本發(fā)明涉及電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，尤指一種基于虛擬現(xiàn)實的書畫練習(xí)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

虛擬現(xiàn)實(virtualreality)，簡稱vr技術(shù)，也稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境，是利用電腦模擬產(chǎn)生一個三度空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。使用者進行位置移動時，電腦可以立即進行復(fù)雜的運算，將精確的3d世界影像傳回產(chǎn)生臨場感。虛擬現(xiàn)實(vr)，看到的場景和人物全是假的，是把人的意識代入一個虛擬的世界。

傳統(tǒng)的書畫方式是通過工具筆如鋼筆、毛筆、鉛筆等工具筆進行書畫，一般的工具筆是一種耗材類物品，書畫時會對毛筆、墨水、紙張等等產(chǎn)生消耗，對于剛?cè)腴T的學(xué)習(xí)者而言，光是要掌握基本的筆法和入門就需要消耗很多練習(xí)資源，并且有時會根據(jù)練習(xí)類型的不同，在袖口、胸腹部的位置留下墨痕，很難清洗。

現(xiàn)有技術(shù)中，有通過手機等觸屏設(shè)備中的觸摸板進行書畫練習(xí)，采用觸摸板需要依托與固定的輸入設(shè)備，使用起來過于死板，書畫的舒適度不夠理想，而且也不能給予用戶真實的書畫練習(xí)的體驗。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于虛擬現(xiàn)實的書畫練習(xí)方法及系統(tǒng)，實現(xiàn)通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)使得用戶進行書畫練習(xí)。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

一種基于虛擬現(xiàn)實的書畫練習(xí)方法，包括：獲取書畫者進行書畫動作時的手部關(guān)鍵定位點的書畫軌跡信息；識別所述書畫軌跡信息得到位置變化數(shù)據(jù)和角度變化數(shù)據(jù)；處理所述位置變化數(shù)據(jù)和角度變化數(shù)據(jù)得到書畫筆畫信息，并顯示所述書畫筆畫信息。

進一步的，建立所述各個手部關(guān)鍵定位點在xyz空間坐標系，將所述書畫軌跡信息擬化到所述空間坐標系上，x軸擬化為手掌的左滑或右滑，y軸擬化為手掌的上滑或下滑，z軸擬化為手臂的靠近或者離開；記錄書畫者進行各個書畫動作時所述手部關(guān)鍵定位點的書畫時間；根據(jù)所述書畫軌跡信息和所述書畫時間，得到所述各個手部關(guān)鍵定位點在所述xyz空間坐標系對應(yīng)所述書畫時間的空間位置信息；運算所述空間位置信息得到手掌的位置變化數(shù)據(jù)，映射手掌的空間位置和手臂的空間位置得到手掌映射點和手臂映射點，運算所述手掌映射點和手臂映射點得到手掌與手臂的角度變化數(shù)據(jù)。

進一步的，將所述位置變化數(shù)據(jù)和所述角度變化數(shù)據(jù)進行特征匹配識別分類；根據(jù)識別結(jié)果得到書畫特征信息，合成所述書畫特征信息得到所述書畫筆畫信息；顯示所述書畫筆畫信息。

進一步的，還包括：將所述書畫軌跡信息和所述書畫筆畫信息與預(yù)設(shè)學(xué)習(xí)內(nèi)容進行比對，得到比對結(jié)果；所述預(yù)設(shè)學(xué)習(xí)內(nèi)容包括預(yù)設(shè)書畫臨摹范本和與所述預(yù)設(shè)書畫臨摹范本對應(yīng)的預(yù)設(shè)書畫步驟；根據(jù)所述比對結(jié)果進行書畫練習(xí)評估。

進一步的，根據(jù)夾角運算公式(1)運算得到為所述手掌與手臂的角度變化數(shù)據(jù)：

cosθ＝(a²+b²+c²-d²)÷2ab(1)

其中，所述θ為同一書寫時間所述手掌的空間位置所在平面與所述手臂的空間位置所在平面之間的平面夾角；所述a為手掌的空間位置所在平面的任一點a垂直相交交線l于點c的直線距離值；所述b為手臂的空間位置所述平面的任一點b垂直相交所述交線l于點d的直線距離值；所述c為所述點a與所述點b之間的直線距離值；所述d為所述點c和所述點d之間的直線距離值。

