專利名稱：便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備及其動態(tài)幾何作圖方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種學(xué)習(xí)設(shè)備及其作圖方法，尤其涉及一種便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備及其動態(tài)幾何 作圖方法。
背景技術(shù)：
隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和全球經(jīng)濟(jì)一體化快速進(jìn)程，中國基礎(chǔ)教育改革正轟轟烈烈 的進(jìn)行著，IT技術(shù)也廣泛應(yīng)用到學(xué)校的課堂教學(xué)中。課堂教學(xué)形式也隨著古老的粉筆黑板 象計(jì)算機(jī)多媒體時(shí)代迅猛過渡。信息技術(shù)工具應(yīng)用到平時(shí)的課堂教學(xué)中成為可能。國內(nèi)學(xué) 校信息化建設(shè)的現(xiàn)狀是重硬件，輕軟件，形象工程多。我們可以發(fā)現(xiàn)普通的電腦平臺并不 能很好的應(yīng)用到平時(shí)的老師的課堂教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)過程中，電腦多數(shù)時(shí)候成為一個(gè)演示的 工具，缺少學(xué)生的參與體驗(yàn)，還是傳統(tǒng)的填鴨式，老師獨(dú)角戲的教學(xué)模式，學(xué)生的主觀能 動性無法得到體現(xiàn)。電腦有很多本身的優(yōu)勢卻也存在著許多現(xiàn)實(shí)的不足，如移動不太方便, 需要專人管理維護(hù)，課堂的可控性差，缺少很專業(yè)的學(xué)科軟件資源，大多數(shù)學(xué)校都是為學(xué) 電腦而學(xué)電腦。很多情況下電腦不但沒有服務(wù)于教學(xué)，反而成為教學(xué)的負(fù)擔(dān)。
全球首先將手持掌上設(shè)備-TI圖形計(jì)算器應(yīng)用于數(shù)學(xué)課堂教學(xué)的是美國德州儀器公 司，所釆用的硬件基本組成教師用圖形計(jì)算器，學(xué)生用圖形計(jì)算器，教師演示用液晶板 U-VIEWSCREEN (或者連接投影用的視頻轉(zhuǎn)換器TI-PRESENTER )所釆用的軟件涉及CAS符 號代數(shù)系統(tǒng)，函數(shù)作圖，線性代數(shù)，金融數(shù)學(xué)，卡氏幾何，幾何畫板等內(nèi)容。CAS符號代 數(shù)系統(tǒng)的功能是進(jìn)行數(shù)值計(jì)算或者符號運(yùn)算，如因式分解，解方程(組)，不等式(組)， 代數(shù)式化簡，求值，數(shù)列數(shù)組求和等，也可以進(jìn)行關(guān)系運(yùn)算，邏輯運(yùn)算等。借此幫助學(xué)生 在學(xué)習(xí)代數(shù)的過程中進(jìn)行一些代數(shù)問題的探究，可以驗(yàn)證自己的結(jié)論的正確性?？梢宰寣W(xué) 生從繁瑣復(fù)雜的計(jì)算中解脫出來，更專注于問題的思考和研究。函數(shù)作圖可以方便快捷的 作出基本初等函數(shù)和非初等顯函數(shù)的圖像，研究圖像的單調(diào)性、奇偶性、對稱性等相關(guān)性 質(zhì)，計(jì)算函數(shù)的最(極)值，導(dǎo)數(shù)等。還可以進(jìn)行函數(shù)擬合，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)類的研究。線性代 數(shù)解決多維線性方程的計(jì)算問題。成為高中和大學(xué)低年級學(xué)生的計(jì)算工具。金融數(shù)學(xué) 更系統(tǒng)的研究相關(guān)金融數(shù)學(xué)中的專業(yè)問題如現(xiàn)金流量，定額、價(jià)格和利潤的盈虧平衡； 可以對債券價(jià)格和收益進(jìn)行評估；兩個(gè)數(shù)值之間的差異百分比；三角函數(shù)和對數(shù)函數(shù)； 利潤計(jì)算可進(jìn)行成本、銷售和利潤額的計(jì)算；卡氏幾何、幾何畫板被稱為二十一世紀(jì)的動態(tài)幾何。通過此程序可以象在紙上用圓規(guī)和直尺很方便畫出自己所需要的幾何圖形， 并且可以對圖形進(jìn)行動態(tài)變換，設(shè)置動畫，拖拽等，可以進(jìn)行圖形的旋轉(zhuǎn)，平移，縮放， 翻折，對稱，迭代等，并且可以研究圖形對象的相關(guān)數(shù)量關(guān)系。是把數(shù)形結(jié)合數(shù)學(xué)思想完 美體現(xiàn)的好工具。大大提高了學(xué)生看圖和理解幾何圖形的難題，幫助學(xué)生在一個(gè)體驗(yàn)觀察, 思考，猜想，驗(yàn)證的氛圍中去學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)，更符合人從形象直觀到抽象認(rèn)識事物的一般規(guī)律。
