【摘 要】
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传统的中小学地理教学经常使用地球仪作为辅助教学工具,虽然地球仪能直观的展示相关地理区域,但是由于地球仪本身的限制而无法承载过多的信息,而增强现实（Augmented Reality,AR）技术能够将虚拟信息叠加到现实场景上进行实时交互,将AR技术与地理教学相结合可以使教学内容更加丰富、生动、有趣,能够激发学生的学习兴趣。目标检测算法具有较强的识别物体的能力,将目标检测算法与AR技术相结合,可以提高
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传统的中小学地理教学经常使用地球仪作为辅助教学工具,虽然地球仪能直观的展示相关地理区域,但是由于地球仪本身的限制而无法承载过多的信息,而增强现实（Augmented Reality,AR）技术能够将虚拟信息叠加到现实场景上进行实时交互,将AR技术与地理教学相结合可以使教学内容更加丰富、生动、有趣,能够激发学生的学习兴趣。目标检测算法具有较强的识别物体的能力,将目标检测算法与AR技术相结合,可以提高AR系统的识别能力,在一定程度上解决需要特定AR地球仪的限制。因此本文提出一种将AR应用于中小学地理教学的交互系统,用户通过佩戴AR眼镜,手持地球仪,将手指与地球仪进行交互,通过目标检测算法识别用户指向的地理区域,在识别出该区域后,将相关介绍信息展示在用户视野内。由于国家区域是普遍的教学内容,也是目标检测中较难的部分,所以本文将国家区域的教学交互作为研究目标。要完成手指与地球仪交互时对国家区域的识别任务,需要解决以下几个问题:1)地球仪上的国家区域在不同角度下的形态变化复杂、数据获取困难且人工标注费时;2)在与地球仪交互时会对地球仪国家区域进行遮挡,会在一定程度上影响识别的效果。为了解决上述问题,本文构建了一个自动标注系统和一个基于相对位置关系的缺失补全算法。本文的创新点和主要工作如下:（1）本文基于Unreal引擎开发了一个自动标注系统,构建了一个地球仪国家区域相关数据集DGAR。为了能够获取到地球仪不同角度下的国家区域的边界框数据,本文使用GIS数据绘制了多种平面世界地图,在虚拟场景中构建出具有不同纹理特征的地球仪球体模型,并使用模型实现了自动标注系统,获取了大量标注数据。同时,为了验证虚拟数据对目标检测算法的有效性,本文采集并标注了真实的地球仪国家区域数据进行测试。（2）针对被手指遮挡而检测失败的情况,本文将用于物体分类与分割的Point Net算法的网络结构与YOLOv5的特征提取模块和回归预测思想相结合,提出了一个基于相对位置关系的国家区域缺失补全算法PCC-Net。通过在真实地球仪数据上进行测试,该算法进一步提高了国家区域识别的准确率。（3）本文利用YOLOv5目标检测算法与提出的PCC-Net国家区域缺失补全算法配合Hololens AR眼镜的手势交互与手部跟踪系统实现了一个用于地球仪国家区域识别的应用。
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