本發(fā)明還提供一種基于虛擬現(xiàn)實的書畫練習(xí)系統(tǒng)，包括：獲取模塊，獲取書畫者進行書畫動作時的手部關(guān)鍵定位點的書畫軌跡信息；識別模塊，識別所述獲取模塊獲取得到的所述書畫軌跡信息得到位置變化數(shù)據(jù)和角度變化數(shù)據(jù)；控制模塊，處理所述識別模塊識別得到的所述位置變化數(shù)據(jù)和角度變化數(shù)據(jù)得到書畫筆畫信息，并顯示所述書畫筆畫信息。

進一步的，所述識別模塊包括：建立子模塊，建立所述各個手部關(guān)鍵定位點在xyz空間坐標系，將所述書畫軌跡信息擬化到所述空間坐標系上，x軸擬化為手掌的左滑或右滑，y軸擬化為手掌的上滑或下滑，z軸擬化為手臂的靠近或者離開；記錄子模塊，記錄所述獲取模塊獲取的記錄書畫者進行各個書畫動作時所述手部關(guān)鍵定位點的書畫時間；獲取子模塊，根據(jù)所述建立子模塊擬化的所述書畫軌跡信息和所述記錄子模塊記錄得到所述書畫時間，得到所述各個手部關(guān)鍵定位點在所述xyz空間坐標系對應(yīng)所述書畫時間的空間位置信息；運算子模塊，運算所述獲取子模塊獲取得到的所述空間位置信息，得到手掌的位置變化數(shù)據(jù)，映射手掌的空間位置和手臂的空間位置得到手掌映射點和手臂映射點，運算所述手掌映射點和手臂映射點得到手掌與手臂的角度變化數(shù)據(jù)。

進一步的，所述控制模塊包括：匹配子模塊，將所述識別模塊得到的所述位置變化數(shù)據(jù)和所述角度變化數(shù)據(jù)進行特征匹配識別分類；合成子模塊，根據(jù)所述匹配子模塊匹配識別的識別結(jié)果得到書畫特征信息，合成所述書畫特征信息得到所述書畫筆畫信息；顯示子模塊，顯示所述合成子模塊合成的所述書畫筆畫信息。

進一步的，還包括：比對模塊，將所述書畫軌跡信息和所述書畫筆畫信息與預(yù)設(shè)學(xué)習(xí)內(nèi)容進行比對，得到比對結(jié)果；所述預(yù)設(shè)學(xué)習(xí)內(nèi)容包括預(yù)設(shè)書畫臨摹范本和與所述預(yù)設(shè)書畫臨摹范本對應(yīng)的預(yù)設(shè)書畫步驟；評估模塊，根據(jù)所述比對模塊得到的所述比對結(jié)果進行書畫練習(xí)評估。

進一步的，所述運算子模塊根據(jù)夾角運算公式(1)運算得到為所述手掌與手臂的角度變化數(shù)據(jù)：

cosθ＝(a²+b²+c²-d²)÷2ab(1)

其中，所述θ為同一書寫時間所述手掌的空間位置所在平面與所述手臂的空間位置所在平面之間的平面夾角；所述a為手掌的空間位置所在平面的任一點a垂直相交交線l于點c的直線距離值；所述b為手臂的空間位置所述平面的任一點b垂直相交所述交線l于點d的直線距離值；所述c為所述點a與所述點b之間的直線距離值；所述d為所述點c和所述點d之間的直線距離值。

通過本發(fā)明提供的一種基于虛擬現(xiàn)實的書畫練習(xí)方法及系統(tǒng)，能夠帶來以下至少一種有益效果：

1、本發(fā)明中，通過擬化書畫者的手掌和手臂具有以下優(yōu)點：

1)由于擬化書畫者的手掌和手臂作為虛擬工具筆，節(jié)省了毛筆、鋼筆、鉛筆等工具筆的消耗。

2)由于擬化書畫者的手掌和手臂作為虛擬工具筆，能夠相應(yīng)減少紙張和墨水的浪費，節(jié)約生態(tài)資源。

2、本發(fā)明中，通過攝像頭獲取書畫者的書畫動作具有以下優(yōu)點：

3)基于攝像頭的動作捕捉系統(tǒng)進行手部動作捕捉和識別，可以利用少量的攝像機對監(jiān)測區(qū)域的多目標進行監(jiān)控，精度較高。

4)基于攝像頭的動作捕捉系統(tǒng)進行手部動作捕捉和識別，書畫者不需要穿戴和拿取任何定位設(shè)備，約束性小，更接近真實的體感交互體驗。

5)基于攝像頭的動作捕捉系統(tǒng)進行手部動作捕捉和識別，當書畫者的手部運動軌跡被多臺攝像機獲取后，通過后續(xù)程序的運算，便能在電腦中得到手部的書畫軌跡信息。