通過上述方案老師一邊講解一邊演示，學(xué)生可以同步操作，能起到很好的教學(xué)效果， 但是這種方案起碼需要個(gè)人計(jì)算機(jī)甚至大型機(jī)上，并且主要針對數(shù)學(xué)研究而開發(fā)，其應(yīng)用 范圍窄、不利于攜帶，因此無法為個(gè)人的學(xué)習(xí)提供一個(gè)便利的平臺。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何將圖形計(jì)算系統(tǒng)整合到個(gè)人手持式設(shè)備上，在較低的 硬件資源上實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的圖形處理和計(jì)算并直觀顯示的功能。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備，包括微處理器、由所述微 處理器控制的并交換數(shù)據(jù)的顯示屏、鍵盤、存儲器，以及電源模塊；所述微處理器包括 存儲有圖素信息的圖像存儲單元、用于接收所述鍵盤輸入命令的命令輸入接口、根據(jù)所述 命令輸入接口輸入的指令對所述圖像存儲單元存儲的圖素信息進(jìn)行處理的圖形處理單元， 以及用于輸出圖形處理單元顯示信號到所述顯示屏的顯示輸出接口；所述圖素信息用于描 述圖像，包括圖素的類屬性信息、圖素的顯示或隱藏、圖素的線寬、圖素的顏色和圖素 軌跡的顯示；所述圖形處理單元包括用于對圖素信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理的圖形操作模塊、用 于把運(yùn)動的圖像的軌跡形成動畫的圖形動畫模塊、用于根據(jù)圖素信息繪制圖形繪制模塊， 以及用于對圖像的各種參數(shù)進(jìn)行測量處理的圖形測量模塊。
其中，所述鍵盤用于輸入用戶的命令，可以釆用常規(guī)的按鍵鍵盤，也可以采用點(diǎn)觸式 輸入單元。
通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明所提供的便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備能夠?qū)D形計(jì)算系統(tǒng)整合到個(gè)人 手持式設(shè)備上，在較低的硬件資源上實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的圖形處理和計(jì)算并直觀顯示的功能。
為了加強(qiáng)對函數(shù)曲線的繪制，本發(fā)明的一種更具體的實(shí)施方式為，所述圖形處理單元 包括用于計(jì)算函數(shù)具體表達(dá)式及計(jì)算其在屏幕上對應(yīng)的點(diǎn)的坐標(biāo)值的函數(shù)計(jì)算模塊，所 述函數(shù)計(jì)算模塊與所述圖形繪制模塊連接。
為了實(shí)現(xiàn)外接顯示設(shè)備的功能，所述的便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備還包括VGA輸入輸出模塊， 所述VGA輸入輸出模塊與顯示輸出接口連接，用于向外接視頻設(shè)備輸出視頻信號。所述VGA 輸入輸出模塊包括依次連接的VGA輸入模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊和VGA輸出模塊。本發(fā)明所公開的便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備還具有以下技術(shù)特征
所述圖素的類屬性信息擇一為點(diǎn)類、線類、圓類、角類、二次曲線類、多邊形類、向 量類、復(fù)數(shù)類或者函數(shù)類。其中，所述點(diǎn)類用于擇一表示自由點(diǎn)、半自由點(diǎn)或者約東點(diǎn)； 所述自由點(diǎn)能夠在屏幕上不受約東的自由移動，所述半自由點(diǎn)能夠在其他圖素信息的約東 條件下在屏幕上移動，所述約東點(diǎn)受其他圖素信息的約東不能單獨(dú)在屏幕上移動。所述線 類擇一為單線類、關(guān)系線類或者切線類；所述單線類表示線段、直線、射線或者向量，所 述關(guān)系線類表示平行線、垂線或者垂線段，所述切線類表示曲線和函數(shù)的切線或者圓與圓 的共切線。所述圓類用于擇一表示圓、弧或者扇形。所述二次曲線類用于擇一表示五點(diǎn)二 次曲線、橢圓、拋物線、雙曲線或者方程式二次曲線。所述函數(shù)類用于繪制函數(shù)圖形或者 擬合函數(shù)圖形；所述擬合函數(shù)圖形采用插值算法。所述多邊形類擇一表示三角形、四邊形 或者任意多邊形。
