用，公众如何看待转基因技术及其产品，成为其健康发展的重要因素。通过相关科学知识的普及，较为客观的展示与介绍，可以促使公众以更加科学理性的态度对待转基因技术，明确其利弊，弘扬科学精神。