3、本發(fā)明中，通過識別書畫軌跡信息得到位置變化數(shù)據(jù)和角度變化數(shù)據(jù)具有以下優(yōu)點：

6)由于書畫者在空中進行書畫動作時，計算機識別書畫者的書畫軌跡信息，能夠根據(jù)書畫者的書畫位置變化數(shù)據(jù)和書畫角度變化數(shù)據(jù)與書畫數(shù)據(jù)庫進行比對，得到書畫者想要書畫的書畫信息，簡單方便。

4、本發(fā)明中記錄進行各個書畫動作的書畫時間順序具有以下優(yōu)點：

7)能夠根據(jù)書畫的時間先后順序進行顯示，能夠在書畫者書畫錯誤時，能夠迅速的更改書畫，重新進行書畫。

5、本發(fā)明中通過與預(yù)設(shè)學(xué)習(xí)內(nèi)容進行比對，具有以下優(yōu)點：

8)由于預(yù)設(shè)學(xué)習(xí)內(nèi)容包括預(yù)設(shè)書畫臨摹范本，能夠提供用戶一種簡單、高效地書畫學(xué)習(xí)方式，使得用戶可以根據(jù)預(yù)設(shè)學(xué)習(xí)內(nèi)容中的預(yù)設(shè)書畫臨摹范本進行書畫學(xué)習(xí)。

9)由于預(yù)設(shè)學(xué)習(xí)內(nèi)容還包括與預(yù)設(shè)書畫臨摹范本對應(yīng)的預(yù)設(shè)書畫步驟，可以在書畫學(xué)習(xí)的過程中得到標準的書畫學(xué)習(xí)步驟，從而免去依賴老師進行分步講解和示例，提高用戶的學(xué)習(xí)便利性，加快學(xué)習(xí)效率，提高學(xué)習(xí)進度。

附圖說明

下面將以明確易懂的方式，結(jié)合附圖說明優(yōu)選實施方式，對一種基于虛擬現(xiàn)實的書畫練習(xí)方法及系統(tǒng)的上述特性、技術(shù)特征、優(yōu)點及其實現(xiàn)方式予以進一步說明。

圖1是本發(fā)明一種基于虛擬現(xiàn)實的書畫練習(xí)方法的一個實施例的流程圖；

圖2是本發(fā)明一種基于虛擬現(xiàn)實的書畫練習(xí)方法的另一個實施例的流程圖；

圖3是本發(fā)明一種基于虛擬現(xiàn)實的書畫練習(xí)方法的另一個實施例的流程圖；

圖4是本發(fā)明一種基于虛擬現(xiàn)實的書畫練習(xí)方法的另一個實施例的流程圖；

圖5是本發(fā)明一種基于虛擬現(xiàn)實的書畫練習(xí)系統(tǒng)的一個實施例的結(jié)構(gòu)圖；

圖6是本發(fā)明一種基于虛擬現(xiàn)實的書畫練習(xí)系統(tǒng)的另一個實施例的結(jié)構(gòu)圖；

圖7是本發(fā)明一種基于虛擬現(xiàn)實的書畫練習(xí)方法的一個實例的流程圖；

圖8是本發(fā)明一種基于虛擬現(xiàn)實的書畫練習(xí)方法的一個實例的平面夾角示意圖。

具體實施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對照附圖說明本發(fā)明的具體實施方式。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖，并獲得其他的實施方式。

為使圖面簡潔，各圖中只示意性地表示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分，它們并不代表其作為產(chǎn)品的實際結(jié)構(gòu)。另外，以使圖面簡潔便于理解，在有些圖中具有相同結(jié)構(gòu)或功能的部件，僅示意性地繪示了其中的一個，或僅標出了其中的一個。在本文中，“一個”不僅表示“僅此一個”，也可以表示“多于一個”的情形。