為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)具體的功能，所述圖形搡作模塊對圖素信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理包括對圖 素信息的類屬性信息進(jìn)行處理、對圖素信息的作圖環(huán)境進(jìn)行設(shè)置，以及對圖素信息進(jìn)行點(diǎn) 對稱，線對稱，繞一點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，繞一點(diǎn)縮放與平移處理。
所述圖形動畫模塊把運(yùn)動的圖像的軌跡形成動畫包括對點(diǎn)在線上運(yùn)動的處理、對點(diǎn) 在圓、弧和扇形上運(yùn)動的處理、對點(diǎn)在二次曲線或者函數(shù)圖像上運(yùn)動的處理。
本發(fā)明還提供一種便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備的動態(tài)幾何作圖方法，所述圖形操作模塊對圖素信 息進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理包括對圖素信息的類屬性信息進(jìn)行處理、對圖素信息的作圖環(huán)境進(jìn)行設(shè) 置，以及對圖素信息進(jìn)行點(diǎn)對稱，線對稱，繞一點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，繞一點(diǎn)縮放與平移處理。
所述圖形動畫模塊把運(yùn)動的圖像的軌跡形成動畫包括對點(diǎn)在線上運(yùn)動的處理、對點(diǎn) 在圓、弧和扇形上運(yùn)動的處理、對點(diǎn)在二次曲線或者函數(shù)圖像上運(yùn)動的處理。
所述圖素信息包括圖素的類屬性信息、圖素的顯示或隱藏、圖素的線寬、圖素的顏 色和圖素軌跡的顯示；
所述圖素信息還可以包括圖素的移動或不可移動；圖素的選中或沒有選中；構(gòu)成圖 素的線的風(fēng)格；填充的顏色；填充的風(fēng)格。
所述圖素的類屬性信息擇一為點(diǎn)類、線類、圓類、角類、二次曲線類、多邊形類、向 量類、復(fù)數(shù)類或者函數(shù)類。
所述點(diǎn)類用于擇一表示自由點(diǎn)、半自由點(diǎn)或者約東點(diǎn)；
所述自由點(diǎn)能夠在屏幕上不受約東的自由移動，所述半自由點(diǎn)能夠在其他圖素信息的約束條件下在屏幕上移動，所述約東點(diǎn)受其他圖素信息的約東不能單獨(dú)在屏幕上移動。
所述線類擇一為單線類、關(guān)系線類或者切線類；
所述單線類表示線段、直線、射線或者向量，所述關(guān)系線類表示平行線、垂線或者垂 線段，所述切線類表示曲線和函數(shù)的切線或者圓與圓的共切線。
所述圓類用于擇一表示圓、弧或者扇形，所述二次曲線類用于擇一表示五點(diǎn)二次曲線、 橢圓、拋物線、雙曲線或者方程式二次曲線。
所述函數(shù)類用于繪制函數(shù)圖形或者擬合函數(shù)圖形；所述擬合函數(shù)圖形釆用插值算法。 通過調(diào)用所述函數(shù)計(jì)算模塊計(jì)算函數(shù)的具體表達(dá)式及其在顯示屏上對應(yīng)的點(diǎn)的坐標(biāo)值，所 述圖形繪制模塊根據(jù)所述的坐標(biāo)值繪制出相應(yīng)的圖形在顯示屏上。
所述多邊形類擇一表示三角形、四邊形或者任意多邊形。
所述函數(shù)計(jì)算模塊通過調(diào)用所述函數(shù)計(jì)算模塊計(jì)算函數(shù)的具體表達(dá)式及其在顯示屏 上對應(yīng)的點(diǎn)的坐標(biāo)值，所述圖形繪制模塊根據(jù)所述的坐標(biāo)值繪制出相應(yīng)的形。所述函數(shù) 計(jì)算模塊計(jì)算函數(shù)的具體表達(dá)式，所述圖形繪制模塊根據(jù)所述的函數(shù)表達(dá)式計(jì)算其在顯示 屏上對應(yīng)的點(diǎn)，并根據(jù)所述的點(diǎn)在顯示屏上繪制出相應(yīng)的圖形。
所述的圖形測量模塊是建立在圖形存在的基礎(chǔ)上的。而且對已有圖形的測量種類具有 嚴(yán)格的定義。如對于一個(gè)圓，能對其進(jìn)行的測量只能有測量半徑，測量周長，測量面
積。而對于圓弧來說，就只能測量其半徑，和弧周長。因此，對于不同的圖形所進(jìn)行的測 量是不同的。
