一種4d教室的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種4D教室，包括：燈光控制系統(tǒng)，音響，頭戴式顯示器：戴于頭部，用于播放虛擬場景中的圖像；體感位置捕捉裝置；捕捉人的上肢動作，包括大臂、小臂與手的位置，實現(xiàn)手勢動作識別，從而對虛擬場景進行互動操作；移動控制器：捕捉人的腳步移動、方向、移動速度和移動距離，實現(xiàn)對虛擬場景中用戶的移動控制方式的控制；圓形信號燈：通過顯示不同的顏色來分辨當前正在與虛擬場景進行交互操作的用戶；本發(fā)明從教學創(chuàng)新的角度出發(fā)，引進穿戴式顯示技術、智能體感技術與三維仿真技術，從教學內容上著眼創(chuàng)新，使學員能夠在游樂中體驗教學內容，達到寓教于樂的效果，真正的做到了智慧化學習，幫助學校改進教學方式，提升教學品質。
【專利說明】—種4D教室

【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種教學用設備。

【背景技術】
[0002]在學校，課堂教學環(huán)節(jié)是學生接受系統(tǒng)教育最重要的一環(huán)，讓學生手腳并用參與到教學中來，充分調動各種感官去體驗感受要學習的內容，是一種全新的互動教學手段。這種全新的教學方式是掌握好教學環(huán)節(jié)的質量，提高教學水平的關鍵?，F(xiàn)行的教學過程中，傳統(tǒng)的簽到環(huán)節(jié)、疑問確認環(huán)節(jié)、提問互動環(huán)節(jié)、課堂小測試環(huán)節(jié)存在諸多問題。簽到過程中，使用紙張簽到，效率低且存在代簽現(xiàn)象，結果不便于教師統(tǒng)計；提問互動環(huán)節(jié)和課堂小測試的環(huán)節(jié)中，教師給出簡單選擇后，學生舉手或者口頭回答，不能獲得準確的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，教師只能根據(jù)大體情況來判斷是否進行教學，沒有準確的數(shù)據(jù)，更不能考慮后期的數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)統(tǒng)計工作。傳統(tǒng)的教學方式已經(jīng)不適應現(xiàn)代化教學的需要。
[0003]為了解決上述問題，在中央高校基本業(yè)務費專項資金資助，編號為XDJK2014C177的項目支持下， 申請人:提出了一種新的技術手段。


【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種4D教室。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，采用以下技術方案:一種4D教室，其特征在于:所述4D教室包括:
燈光控制系統(tǒng):采集安裝在教室內的光照傳感器數(shù)據(jù)，根據(jù)預設值，4D教室中央控制器控制教室內燈光的自動開啟與關閉，并調節(jié)燈光的亮度；
音響:用于播放聲音；
頭戴式顯示器:戴于頭部，用于播放虛擬場景中的圖像；
體感位置捕捉裝置；捕捉人的上肢動作，包括大臂、小臂與手的位置，實現(xiàn)手勢動作識另Ij，從而對虛擬場景進行互動操作；
移動控制器:捕捉人的腳步移動、方向、移動速度和移動距離，實現(xiàn)對虛擬場景中人物的移動控制方式的控制；
圓形信號燈:通過顯示不同的顏色來分辨當前正在與虛擬場景進行交互操作的用戶；圓形的信號燈包括圓形的底盤，底盤前表面設置有發(fā)光體，弧形的透明玻璃前蓋與底盤安裝在一起。