圖1為本發(fā)明第一實施例的基于虛擬現(xiàn)實的書畫練習(xí)方法的流程圖，參考圖1所示，包括：

s110獲取書畫者進行書畫動作時的手部關(guān)鍵定位點的書畫軌跡信息；

s120識別所述書畫軌跡信息得到位置變化數(shù)據(jù)和角度變化數(shù)據(jù)；

s130處理所述位置變化數(shù)據(jù)和角度變化數(shù)據(jù)得到書畫筆畫信息，并顯示所述書畫筆畫信息。

具體的，本發(fā)明實施例中，手部關(guān)鍵定位點包括手掌和手臂，手掌的定位點包括但是不限于指肚、掌心、手背。通過將手部關(guān)鍵定位點作為虛擬工具筆，使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)使得用戶用手部進行書畫練習(xí)，由于擬化書畫者的手部關(guān)鍵定位點作為虛擬工具筆，節(jié)省了毛筆、鋼筆、鉛筆等工具筆的消耗，能夠相應(yīng)減少紙張和墨水的浪費，節(jié)約生態(tài)資源。

圖2為本發(fā)明第二實施例的基于虛擬現(xiàn)實的書畫練習(xí)方法的流程圖，參考圖2所示，包括：

s210獲取書畫者進行書畫動作時的手部關(guān)鍵定位點的書畫軌跡信息；

s220建立所述各個手部關(guān)鍵定位點在xyz空間坐標系，將所述書畫軌跡信息擬化到所述空間坐標系上，x軸擬化為手掌的左滑或右滑，y軸擬化為手掌的上滑或下滑，z軸擬化為手臂的靠近或者離開；

s230記錄書畫者進行各個書畫動作時所述手部關(guān)鍵定位點的書畫時間；

s240根據(jù)所述書畫軌跡信息和所述書畫時間，得到所述各個手部關(guān)鍵定位點在所述xyz空間坐標系對應(yīng)所述書畫時間的空間位置信息；

s250運算所述空間位置信息得到手掌的位置變化數(shù)據(jù)，映射手掌的空間位置和手臂的空間位置得到手掌映射點和手臂映射點，運算所述手掌映射點和手臂映射點得到手掌與手臂的角度變化數(shù)據(jù)。

其中，本發(fā)明實施例中，所述步驟s250根據(jù)夾角運算公式(1)運算得到為所述手掌與手臂的角度變化數(shù)據(jù)：

cosθ＝(a²+b²+c²-d²)÷2ab(1)

其中，所述θ為同一書寫時間所述手掌的空間位置所在平面與所述手臂的空間位置所在平面之間的平面夾角；所述a為手掌的空間位置所在平面的任一點a垂直相交交線l于點c的直線距離值；所述b為手臂的空間位置所述平面的任一點b垂直相交所述交線l于點d的直線距離值；所述c為所述點a與所述點b之間的直線距離值；所述d為所述點c和所述點d之間的直線距離值。

具體的，本發(fā)明實施例中，基于攝像頭的動作捕捉系統(tǒng)進行手部動作捕捉和識別，可以利用少量的攝像機對監(jiān)測區(qū)域的多目標進行監(jiān)控，精度較高。書畫者不需要穿戴和拿取任何定位設(shè)備，約束性小，更接近真實的體感交互體驗。當書畫者的手部運動軌跡被多臺攝像機獲取后，通過后續(xù)程序的運算，便能在電腦中得到手部的書畫軌跡信息。通過將手部關(guān)鍵定位點作為虛擬工具筆，使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)使得用戶用手部進行書畫練習(xí)，由于擬化書畫者的手部關(guān)鍵定位點作為虛擬工具筆，節(jié)省了毛筆、鋼筆、鉛筆等工具筆的消耗，能夠相應(yīng)減少紙張和墨水的浪費，節(jié)約生態(tài)資源。例如，將手指肚和手臂作為手部關(guān)鍵定位點時，手指肚個數(shù)不同，書畫線條的粗細不同，可以設(shè)置手指肚個數(shù)越多，書畫線條越粗。也可以設(shè)置不同的手指肚的組合，書畫的類型不同。具體的，手指肚為大拇指和小拇指組合時，書寫的類型為楷體(繪畫的類型為油畫)，手指肚為大拇指和無名指時，書寫的類型為行體(繪畫的類型為水彩畫)這里例舉的只是部分例子，用戶可以根據(jù)喜好和需求預(yù)先設(shè)置手指肚組合和書畫類型的對應(yīng)關(guān)系，在此不一一例舉。更加個性化，符合用戶選擇不同的字體、進行書畫