所述的顯示輸出單元包括如下兩個(gè)過程的輸出其一是由微處理器的顯示輸出單元輸 出RGB信號到便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備的顯示屏顯示；其二是由微處理器的顯示輸出單元輸出的RGB 信號通過VGA輸入輸出模塊轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的VGA信號后通過VGA連接線與投影設(shè)備相連并在 其上演示
所述的VGA輸入輸出模塊將微處理器輸出的RGB信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的VGA輸出信號，通 過顯示輸出單元及VGA連接線將該標(biāo)準(zhǔn)的VGA輸出信號輸出到投影設(shè)備。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備及其動態(tài)幾何作圖方法具有如下優(yōu)點(diǎn)將 圖形計(jì)算系統(tǒng)整合到個(gè)人手便攜式設(shè)備上，并解決了便攜式設(shè)備的對圖形處理效率的問 題。同時(shí)本發(fā)明的便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備配以合適的圖形教學(xué)軟件后，能在較低的硬件成本的基 礎(chǔ)上將使課程以圖形的方式直觀的展現(xiàn)在個(gè)人用戶面前，極大的提高個(gè)人的學(xué)習(xí)效率。并 且還可以采用彩色觸摸屏顯示器、純中文菜單，人機(jī)交互友好、搡作簡單；系統(tǒng)中采用帶單位刻度的坐標(biāo)軸，自帶幫助信息；升級方便，數(shù)據(jù)交換即插即用，不用專門的數(shù)據(jù)線和 驅(qū)動程序，速度比國外圖形計(jì)算產(chǎn)品1/0方式傳輸快很多。具有聲音，視頻，圖像多媒體 互動學(xué)習(xí)功能，而多數(shù)國外產(chǎn)品沒有聲音、視屏功能。本發(fā)明還具有程序功能設(shè)計(jì)，因此 更符合中國學(xué)生和新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，更符合中國國情，避免了不同國家之間教育評價(jià)體 系的差異性。


圖1為本發(fā)明便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備的微處理器一種結(jié)構(gòu)圖2為本發(fā)明便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備的一種結(jié)構(gòu)圖3為本發(fā)明便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備對點(diǎn)進(jìn)行繪制的流程圖4為本發(fā)明便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備對線進(jìn)行繪制的流程圖5為本發(fā)明便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備繪制圓類的流程圖6為本發(fā)明便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備繪制二次曲線的流程圖7為本發(fā)明便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備繪制函數(shù)類曲線的流程圖； 圖8為本發(fā)明便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備繪制多邊形類的流程圖； 圖9為本發(fā)明圖像存儲單元保存圖素信息的文件的流程圖； 圖IO為本發(fā)明圖像存儲單元加載圖素信息的文件的流程圖； 圖ll為本發(fā)明便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備的操作功能結(jié)構(gòu)圖； 圖12為本發(fā)明便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備的軟件結(jié)構(gòu)圖； 圖13為本發(fā)明圖形動畫模塊對點(diǎn)在線上運(yùn)動的處理流程圖； 圖14為本發(fā)明圖形動畫模塊對點(diǎn)在圓，弧和扇形上運(yùn)動的處理流程圖； 圖15為本發(fā)明圖形動畫模塊對點(diǎn)在二次曲線上運(yùn)動和點(diǎn)在函數(shù)圖像上運(yùn)動的處理流 程圖16為本發(fā)明圖形測量模塊的工作流程圖； 圖17為本發(fā)明便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備的微處理器一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖； 圖18為本發(fā)明外接顯示設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