[0006]用戶戴上頭盔式顯示器后，4D教室中央控制器將虛擬場景投放至頭盔式顯示器中的顯示器上，用戶看到虛擬場景；在播放虛擬場景的同時，音響播放相應的音頻；用戶運動時，體感攝像機捕捉上肢動作，實現(xiàn)手勢識別，與虛擬場景進行互動；當用戶移動時，移動控制器實現(xiàn)對虛擬場景中人物移動方式的控制；當某個用戶與虛擬場景進行交互時，圓形信號燈亮起相應的顏色，用于標識用戶狀態(tài)。
[0007]所述4D教室還包括對圓形信號燈進行清潔的清潔裝置，所述清潔裝置包括兩個清潔棒，其中第一清潔棒的中心與第一電機的轉動軸相接，第二清潔棒的中心與第二電機的轉動軸相接，第一電機和第二電機的機座分別固定在第一旋轉臂末端和第二旋轉臂末端上，第一旋轉臂和第二旋轉臂的另一端固定在第一旋轉筒和第二旋轉筒上，第一旋轉筒和第二旋轉筒套在固定于圓形信號燈圓心處的中心筒上，信號燈的背面邊緣處具有凸出的凸緣，在第一旋轉臂和第二旋轉臂上還設置有第電機和第二二電機，第電機和第二二電機的轉動軸上分別安裝有兩個滾筒，兩個滾筒均與凸緣的內側邊壁壓緊；當?shù)谝灰浑姍C和第二二電機的轉動軸旋轉時，兩個滾筒也相應旋轉，進而帶動第一旋轉臂和第二旋轉臂旋轉，從而使得第一清潔棒和第二清潔棒圍繞圓形信號燈的外緣運動；
在第一清潔棒和第二清潔棒上纏繞有清潔布，其中清潔布的一端固定在第一清潔棒上，清潔布沿逆時針的方向纏繞在第一清潔棒上，清潔布的另一端固定在第二清潔棒上，同時在第二清潔棒上按照順時針方向纏繞信號燈半徑長度的清潔布；在第一清潔棒和第二清潔棒的頂端還分別固定有兩個位置傳感器。
[0008]本發(fā)明從教學創(chuàng)新的角度出發(fā)，引進穿戴式顯示技術、智能體感技術與三維仿真技術，從教學內容上著眼創(chuàng)新，使學員能夠在游樂中體驗教學內容，達到寓教于樂的效果，真正的做到了智慧化學習，智能化管理，實實在在的幫助學校改進教學方式，提升教學品質。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明的結構示意圖；
圖2為本實施例1中的清潔裝置設置在圓形信號燈上的正面結構示意圖；
圖3為本實施例1中的清潔裝置設置在圓形信號燈上的背面結構示意圖；
圖4為圖3中A-A的剖面圖；
圖5為當實施例1中清潔裝置的第二旋轉臂位于信號燈正上方，第一旋轉臂位于信號燈正下方時的結構示意圖；
圖6為圖5中C-C的剖面圖；
圖7為圖6中B的放大圖；
圖8為清潔棒的結構示意圖；
圖9為實施例2中清潔裝置當中的清潔布的截面圖；
圖10為圖9的俯視圖。
[0010]圖中，I為第一清潔棒，2為第二清潔棒，3為中心筒,3-1為第一旋轉筒，3-2為第二旋轉筒，4為第一旋轉臂,5為第二旋轉臂，6為第一滾筒,7為第二滾筒,8為位置傳感器，9為第一電機,10為玻璃殼體,11為凸緣，12為第電機,13為信號燈，14為清潔布。

【具體實施方式】
[0011]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0012]如圖1所示，一種4D教室，所述4D教室包括:
燈光控制系統(tǒng):采集安裝在教室內的光照傳感器數(shù)據(jù)，根據(jù)預設值，4D教室中央控制器控制教室內燈光的自動開啟與關閉，并調節(jié)燈光的亮度；
音響:用于播放聲音； 頭戴式顯示器:戴于頭部，用于播放虛擬場景中的圖像；
體感位置捕捉裝置；捕捉人的上肢動作，包括大臂、小臂與手的位置，實現(xiàn)手勢動作識另Ij，從而對虛擬場景進行互動操作；
移動控制器:捕捉人的腳步移動、方向、移動速度和移動距離，實現(xiàn)對虛擬場景中用戶的移動控制方式的控制；
圓形信號燈:通過顯示不同的顏色來分辨當前正在與虛擬場景進行交互操作的用戶；用戶戴上頭盔式顯示器后，4D教室中央控制器將虛擬場景投放至頭盔式顯示器中的顯示器上，用戶看到虛擬場景；在播放虛擬場景的同時，音響播放相應的音頻；用戶運動時，體感攝像機捕捉上肢動作，實現(xiàn)手勢識別，與虛擬場景進行互動；當用戶移動時，移動控制器實現(xiàn)對用戶移動方式的控制；當某個用戶與虛擬場景進行交互時，圓形信號燈亮起相應的顏色，用于標識用戶狀態(tài)。