圖3為本發(fā)明第三實施例的基于虛擬現(xiàn)實的書畫練習(xí)方法的流程圖，參考圖3所示，包括：

s310獲取書畫者進行書畫動作時的手部關(guān)鍵定位點的書畫軌跡信息；

s320識別所述書畫軌跡信息得到位置變化數(shù)據(jù)和角度變化數(shù)據(jù)；

s330將所述位置變化數(shù)據(jù)和所述角度變化數(shù)據(jù)進行特征匹配識別分類；

s340根據(jù)識別結(jié)果得到書畫特征信息，合成所述書畫特征信息得到所述書畫筆畫信息；

s350顯示所述書畫筆畫信息。

具體的，本發(fā)明實施例中，由于書畫者在空中進行書畫動作時，計算機識別書畫者的書畫軌跡信息，能夠根據(jù)書畫者的書畫位置變化數(shù)據(jù)和書畫角度變化數(shù)據(jù)與書畫數(shù)據(jù)庫進行比對，得到書畫者想要書畫的書畫信息，簡單方便。

進行特征匹配識別分類具體包括步驟：

步驟1、建立預(yù)先定義的位置變化數(shù)據(jù)、角度變化數(shù)據(jù)和預(yù)先定義的關(guān)筆畫信息的對應(yīng)關(guān)系；

步驟2、采集書寫者的常用的書畫軌跡信息，建立書畫特征庫；

步驟3、采集書寫者當前書寫的書畫軌跡信息，將所述位置變化數(shù)據(jù)和所述角度變化數(shù)據(jù)與所述書畫特征庫進行特征匹配識別分類；

步驟4、根據(jù)識別結(jié)果得到書畫特征信息，合成所述書畫特征信息得到所述書畫筆畫信息，顯示所述書畫筆畫信息。

本實施例中，將書畫特征信息與預(yù)先定義的書畫特征庫相匹配，輸出合成書畫筆畫信息，當用戶的角度變化數(shù)據(jù)為預(yù)設(shè)角度數(shù)據(jù)時，退出書畫書寫過程，如用戶的手背與手臂的夾角為90°時，退出書畫書寫過程。由于書畫者在空中進行書畫動作時，計算機識別書畫者的書畫軌跡信息，能夠根據(jù)書畫者的書畫位置變化數(shù)據(jù)和書畫角度變化數(shù)據(jù)與書畫數(shù)據(jù)庫進行比對，得到書畫者想要書畫的書畫信息，簡單方便。

圖4為本發(fā)明第四實施例的基于虛擬現(xiàn)實的書畫練習(xí)方法的流程圖，參考圖4所示，包括：

s410獲取書畫者進行書畫動作時的手部關(guān)鍵定位點的書畫軌跡信息；

s420識別所述書畫軌跡信息得到位置變化數(shù)據(jù)和角度變化數(shù)據(jù)；

s430處理所述位置變化數(shù)據(jù)和角度變化數(shù)據(jù)得到書畫筆畫信息，并顯示所述書畫筆畫信息；

s440將所述書畫軌跡信息和所述書畫筆畫信息與預(yù)設(shè)學(xué)習(xí)內(nèi)容進行比對，得到比對結(jié)果；所述預(yù)設(shè)學(xué)習(xí)內(nèi)容包括預(yù)設(shè)書畫臨摹范本和與所述預(yù)設(shè)書畫臨摹范本對應(yīng)的預(yù)設(shè)書畫步驟；