如圖1和圖2所示，本發(fā)明的便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備包括微處理器IOI、由所述微處理器 101控制的并交換數(shù)據(jù)的顯示屏102、鍵盤103、存儲器105,以及電源模塊107。為了增 強(qiáng)視頻輸入輸出的擴(kuò)展性，還具有所述微處理器101連接的VGA輸入輸出模塊108。
為了具備動態(tài)函數(shù)幾何作圖功能，所述微處理器101包括存儲有圖素信息的圖像存 儲單元11、用于接收所述鍵盤103輸入命令的命令輸入接口 12、根據(jù)所述命令輸入接口 12輸入的指令對所述圖像存儲單元ll存儲的圖素信息進(jìn)行處理的圖形處理單元10，以及用于輸出圖形處理單元10顯示信號到所述顯示屏102的顯示輸出接口 17。其中，所述圖 形處理單元10包括用于對圖素信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理的圖形操作模塊15、用于把運(yùn)動的圖 像的軌跡形成動畫的圖形動畫模塊13、用于根據(jù)圖素信息繪制圖形繪制模塊14,以及用 于對圖像的各種參數(shù)進(jìn)行測量處理的圖形測量模塊16。所述顯示輸出接口 17在硬件設(shè)計(jì)上可以釆用與其他部件集成在一個(gè)IC上的方式，也 可以釆用單獨(dú)的IC方式實(shí)現(xiàn)，當(dāng)釆用單獨(dú)IC設(shè)計(jì)的時(shí)候，該所述顯示輸出接口 17直接 與其他部件的RGB信號輸出相連接。所述圖素信息用于描述圖像，包括以下內(nèi)容圖素的類屬性信息、圖素的顯示或隱藏、 圖素的線寬、圖素的顏色和圖素軌跡的顯示。所述圖素信息按以下數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲bool m—dfocus; 〃是否選中。int iDmsMoveStep; 〃運(yùn)動的步長int iDmsID; 〃對象IDint ismovable; //是否可移動。int iDmsLineWidth; 〃線寬Qt: : PenStyleeDmsLineStyle; 〃線的風(fēng)格QColor m—DmsColor; 〃顏色QPen m—DmsPen; 〃畫筆QColor m—DmsBrushColor; 〃填充顏色QBrushm—DmsBrush; //畫刷bool bDmsHideName; 〃隱藏對象名稱bool bDmsHide; 〃隱藏對i本^QString m—DmsNameStr; 〃對象的名稱QCanvasText *m—pNameObject; //文本對象bool bDmsDispTrace; 〃是否顯示豐九跡bool bDmsFill; 〃是否填充Qt:: BrushStyle eDmsFi 11Style; 〃填充風(fēng)格定義 list〈double〉 m—DmsParamList; 〃計(jì)算方程參數(shù) boolm-bExist; 〃對象是否存在 QLisKDMSBaseAUribute〉 m—RelItemList; 〃相關(guān)鏈表 〃表達(dá)式uchar m—ucDmsExpress;〃表達(dá)式顯示類型，0:無，1:文本2:公式 DMSExpress ionText *m—pExpText; //表達(dá)式對象 〃添加軌跡類型TRACETYPE m—TraceType; 〃軌跡類型static QList〈DMSBaseAttribute〉 m—ItemldList; 〃相關(guān)鏈表int m—Expession0ffsetX; //表達(dá)式偏移量int m—ExpessionOffsetY; //表達(dá)式偏移量char m-cExpressText; 〃初始值-1;文本0;公式1該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是開放的，可以增加其他的描述信息。其中，所有的圖素信息都有類屬性信息DMSBaseAttribute)。所以DMSBaseAttribute 在圖素信息的應(yīng)用中非常重要。所述圖素的類屬性信息擇一為點(diǎn)類、線類、圓類、角類、二次曲線類、多邊形類、向 量類、復(fù)數(shù)類或者函數(shù)類。如圖17所示，為便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備的所述微處理器101 —個(gè)更具體的結(jié)構(gòu)示意圖。