教學用虛擬實驗臺的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明一種適用于主要通過3D全息成像技術和體感技術實現(xiàn)的虛擬實驗臺，具體地說是一種幾乎可以完全取代現(xiàn)有學生實驗臺的，讓學生親自體驗驗證性實驗的操作過程，并根據(jù)學生的操作向學生展示不同實驗結果的虛擬實驗臺。本發(fā)明通過3D立題成像、動作識別、人臉識別、實驗選擇、操作糾錯、實驗示范，六大功能，以解決在傳統(tǒng)實驗教學過程中學生缺乏動手能力，對各種實驗現(xiàn)象缺乏深入理解，以及各種實驗器材消耗大的問題。
【專利說明】教學用虛擬實驗臺

【技術領域】
[0001]本發(fā)明是涉及一種主要通過3D全息成像技術和體感技術實現(xiàn)的虛擬實驗臺，具體地說是一種幾乎可以完全取代現(xiàn)有學生實驗臺的，讓學生親自體驗驗證性實驗的操作過程，并根據(jù)學生的操作向學生展示不同實驗結果的虛擬實驗臺。

【背景技術】
[0002]中小學傳統(tǒng)的實驗教育方式通常為教師在講臺上進行詳細講解并演示實驗過程。雖然這種方式直觀形象，但還是存在著實驗過程不可感和實驗表現(xiàn)力有限等缺陷。教師的表達能力和學生的理解能力受到制約。傳統(tǒng)的教學方式，學生無法深入體會實驗的過程，導致理解片面，并且缺乏實際動手能力的訓練。
[0003]在東部部分發(fā)達城市的部分中學中設立了一些專門供教學使用的實驗室，但是由于實驗儀器昂貴，化學和生物實驗材料消耗極大，導致只有很小部分實驗課程可以讓學生實踐，而大多仍以傳統(tǒng)方式進行。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，本可用于改善學生平時的學習和生活環(huán)境。
[0004]在iPhone問世之前，智能手機一直在沿襲鍵盤和鼠標的信息輸入方式。鍵盤是必須有的，不能少于10個；鼠標太大，對位置的指示采用觸摸的方式完成。
[0005]但多點觸摸打開了另外一扇窗戶，它讓所有人意識到其實鍵盤可以成為觸摸的一部分，而很多命令其實能通過多個手指在觸摸屏上劃動方式的不同來完成，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)識別系統(tǒng)，很好得解決了有關3D影像呈現(xiàn)以及3D影像和人體同步的問題。


【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的是克服了現(xiàn)有技術中的不足，提供了一種用于中小學學校中物理、化學、生物實驗教學的虛擬實驗臺，使得在中小學實驗教學過程中能夠節(jié)省大量的實驗材料、試驗設備，從而在方便教學過程的過程中可以有效地節(jié)約自然資源和實驗教學經(jīng)費。
[0008]為了解決上述技術問題，本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn):
一種教學用虛擬試驗室，包括:
體感設備，用于實時獲取學生的實驗操作信息；
體感設備控制器，從體感設備中獲取實時數(shù)據(jù)，對該數(shù)據(jù)進行處理，并將識別到的人物信息以骨骼的形式返回；
姿勢識別模塊，獲取從體感設備控制器返回的骨骼信息，根據(jù)姿勢識別算法，分析出用戶在體感設備前做出的各種靜態(tài)動作；
手勢識別模塊，通過從體感設備控制器返回的連續(xù)數(shù)據(jù)，分析出用戶在體感設備前做出的動態(tài)動作； 骨骼綁定模塊，將實驗設備上的關鍵點與用戶骨骼信息一一對應，以獲得虛擬實驗的效果;
3D全息成像模塊，將實驗過程中將會用到的器材和實驗的整個過程用3D全息成像的方式在實驗臺上展示出來。
[0009](2)所述手勢識別模塊通過連續(xù)檢查最近20個緩存的手掌所在點的數(shù)據(jù)，如果發(fā)現(xiàn)匹配則觸發(fā)識別事件并清空所有緩存點數(shù)據(jù)。
[0010](3)所述手勢識別模塊對手勢的定義包括:手掌位置列表，手勢列表。
[0011](4)所述手勢識別模塊通過遍歷緩存點數(shù)據(jù)，并逐一檢測每個點的方向、位移、時間差是否符合要求，如果不符合則設置起始檢測位置為當前不符合要求的點的位置；如果符合要求，則從起始檢測位置遍歷到當前點位置，并逐一比較遍歷的兩點之間的長度與時間差，如果有任意一組匹配成功，則表示手勢檢測成功，退出程序，否則繼續(xù)遍歷后續(xù)的緩存點數(shù)據(jù)。
[0012](5)所屬3D成像模塊包括:所有常見儀器、材料和實驗過程中各種變化的模擬影像，能夠在實驗臺運行過程中把這些影像投射到實驗臺上。
[0013]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:
在學校實驗教學過程中使用該系統(tǒng)，不但可以節(jié)約實驗教學經(jīng)費、節(jié)約各種實驗資源，而且不會影響實驗教育效果，可以讓同學們切實的感受實驗。采用姿勢識別和手勢識別系統(tǒng)，學生無需使用實驗設備即可完成各種實驗操作，增強設備的使用安全性和耐久性。系統(tǒng)界面設計合理，符合用戶一般操作習慣，能適應不同身高和體型的用戶。軟件有很強的擴展性，方便商家、各實驗機構和各教育機構進行信息的擴展和更新。產(chǎn)品體積適中，與傳統(tǒng)實驗臺大小類似，便于在現(xiàn)有的教學樓中安裝和使用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是表示教學用虛擬實驗臺的結構圖2是實驗臺的基本工作原理圖。