s450根據(jù)所述比對結(jié)果進行書畫練習(xí)評估。

具體的，本實施例中，通過將手部關(guān)鍵定位點作為虛擬工具筆，使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)使得用戶用手部進行書畫練習(xí)，由于擬化書畫者的手部關(guān)鍵定位點作為虛擬工具筆，節(jié)省了毛筆、鋼筆、鉛筆等工具筆的消耗，能夠相應(yīng)減少紙張和墨水的浪費，節(jié)約生態(tài)資源。能夠根據(jù)書畫的時間先后順序進行顯示，能夠在書畫者書畫錯誤時，能夠迅速的更改書畫，重新進行書畫。通過與預(yù)設(shè)學(xué)習(xí)內(nèi)容進行比對，預(yù)設(shè)學(xué)習(xí)內(nèi)容包括預(yù)設(shè)書畫臨摹范本，能夠提供用戶一種簡單、高效地書畫學(xué)習(xí)方式，使得用戶可以根據(jù)預(yù)設(shè)學(xué)習(xí)內(nèi)容中的預(yù)設(shè)書畫臨摹范本進行書畫學(xué)習(xí)。預(yù)設(shè)學(xué)習(xí)內(nèi)容還包括與預(yù)設(shè)書畫臨摹范本對應(yīng)的預(yù)設(shè)書畫步驟，可以在書畫學(xué)習(xí)的過程中得到標準的書畫學(xué)習(xí)步驟，從而免去依賴老師進行分步講解和示例，提高用戶的學(xué)習(xí)便利性，加快學(xué)習(xí)效率，提高學(xué)習(xí)進度。例如，用戶甲想要學(xué)習(xí)水彩畫學(xué)習(xí)，在水彩畫學(xué)習(xí)之前，根據(jù)自身的繪畫能力選擇對應(yīng)的預(yù)設(shè)書畫臨摹范本中的水彩畫學(xué)習(xí)內(nèi)容，水彩畫學(xué)習(xí)內(nèi)容可以按照年齡層次或繪畫能力進行分類存放，例如，按照年齡層次分為：兒童、青少年以及成人，按照繪畫能力層次分為：初級、中級以及高級，由此，方便用戶根據(jù)自身需求進行選定，實現(xiàn)針對性的學(xué)習(xí)。水彩畫步驟包括：虛擬水彩畫圖、筆部分解動作信息以及筆部動作力度信息。其中，虛擬水彩畫圖為每個分解步驟的水彩畫圖，筆部分解動作信息為筆部的描繪方向以及描繪線條的長短。當用戶通過vr技術(shù)進行水彩畫學(xué)習(xí)時，輸出虛擬水彩畫物體圖，使得用戶可以看見所需描繪的水彩畫物體，從而省去了額外布置畫室、添置靜物的成本。用戶通過vr技術(shù)完成水彩畫學(xué)習(xí)后，輸出水彩畫步驟，用戶在看見虛擬水彩畫物體圖后，根據(jù)輸出的水彩畫步驟在空中進行描繪，便于用戶參照水彩畫步驟進行繪畫，幫助用戶學(xué)習(xí)水彩畫，提高學(xué)習(xí)效率。通過攝像頭、數(shù)據(jù)手套等運動捕捉設(shè)備捕捉用戶在空中進行書畫操作的書畫動作，在獲取桌面上紙張所在區(qū)域的圖像后，也就是得到用戶當前學(xué)習(xí)進度的水彩畫圖像，根據(jù)該用戶當前學(xué)習(xí)進度的水彩畫圖像與用戶選擇的預(yù)設(shè)書畫臨摹范本中的水彩畫學(xué)習(xí)內(nèi)容進行比對，并進行學(xué)習(xí)評估，能夠提供用戶一種真實的學(xué)習(xí)體驗，可以根據(jù)評估結(jié)果激勵用戶下次學(xué)習(xí)。

圖5為本發(fā)明第四實施例的基于虛擬現(xiàn)實的書畫練習(xí)系統(tǒng)500的結(jié)構(gòu)圖，參考圖5所示，包括：

獲取模塊510，獲取書畫者進行書畫動作時的手部關(guān)鍵定位點的書畫軌跡信息；

識別模塊520，識別所述獲取模塊510獲取得到的所述書畫軌跡信息得到位置變化數(shù)據(jù)和角度變化數(shù)據(jù)；

控制模塊530，處理所述識別模塊520識別得到的所述位置變化數(shù)據(jù)和角度變化數(shù)據(jù)得到書畫筆畫信息，并顯示所述書畫筆畫信息。

具體的，本發(fā)明實施例中，手部關(guān)鍵定位點包括手掌和手臂，手掌的定位點包括但是不限于指肚、掌心、手背。通過將手部關(guān)鍵定位點作為虛擬工具筆，使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)使得用戶用手部進行書畫練習(xí)，由于擬化書畫者的手部關(guān)鍵定位點作為虛擬工具筆，節(jié)省了毛筆、鋼筆、鉛筆等工具筆的消耗，能夠相應(yīng)減少紙張和墨水的浪費，節(jié)約生態(tài)資源。