所 述圖形操作模塊15是所述圖形處理單元10的核心，其他模塊功能的實(shí)現(xiàn)都需要涉及到對 圖素信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理的功能，所述圖形處理單元10分別與所述圖形動畫模塊13、圖形 繪制模塊14以及圖形測量模塊16雙向連接。所述圖形處理單元10還包括用于計(jì)算函數(shù)具體表達(dá)式及計(jì)算其在屏幕上對應(yīng)的點(diǎn) 的坐標(biāo)值的函數(shù)計(jì)算模塊18。所述函數(shù)計(jì)算模塊18與所述圖形繪制模塊14連接。如圖18所示，所述VGA輸入輸出模塊108包括依次連接的VGA輸入模塊、D/A轉(zhuǎn)換 模塊和VGA輸出模塊。通過所述VGA輸入輸出模塊108連接外部的投影設(shè)備或者其他視頻 設(shè)備來實(shí)現(xiàn)視頻播放的擴(kuò)展。如圖3所示為對點(diǎn)進(jìn)行繪制的流程。所述點(diǎn)類用于擇一表示自由點(diǎn)、半自由點(diǎn)或者約 東點(diǎn)。所述自由點(diǎn)能夠在屏幕上不受約東的自由移動。所述半自由點(diǎn)能夠在其他圖素信息 的約東條件下在屏幕上移動，例如直線上的點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)可以移動，但是他的移動路線只能 是在這條線上。所述約束點(diǎn)受其他圖素信息的約東不能單獨(dú)在屏幕上移動，例如中點(diǎn)，定 比分點(diǎn)，坐標(biāo)點(diǎn)等，這種點(diǎn)自身不能被拖動，只能通過約束它的點(diǎn)來使其運(yùn)動。其中中點(diǎn) 是指兩個(gè)點(diǎn)的中點(diǎn)，這里的兩個(gè)點(diǎn)可以看成是中點(diǎn)的兩個(gè)端點(diǎn)。中點(diǎn)自身不能被移動，除 非兩個(gè)端點(diǎn)移動，由于中點(diǎn)自己必須保持幾何約東關(guān)系，因此，中點(diǎn)會重新計(jì)算，重新繪 制，看起來就像是被移動了。如圖4所示為對線進(jìn)行繪制的流程。所述線類擇一為單線類、關(guān)系線類或者切線類； 所述單線類表示線段、直線、射線或者向量，所述關(guān)系線類表示平行線、垂線或者垂線段， 所述切線類表示曲線和函數(shù)的切線或者圓與圓的共切線。如圖5所示為對圓類進(jìn)行繪制的流程。所述圓類用于擇一表示圓、弧或者扇形。如圖6所示為對二次曲線進(jìn)行繪制的流程。所述二次曲線類用于擇一表示五點(diǎn)二次曲 線、橢圓、拋物線或者雙曲線。所述函數(shù)類用于繪制函數(shù)圖形或者擬合函數(shù)圖形；所述擬 合函數(shù)圖形釆用插值算法。所述多邊形類擇一表示三角形、四邊形或者任意多邊形。圖7為對函數(shù)類進(jìn)行繪制的流程。圖8為對多邊形類進(jìn)行繪制的流程。圖9、圖IO分別為圖像存儲單元11保存和加載所述圖素信息文件的流程圖。 便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備的操作功能結(jié)構(gòu)圖如圖ll所示。本發(fā)明的便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備為安裝有特定軟件的計(jì)算系統(tǒng)，軟件結(jié)構(gòu)圖如圖12所示。。所述圖形操作模塊15對圖素信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理包括對圖素信息的類屬性信息進(jìn)行 處理、對圖素信息的作圖環(huán)境進(jìn)行設(shè)置，以及對圖素信息進(jìn)行點(diǎn)對稱、線對稱、繞一點(diǎn)旋 轉(zhuǎn)以及繞一點(diǎn)縮放與平移處理。對圖素信息的類屬性信息進(jìn)行處理主要是對DMSBaseA11 r iute進(jìn)行操作。所述圖形動畫模塊13把運(yùn)動的圖像的軌跡形成動畫包括對點(diǎn)在線上運(yùn)動的處理、 對點(diǎn)在圓、弧和扇形上運(yùn)動的處理、對點(diǎn)在二次曲線或者函數(shù)圖像上運(yùn)動的處理。具體分為點(diǎn)在線上運(yùn)動，點(diǎn)在圓，弧和扇形上運(yùn)動，點(diǎn)在二次曲線上運(yùn)動和點(diǎn)在函 數(shù)圖像上運(yùn)動。點(diǎn)在線上運(yùn)動的處理流程圖如圖13所示。點(diǎn)在圓，弧和扇形上運(yùn)動的處 理流程圖如圖14所示。點(diǎn)在二次曲線上運(yùn)動和點(diǎn)在函數(shù)圖像上運(yùn)動的處理流程圖如圖15 所示。所述圖形測量模塊16的工作流程示意圖如圖16所示。以圓和圓弧為例說明其測量過 程，對于一個(gè)圓，能對其進(jìn)行的測量只能有測量半徑，測量周長，測量面積。而對于圓 弧來說，就只能測量其半徑，和弧周長。因此，對于不同的圖形所進(jìn)行的測量是不同的。
