教學(xué)用虛擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明一種適用于主要通過3D全息成像技術(shù)和體感技術(shù)實(shí)現(xiàn)的虛擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，具體地說是一種幾乎可以完全取代現(xiàn)有學(xué)生實(shí)驗(yàn)臺(tái)的，讓學(xué)生親自體驗(yàn)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的操作過程，并根據(jù)學(xué)生的操作向?qū)W生展示不同實(shí)驗(yàn)結(jié)果的虛擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)。本發(fā)明通過3D立題成像、動(dòng)作識(shí)別、人臉識(shí)別、實(shí)驗(yàn)選擇、操作糾錯(cuò)、實(shí)驗(yàn)示范，六大功能，以解決在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中學(xué)生缺乏動(dòng)手能力，對(duì)各種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象缺乏深入理解，以及各種實(shí)驗(yàn)器材消耗大的問題。
【專利說明】教學(xué)用虛擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是涉及一種主要通過3D全息成像技術(shù)和體感技術(shù)實(shí)現(xiàn)的虛擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，具體地說是一種幾乎可以完全取代現(xiàn)有學(xué)生實(shí)驗(yàn)臺(tái)的，讓學(xué)生親自體驗(yàn)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的操作過程，并根據(jù)學(xué)生的操作向?qū)W生展示不同實(shí)驗(yàn)結(jié)果的虛擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)。

【背景技術(shù)】
[0002]中小學(xué)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教育方式通常為教師在講臺(tái)上進(jìn)行詳細(xì)講解并演示實(shí)驗(yàn)過程。雖然這種方式直觀形象，但還是存在著實(shí)驗(yàn)過程不可感和實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)力有限等缺陷。教師的表達(dá)能力和學(xué)生的理解能力受到制約。傳統(tǒng)的教學(xué)方式，學(xué)生無法深入體會(huì)實(shí)驗(yàn)的過程，導(dǎo)致理解片面，并且缺乏實(shí)際動(dòng)手能力的訓(xùn)練。
[0003]在東部部分發(fā)達(dá)城市的部分中學(xué)中設(shè)立了一些專門供教學(xué)使用的實(shí)驗(yàn)室，但是由于實(shí)驗(yàn)儀器昂貴，化學(xué)和生物實(shí)驗(yàn)材料消耗極大，導(dǎo)致只有很小部分實(shí)驗(yàn)課程可以讓學(xué)生實(shí)踐，而大多仍以傳統(tǒng)方式進(jìn)行。而且這些大量消耗的各種生化制品，在一定程度上加劇了我國(guó)的生態(tài)環(huán)境的惡化。而用于購買這些材料和儀器的資金，本可用于改善學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)和生活環(huán)境。
[0004]在iPhone問世之前，智能手機(jī)一直在沿襲鍵盤和鼠標(biāo)的信息輸入方式。鍵盤是必須有的，不能少于10個(gè)；鼠標(biāo)太大，對(duì)位置的指示采用觸摸的方式完成。
[0005]但多點(diǎn)觸摸打開了另外一扇窗戶，它讓所有人意識(shí)到其實(shí)鍵盤可以成為觸摸的一部分，而很多命令其實(shí)能通過多個(gè)手指在觸摸屏上劃動(dòng)方式的不同來完成，比如放大和縮小圖片。
[0006]而“虛擬試衣系統(tǒng)”已經(jīng)通過一系列人體骨骼和人體姿態(tài)識(shí)別系統(tǒng)，很好得解決了有關(guān)3D影像呈現(xiàn)以及3D影像和人體同步的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種用于中小學(xué)學(xué)校中物理、化學(xué)、生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的虛擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，使得在中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中能夠節(jié)省大量的實(shí)驗(yàn)材料、試驗(yàn)設(shè)備，從而在方便教學(xué)過程的過程中可以有效地節(jié)約自然資源和實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)費(fèi)。