圖6為本發(fā)明第五實施例的基于虛擬現(xiàn)實的書畫練習(xí)系統(tǒng)600的結(jié)構(gòu)圖，參考圖6所示，本實施例中其他部分與上一實施例相同，包括：獲取模塊610、識別模塊620和控制模塊630；此外，

所述識別模塊620包括：

建立子模塊621，建立所述各個手部關(guān)鍵定位點在xyz空間坐標系，將所述書畫軌跡信息擬化到所述空間坐標系上，x軸擬化為手掌的左滑或右滑，y軸擬化為手掌的上滑或下滑，z軸擬化為手臂的靠近或者離開；

記錄子模塊622，記錄所述獲取模塊610獲取的記錄書畫者進行各個書畫動作時所述手部關(guān)鍵定位點的書畫時間；

獲取子模塊623，根據(jù)所述建立子模塊621擬化的所述書畫軌跡信息和所述記錄子模塊622記錄得到所述書畫時間，得到所述各個手部關(guān)鍵定位點在所述xyz空間坐標系對應(yīng)所述書畫時間的空間位置信息；

運算子模塊624，運算所述獲取子模塊623獲取得到的所述空間位置信息，得到手掌的位置變化數(shù)據(jù)，映射手掌的空間位置和手臂的空間位置得到手掌映射點和手臂映射點，運算所述手掌映射點和手臂映射點得到手掌與手臂的角度變化數(shù)據(jù)。

所述控制模塊630包括：

匹配子模塊631，將所述識別模塊620得到的所述位置變化數(shù)據(jù)和所述角度變化數(shù)據(jù)進行特征匹配識別分類；

合成子模塊632，根據(jù)所述匹配子模塊631匹配識別的識別結(jié)果得到書畫特征信息，合成所述書畫特征信息得到所述書畫筆畫信息；

顯示子模塊633，顯示所述合成子模塊632合成的所述書畫筆畫信息。

優(yōu)選的，比對模塊640，將所述書畫軌跡信息和所述書畫筆畫信息與預(yù)設(shè)學(xué)習(xí)內(nèi)容進行比對，得到比對結(jié)果；所述預(yù)設(shè)學(xué)習(xí)內(nèi)容包括預(yù)設(shè)書畫臨摹范本和與所述預(yù)設(shè)書畫臨摹范本對應(yīng)的預(yù)設(shè)書畫步驟；

評估模塊650，根據(jù)所述比對模塊640得到的所述比對結(jié)果進行書畫練習(xí)評估。

其中，所述運算子模塊624根據(jù)夾角運算公式(1)運算得到為所述手掌與手臂的角度變化數(shù)據(jù)：

cosθ＝(a²+b²+c²-d²)÷2ab(1)

其中，所述θ為同一書寫時間所述手掌的空間位置所在平面與所述手臂的空間位置所在平面之間的平面夾角；所述a為手掌的空間位置所在平面的任一點a垂直相交交線l于點c的直線距離值；所述b為手臂的空間位置所述平面的任一點b垂直相交所述交線l于點d的直線距離值；所述c為所述點a與所述點b之間的直線距離值；所述d為所述點c和所述點d之間的直線距離值。