權(quán)利要求
1. 一種便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備，包括微處理器(101)、由所述微處理器(101)控制的顯示屏(102)、鍵盤(103)和存儲器(105)，其特征在于，所述微處理器(101)包括存儲有圖素信息的圖像存儲單元(11)、用于接收所述鍵盤(103)輸入命令的命令輸入接口(12)、根據(jù)所述命令輸入接口(12)輸入的指令對所述圖像存儲單元(11)存儲的圖素信息進(jìn)行處理的圖形處理單元(10)，以及用于輸出圖形處理單元(10)顯示信號到所述顯示屏(102)的顯示輸出接口(17)；所述圖形處理單元(10)包括用于對圖素信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理的圖形操作模塊(15)、用于把運(yùn)動的圖像的軌跡形成動畫的圖形動畫模塊(13)、用于根據(jù)圖素信息繪制圖形的圖形繪制模塊(14)，以及用于對圖像的各種參數(shù)進(jìn)行測量處理的圖形測量模塊(16)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備，其特征在于，所述圖形操作模塊(15) 分別與所述圖形動畫模塊(13)、圖形繪制模塊(14)以及圖形測量模塊(16)雙向連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l或2所述的便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備，其特征在于，所述圖形處理單元(IO) 還包括用于計(jì)算函數(shù)具體表達(dá)式及計(jì)算其在屏幕上對應(yīng)的點(diǎn)的坐標(biāo)值的函數(shù)計(jì)算模塊(18)，所述函數(shù)計(jì)算模塊(18)與所述圖形繪制模塊(14)連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備，其特征在于，還包括與所述微處理器 (101)雙向連接的下載單元(104)和VGA輸入輸出模塊(108)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備，其特征在于，還包括與所述存儲器(105) 雙向連接的語音處理單元(106)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備，其特征在于，所述VGA輸入輸出模塊(108 ) 包括依次連接的VGA輸入模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊和VGA輸出模塊。
7、 一種在便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備實(shí)現(xiàn)動態(tài)幾何作圖的方法，所述便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備的微處理 器(101)包括存儲有圖素信息的圖像存儲單元(11)、用于接收所述鍵盤(103)輸入 命令的命令輸入接口 (12)、根據(jù)所述命令輸入接口 (12)輸入的指令對所述圖像存儲單 元(11)存儲的圖素信息進(jìn)行處理的圖形處理單元(10);其特征在于所述圖形處理單元(10)包括如下模塊及其圖像處理過程用圖形操作模塊(15)對 圖素信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，用圖形動畫模塊(13)把運(yùn)動的圖像的軌跡形成動畫，用圖形繪 制模塊(14)根據(jù)圖素信息繪制圖形，用圖形測量模塊(16)對圖像的各種參數(shù)進(jìn)行測量 處理。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的在便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備實(shí)現(xiàn)動態(tài)幾何作圖的方法，其特征在于， 所述圖形操作模塊(15)對圖素信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理包括對圖素信息的類屬性信息進(jìn)行處 理、對圖素信息的作圖環(huán)境進(jìn)行設(shè)置，以及對圖素信息進(jìn)行點(diǎn)對稱，線對稱，繞一點(diǎn)旋轉(zhuǎn)， 繞一點(diǎn)縮放與平移處理。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的在便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備實(shí)現(xiàn)動態(tài)幾何作圖的方法，其特征在于， 所述圖形動畫模塊(13)把運(yùn)動的圖像的軌跡形成動畫的過程包括對點(diǎn)在線上運(yùn)動的處 理、對點(diǎn)在圓、弧和扇形上運(yùn)動的處理、對點(diǎn)在二次曲線或者函數(shù)圖像上運(yùn)動的處理。