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種教學(xué)用虛擬試驗(yàn)室，包括:
體感設(shè)備，用于實(shí)時(shí)獲取學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作信息；
體感設(shè)備控制器，從體感設(shè)備中獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將識(shí)別到的人物信息以骨骼的形式返回；
姿勢(shì)識(shí)別模塊，獲取從體感設(shè)備控制器返回的骨骼信息，根據(jù)姿勢(shì)識(shí)別算法，分析出用戶在體感設(shè)備前做出的各種靜態(tài)動(dòng)作；
手勢(shì)識(shí)別模塊，通過從體感設(shè)備控制器返回的連續(xù)數(shù)據(jù)，分析出用戶在體感設(shè)備前做出的動(dòng)態(tài)動(dòng)作； 骨骼綁定模塊，將實(shí)驗(yàn)設(shè)備上的關(guān)鍵點(diǎn)與用戶骨骼信息一一對(duì)應(yīng)，以獲得虛擬實(shí)驗(yàn)的效果;
3D全息成像模塊，將實(shí)驗(yàn)過程中將會(huì)用到的器材和實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過程用3D全息成像的方式在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上展示出來。
[0009](2)所述手勢(shì)識(shí)別模塊通過連續(xù)檢查最近20個(gè)緩存的手掌所在點(diǎn)的數(shù)據(jù)，如果發(fā)現(xiàn)匹配則觸發(fā)識(shí)別事件并清空所有緩存點(diǎn)數(shù)據(jù)。
[0010](3)所述手勢(shì)識(shí)別模塊對(duì)手勢(shì)的定義包括:手掌位置列表，手勢(shì)列表。
[0011](4)所述手勢(shì)識(shí)別模塊通過遍歷緩存點(diǎn)數(shù)據(jù)，并逐一檢測(cè)每個(gè)點(diǎn)的方向、位移、時(shí)間差是否符合要求，如果不符合則設(shè)置起始檢測(cè)位置為當(dāng)前不符合要求的點(diǎn)的位置；如果符合要求，則從起始檢測(cè)位置遍歷到當(dāng)前點(diǎn)位置，并逐一比較遍歷的兩點(diǎn)之間的長(zhǎng)度與時(shí)間差，如果有任意一組匹配成功，則表示手勢(shì)檢測(cè)成功，退出程序，否則繼續(xù)遍歷后續(xù)的緩存點(diǎn)數(shù)據(jù)。
[0012](5)所屬3D成像模塊包括:所有常見儀器、材料和實(shí)驗(yàn)過程中各種變化的模擬影像，能夠在實(shí)驗(yàn)臺(tái)運(yùn)行過程中把這些影像投射到實(shí)驗(yàn)臺(tái)上。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
在學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中使用該系統(tǒng)，不但可以節(jié)約實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)費(fèi)、節(jié)約各種實(shí)驗(yàn)資源，而且不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)教育效果，可以讓同學(xué)們切實(shí)的感受實(shí)驗(yàn)。采用姿勢(shì)識(shí)別和手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)，學(xué)生無需使用實(shí)驗(yàn)設(shè)備即可完成各種實(shí)驗(yàn)操作，增強(qiáng)設(shè)備的使用安全性和耐久性。系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)合理，符合用戶一般操作習(xí)慣，能適應(yīng)不同身高和體型的用戶。軟件有很強(qiáng)的擴(kuò)展性，方便商家、各實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)和各教育機(jī)構(gòu)進(jìn)行信息的擴(kuò)展和更新。產(chǎn)品體積適中，與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)大小類似，便于在現(xiàn)有的教學(xué)樓中安裝和使用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是表示教學(xué)用虛擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)圖2是實(shí)驗(yàn)臺(tái)的基本工作原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