頭戴式顯示器為現(xiàn)有的技術，采用110°全視野雙通道立體顯示方案。并通過三軸陀螺儀、三軸加速計和三軸磁羅盤的9自由度傳感器實現(xiàn)頭部動態(tài)的捕捉，實現(xiàn)對實時畫面相機近似人眼的控制方式。
[0013]頭戴式顯示器通過一組光學系統(tǒng)(主要是精密光學透鏡)放大超微顯示屏上的圖像，將影像投射于視網(wǎng)膜上，進而呈現(xiàn)于觀看者眼中大屏幕圖像，形象點說就是拿放大鏡看物體呈現(xiàn)出放大的虛擬物體圖像。目光追蹤功能大大增強顯示器的互動性，相比之前的被動呈像系統(tǒng)是一大突破。佩戴者只需“使眼色”，無需動手，就能發(fā)出指令。比如說，向右看表示翻頁，隨著目光下移計算機會自動下調文件。
[0014]移動控制器可以捕捉人的腳步移動、方向、移動速度、移動距離和軀干形態(tài)，實現(xiàn)對虛擬場景中用戶的移動控制方式的控制。
[0015]體感位置捕捉裝置可以通過攝像頭或者紅外傳感器捕捉人的上肢動作，包括大臂、小臂與手的位置，實現(xiàn)手勢動作識別，從而對虛擬場景進行互動操作。
[0016]在申請?zhí)枮?01110458610.2，申請日為2011年12月31日，名稱為“一種虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)”的申請文件中，具體介紹了如何實現(xiàn)將現(xiàn)實世界中的動作模擬為虛擬現(xiàn)實中的運動。
[0017]如圖2至圖8所示，信號燈清潔裝置，所述清潔裝置包括兩個清潔棒，其中第一清潔棒I的中心與第一電機9的轉動軸相接，第二清潔棒2的中心與第二電機的轉動軸相接，第一電機和第二電機的機座分別固定在第一旋轉臂4末端和第二旋轉臂5末端上,第一旋轉臂和第二旋轉臂的另一端固定在第一旋轉筒3-1和第二旋轉筒3-2上，第一旋轉筒和第二旋轉筒套在固定于圓形信號燈13圓心處的中心筒3上，信號燈的背面邊緣處具有凸出的凸緣11，在第一旋轉臂和第二旋轉臂上還分別設置有第電機12和第二二電機,第電機和第二二電機的轉動軸上分別安裝有第一滾筒6和第二滾筒7，兩個滾筒均與凸緣的內側邊壁壓緊；當?shù)谝灰浑姍C和第二二電機的轉動軸旋轉時，兩個滾筒也相應旋轉，進而帶動第一旋轉臂和第二旋轉臂旋轉，從而第一清潔棒和第二清潔棒圍繞圓形信號燈的外緣運動；
在第一清潔棒I和第二清潔棒2上纏繞有清潔布14，其中清潔布的一端固定在第一清潔棒上，清潔布沿逆時針的方向纏繞在第一清潔棒上，清潔布的另一端固定在第二清潔棒上，同時在第二清潔棒上按照順時針方向纏繞信號燈半徑長度的清潔布；在第一清潔棒和第二清潔棒的頂端還分別固定有兩個位置傳感器8 ； 第一清潔棒上纏繞清潔布的起始端，第二清潔棒上纏繞清潔布的終止端。初始狀態(tài)下，第一清潔棒和第二清潔棒緊靠在一起，第二清潔棒上纏繞有一個信號燈半徑長度的干凈清潔布。當需要對信號燈進行清潔時，第一一電機和第二二電機運行，使得兩個旋轉臂相對遠離運動，同時第一電機與第二電機運行，第一清潔棒逆時針旋轉和第二清潔棒順時針旋轉，連接在第一清潔棒和第二清潔棒上的清潔布伸長，隨著兩個旋轉臂的運動，清潔布位于信號燈的表面玻璃殼體10滑動，對燈的表面進行清潔，當兩個旋轉臂呈一條直線時，此時兩個位置傳感器感應到的距離最大，旋轉臂繼續(xù)旋轉，兩個位置傳感器感應到的距離開始減少，此時，第一清潔棒和第二清潔棒均改變旋轉方向，位于燈表面的清潔布縮短，這樣可以保證位于燈表面的清潔布處于緊繃狀態(tài)，以得到較好的清潔效果。清潔完畢后，兩個清潔棒又緊靠在一起，此時位置傳感器感應到的距離又為最小，兩個清潔棒均逆時針旋轉，將臟的清潔布卷到第二清潔布上，并且第二清潔棒上再多卷一個燈半徑長度的清潔布，等待下次清潔工作。
[0018]其中控制器控制所有電機的開閉以及正反轉，同時接收位置傳感器的信號，根據(jù)信號的情況按照上面的流程進行電機控制，控制器與電機以及位置傳感器之間的信號傳遞可以采用有線或者無線的方式。