10、 根據(jù)權(quán)利要求7、 8或9所述的在便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備實(shí)現(xiàn)動態(tài)幾何作圖的方法，其 特征在于，所述圖素信息包括圖素的類屬性信息、圖素的顯示或隱藏、圖素的線寬、圖 素的顏色和圖素軌跡的顯示；所述圖素的類屬性信息擇一為點(diǎn)類、線類、圓類、角類、二次曲線類、多邊形類、向 量類、復(fù)數(shù)類或者函數(shù)類。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的在便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備實(shí)現(xiàn)動態(tài)幾何作圖的方法，其特征在 于，所述點(diǎn)類用于擇一表示自由點(diǎn)、半自由點(diǎn)或者約東點(diǎn)；所述自由點(diǎn)能夠在屏幕上不受約東的自由移動，所述半自由點(diǎn)能夠在其他圖素信息的 約東條件下在屏幕上移動，所述約東點(diǎn)受其他圖素信息的約東不能單獨(dú)在屏幕上移動。
12、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的在便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備實(shí)現(xiàn)動態(tài)幾何作圖的方法，其特征在于，所述線類擇一為單線類、關(guān)系線類或者切線類；所述單線類表示線段、直線、射線或者向量，所述關(guān)系線類表示平行線、垂線或者垂 線段，所述切線類表示曲線和函數(shù)的切線或者圓與圓的共切線。
13、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的在便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備實(shí)現(xiàn)動態(tài)幾何作圖的方法，其特征在 于，所述圓類用于擇一表示圓、弧或者扇形，所述二次曲線類用于擇一表示五點(diǎn)二次曲線、 橢圓、拋物線或者雙曲線。
14、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的在便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備實(shí)現(xiàn)動態(tài)幾何作圖的方法，其特征在 于，所述函數(shù)類用于繪制函數(shù)圖形或者擬合函數(shù)圖形；所述擬合函數(shù)圖形采用插值算法。
15、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的在便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備實(shí)現(xiàn)動態(tài)幾何作圖的方法，其特征在 于，所述多邊形類擇一表示三角形、四邊形或者任意多邊形。
全文摘要
為了將圖形計(jì)算系統(tǒng)整合到個(gè)人手持式設(shè)備上，在較低的硬件資源上實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的圖形處理和計(jì)算并直觀顯示的功能。本發(fā)明提供一種便攜式學(xué)習(xí)設(shè)備及其動態(tài)幾何作圖方法，該設(shè)備包括微處理器、顯示屏、鍵盤、存儲器，以及電源模塊。所述微處理器包括圖像存儲單元、命令輸入接口、圖形處理單元，以及顯示輸出接口；所述圖素信息用于描述圖形，包括圖素的類屬性信息、圖素的顯示或隱藏、圖素的線寬、圖素的顏色和圖素軌跡的顯示；所述圖形處理單元包括圖形操作模塊、圖形動畫模塊、繪制模塊，圖形測量模塊。
文檔編號G06T13/00GK101281688SQ20081006632
公開日2008年10月8日 申請日期2008年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月26日
發(fā)明者王曉童 申請人:博采林電子科技(深圳)有限公司