本實(shí)施例的虛擬試衣系統(tǒng)由一系列體感攝像頭、一套3D成像設(shè)備和一套軟件系統(tǒng)組成。
[0016]如圖1所示，虛擬試衣系統(tǒng)由以下部分構(gòu)成:體感設(shè)備，體感設(shè)備控制器；負(fù)責(zé)處理用戶動(dòng)作識(shí)別的姿勢(shì)識(shí)別檢測(cè)和手勢(shì)識(shí)別檢測(cè)模塊；負(fù)責(zé)提供數(shù)據(jù)合成的深度匹配和骨骼綁定模塊；為用戶提供操作指示和反饋的用戶界面邏輯模塊；負(fù)責(zé)向外部顯示器輸出信號(hào)的3D全息成像模塊。
[0017]本發(fā)明主要有一下功能:
3D立體成像:3D成像技術(shù)使得實(shí)驗(yàn)器材十分具象可感。
[0018]人臉識(shí)別:根據(jù)學(xué)生輸入的學(xué)號(hào)，連接到學(xué)生資料庫中，調(diào)取該學(xué)生的照片對(duì)比，以確定使用該系統(tǒng)的人員。
[0019]動(dòng)作識(shí)別:通過學(xué)生的動(dòng)作來控制3D模型的變化。
[0020]實(shí)驗(yàn)選擇:可以呈現(xiàn)不同的實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)動(dòng)作、實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以適應(yīng)各種常見的實(shí)驗(yàn)。
[0021]實(shí)驗(yàn)示范:可以向?qū)W生呈現(xiàn)正確的實(shí)驗(yàn)過程。
[0022]操作糾錯(cuò):把學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作與標(biāo)準(zhǔn)操作對(duì)比，從而指出學(xué)生的錯(cuò)誤并幫之糾正。
[0023]本發(fā)明中涉及的未說明部份與現(xiàn)有技術(shù)相同或采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
【權(quán)利要求】
1.一種教學(xué)用虛擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，包括體感設(shè)備控制器，從體感設(shè)備中獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將識(shí)別到的人物信息以骨骼的形式返回；姿勢(shì)識(shí)別模塊，獲取從體感設(shè)備控制器返回的骨骼信息，根據(jù)姿勢(shì)識(shí)別算法，分析出用戶在體感設(shè)備前做出的各種靜態(tài)動(dòng)作；手勢(shì)識(shí)別模塊，通過從體感設(shè)備控制器返回的連續(xù)數(shù)據(jù)，分析出用戶在體感設(shè)備前做出的動(dòng)態(tài)動(dòng)作；骨骼綁定模塊，將虛擬衣物上的關(guān)鍵點(diǎn)與用戶骨骼信息一一對(duì)應(yīng)，以獲得虛擬試衣的效果；深度匹配模塊，控制虛擬衣物與體感設(shè)備彩色數(shù)據(jù)的壓蓋關(guān)系，以獲得真實(shí)的視覺表現(xiàn)；邏輯模塊，為用戶提供操作指示和反饋用戶界面；渲染模塊，負(fù)責(zé)向外部顯示器輸出信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的教學(xué)用虛擬實(shí)驗(yàn)臺(tái):所述手勢(shì)識(shí)別模塊通過連續(xù)檢查最近20個(gè)緩存的手掌所在點(diǎn)的數(shù)據(jù)，如果發(fā)現(xiàn)匹配則觸發(fā)識(shí)別事件并清空所有緩存點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的教學(xué)用虛擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征在于:所述手勢(shì)識(shí)別模塊對(duì)手勢(shì)的定義包括:手掌位置列表，手勢(shì)列表。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的虛擬試衣系統(tǒng)，其特征在于:所述骨骼綁定模塊對(duì)虛擬器材的定義包括:3D實(shí)驗(yàn)器材模型，體感骨骼名稱-模型骨骼名稱映射表。
【文檔編號(hào)】G09B9/00GK104517489SQ201310452165
【公開日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2013年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月28日
【發(fā)明者】婁保東 申請(qǐng)人:南京專創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)服務(wù)有限公司