【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細描述:
本實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)由以下部分構成:體感設備，體感設備控制器；負責處理用戶動作識別的姿勢識別檢測和手勢識別檢測模塊；負責提供數(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；負責向外部顯示器輸出信號的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成像技術使得實驗器材十分具象可感。
[0018]人臉識別:根據(jù)學生輸入的學號，連接到學生資料庫中，調取該學生的照片對比，以確定使用該系統(tǒng)的人員。
[0019]動作識別:通過學生的動作來控制3D模型的變化。
[0020]實驗選擇:可以呈現(xiàn)不同的實驗器材、實驗動作、實驗結果，以適應各種常見的實驗。
[0021]實驗示范:可以向學生呈現(xiàn)正確的實驗過程。
[0022]操作糾錯:把學生的實驗操作與標準操作對比，從而指出學生的錯誤并幫之糾正。
[0023]本發(fā)明中涉及的未說明部份與現(xiàn)有技術相同或采用現(xiàn)有技術加以實現(xiàn)。
【權利要求】
1.一種教學用虛擬實驗臺，包括體感設備控制器，從體感設備中獲取實時數(shù)據(jù)，對該數(shù)據(jù)進行處理，并將識別到的人物信息以骨骼的形式返回；姿勢識別模塊，獲取從體感設備控制器返回的骨骼信息，根據(jù)姿勢識別算法，分析出用戶在體感設備前做出的各種靜態(tài)動作；手勢識別模塊，通過從體感設備控制器返回的連續(xù)數(shù)據(jù)，分析出用戶在體感設備前做出的動態(tài)動作；骨骼綁定模塊，將虛擬衣物上的關鍵點與用戶骨骼信息一一對應，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備彩色數(shù)據(jù)的壓蓋關系，以獲得真實的視覺表現(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，負責向外部顯示器輸出信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的教學用虛擬實驗臺:所述手勢識別模塊通過連續(xù)檢查最近20個緩存的手掌所在點的數(shù)據(jù)，如果發(fā)現(xiàn)匹配則觸發(fā)識別事件并清空所有緩存點。
3.根據(jù)權利要求2所述的教學用虛擬實驗臺，其特征在于:所述手勢識別模塊對手勢的定義包括:手掌位置列表，手勢列表。
4.根據(jù)權利要求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虛擬器材的定義包括:3D實驗器材模型，體感骨骼名稱-模型骨骼名稱映射表。
【文檔編號】G09B9/00GK104517489SQ201310452165
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年9月28日 優(yōu)先權日:2013年9月28日
【發(fā)明者】婁保東 申請人:南京專創(chuàng)知識產(chǎn)權服務有限公司