[0019]實施例2:與實施例1不同的是，清潔布14的形狀不同，實施例1中的布條是普通的長方形布條，如圖9和圖10所示，實施例2中的清潔布的截面為圓弧形，清潔布由兩個以上的弧形布條連接而成，弧形布條的形狀與信號燈表面的弧形玻璃的形狀相匹配。這樣在擦拭的過程中可以更好的對信號燈進行擦拭，纏繞的時候就按照圖8所示直接纏繞在清潔棒上即可。另外，在向第一清潔棒和第二清潔棒上纏繞清潔布的時候，可以稍微將布條往清潔棒的下方來一些，這樣可以使得弧形的清潔布條與信號燈的弧面接觸的更加緊密，以得到更好的清潔效果。
[0020]實施例3:與實施例1不同的是，兩個滾筒的外緣具有齒輪，信號燈的背面邊緣處的凸緣的內側圍繞有與齒輪相嚙合的齒條。這樣當兩個滾筒旋轉時，可以更好的帶動旋轉臂的轉動，以防打滑的情況發(fā)生。
[0021]實施例4:與實施例2不同的是，兩個滾筒的外緣具有齒輪，信號燈的背面邊緣處的凸緣的內側圍繞有與齒輪相嚙合的齒條。這樣當兩個滾筒旋轉時，可以更好的帶動旋轉臂的轉動，以防打滑的情況發(fā)生。
【權利要求】
1.一種4D教室，其特征在于:所述4D教室包括: 燈光控制系統(tǒng):采集安裝在教室內的光照傳感器數(shù)據(jù)，根據(jù)預設值，4D教室中央控制器控制教室內燈光的自動開啟與關閉，并調節(jié)燈光的亮度； 音響:用于播放聲音； 頭戴式顯示器:戴于頭部，用于播放虛擬場景中的圖像； 體感位置捕捉裝置；捕捉人的上肢動作，包括大臂、小臂與手的位置，實現(xiàn)手勢動作識另Ij，從而對虛擬場景進行互動操作； 移動控制器:捕捉人的腳步移動、方向、移動速度和移動距離，實現(xiàn)對虛擬場景中人物的移動控制方式的控制； 圓形信號燈:通過顯示不同的顏色來分辨當前正在與虛擬場景進行交互操作的用戶；圓形的信號燈包括圓形的底盤，底盤前表面設置有發(fā)光體，弧形的透明玻璃前蓋與底盤安裝在一起； 用戶戴上頭盔式顯示器后，4D教室中央控制器將虛擬場景投放至頭盔式顯示器中的顯示器上，用戶看到虛擬場景；在播放虛擬場景的同時，音響播放相應的音頻；用戶運動時，體感攝像機捕捉上肢動作，實現(xiàn)手勢識別，與虛擬場景進行互動；當用戶移動時，移動控制器實現(xiàn)對虛擬場景中人物移動方式的控制；當某個用戶與虛擬場景進行交互時，圓形信號燈亮起相應的顏色，用于標識用戶狀態(tài)。
2.如權利要求1所述的4D教室，其特征在于:所述4D教室還包括對圓形信號燈進行清潔的清潔裝置，所述清潔裝置包括兩個清潔棒，其中第一清潔棒的中心與第一電機的轉動軸相接，第二清潔棒的中心與第二電機的轉動軸相接，第一電機和第二電機的機座分別固定在第一旋轉臂末端和第二旋轉臂末端上，第一旋轉臂和第二旋轉臂的另一端固定在第一旋轉筒和第二旋轉筒上，第一旋轉筒和第二旋轉筒套在固定于圓形信號燈圓心處的中心筒上，信號燈的背面邊緣處具有凸出的凸緣，在第一旋轉臂和第二旋轉臂上還設置有第一一電機和第二二電機，第 電機和第二二電機的轉動軸上分別安裝有兩個滾筒，兩個滾筒均與凸緣的內側邊壁壓緊；當?shù)谝灰浑姍C和第二二電機的轉動軸旋轉時，兩個滾筒也相應旋轉，進而帶動第一旋轉臂和第二旋轉臂旋轉，從而使得第一清潔棒和第二清潔棒圍繞圓形信號燈的外緣運動； 在第一清潔棒和第二清潔棒上纏繞有清潔布，其中清潔布的一端固定在第一清潔棒上，清潔布沿逆時針的方向纏繞在第一清潔棒上，清潔布的另一端固定在第二清潔棒上，同時在第二清潔棒上按照順時針方向纏繞信號燈半徑長度的清潔布；在第一清潔棒和第二清潔棒的頂端還分別固定有兩個位置傳感器。
【文檔編號】G09B5/06GK104200709SQ201410480342
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權日:2014年9月19日
【發(fā)明者】李玉州 申請人:西南大學