具體的，本發(fā)明實施例中，基于攝像頭的動作捕捉系統(tǒng)進行手部動作捕捉和識別，可以利用少量的攝像機對監(jiān)測區(qū)域的多目標進行監(jiān)控，精度較高。書畫者不需要穿戴和拿取任何定位設(shè)備，約束性小，更接近真實的體感交互體驗。當書畫者的手部運動軌跡被多臺攝像機獲取后，通過后續(xù)程序的運算，便能在電腦中得到手部的書畫軌跡信息。通過將手部關(guān)鍵定位點作為虛擬工具筆，使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)使得用戶用手部進行書畫練習(xí)，由于擬化書畫者的手部關(guān)鍵定位點作為虛擬工具筆，節(jié)省了毛筆、鋼筆、鉛筆等工具筆的消耗，能夠相應(yīng)減少紙張和墨水的浪費，節(jié)約生態(tài)資源。例如，將手指肚和手臂作為手部關(guān)鍵定位點時，手指肚個數(shù)不同，書畫線條的粗細不同，可以設(shè)置手指肚個數(shù)越多，書畫線條越粗。也可以設(shè)置不同的手指肚的組合，書畫的類型不同。具體的，手指肚為大拇指和小拇指組合時，書寫的類型為楷體(繪畫的類型為油畫)，手指肚為大拇指和無名指時，書寫的類型為行體(繪畫的類型為水彩畫)這里例舉的只是部分例子，用戶可以根據(jù)喜好和需求預(yù)先設(shè)置手指肚組合和書畫類型的對應(yīng)關(guān)系，在此不一一例舉。更加個性化，符合用戶選擇不同的字體、進行書畫。由于書畫者在空中進行書畫動作時，計算機識別書畫者的書畫軌跡信息，能夠根據(jù)書畫者的書畫位置變化數(shù)據(jù)和書畫角度變化數(shù)據(jù)與書畫數(shù)據(jù)庫進行比對，得到書畫者想要書畫的書畫信息，簡單方便。能夠根據(jù)書畫的時間先后順序進行顯示，能夠在書畫者書畫錯誤時，能夠迅速的更改書畫，重新進行書畫。通過與預(yù)設(shè)學(xué)習(xí)內(nèi)容進行比對，預(yù)設(shè)學(xué)習(xí)內(nèi)容包括預(yù)設(shè)書畫臨摹范本，能夠提供用戶一種簡單、高效地書畫學(xué)習(xí)方式，使得用戶可以根據(jù)預(yù)設(shè)學(xué)習(xí)內(nèi)容中的預(yù)設(shè)書畫臨摹范本進行書畫學(xué)習(xí)。預(yù)設(shè)學(xué)習(xí)內(nèi)容還包括與預(yù)設(shè)書畫臨摹范本對應(yīng)的預(yù)設(shè)書畫步驟，可以在書畫學(xué)習(xí)的過程中得到標準的書畫學(xué)習(xí)步驟，從而免去依賴老師進行分步講解和示例，提高用戶的學(xué)習(xí)便利性，加快學(xué)習(xí)效率，提高學(xué)習(xí)進度。

圖7為本發(fā)明第五實施例的基于虛擬現(xiàn)實的書畫練習(xí)方法的流程圖，包括步驟：

s701通過手掌結(jié)構(gòu)構(gòu)成虛擬毛筆，構(gòu)建坐標系；

s702筆跡捕捉，根據(jù)判斷標準進行識別筆畫信息；

s703將識別的筆畫信息進行仿真成像。

具體的，本實施例中，s701包括確定定位點，基礎(chǔ)定位點為右手掌的指肚、掌心、手背。五個手指肚的組合可視為毛筆的筆鋒。確定坐標系，完全伸展手臂，手臂與手背保持在一個平面，建立面向前方的x軸坐標，再以手背與手腕的彎曲度y軸z軸坐標。通常我們在書法練習(xí)中說的左翻腕，右翻腕，指的就是(手腕)腕口轉(zhuǎn)動的方向。用力時，是手腕向腕口拳曲的。這是扳手腕的動作。發(fā)力是手腕向腕口拳起。建立判定標準，當模擬毛筆書寫時，指肚和掌心的各個點之間會構(gòu)成一個面，這個面類似于毛筆與紙張的接觸面，通過左右傾斜手掌、改變手掌和手臂的夾角等行為，可以模仿出毛筆書寫時的基本運筆方法，可以實現(xiàn)頓、劃、提等毛筆操作。當通過手掌模擬這些運筆過程時，在收筆時都可以順勢銜接出翻掌動作，使手背翻轉(zhuǎn)時，此時就可以判定為收筆。

上述筆畫動作的定義以及對應(yīng)的數(shù)學(xué)定義，可以用空間向量法來度量面與面之間角度的角度，同時，可以自定義并提供自我學(xué)習(xí)之用：如圖8所示，這里可以假設(shè)平面α就是手臂對應(yīng)的平面，β平面代表手背這個面，a為任意在平面α取得的一點，b為任意在平面β取得的一點，cd被認為是兩個面的交線，設(shè)距離ac＝a、bd＝b、cd＝c、ab＝d，那么根據(jù)向量法則可以得出平面α和β平面的夾角的函數(shù)公式：cosθ＝(a²+b²+c²-d²)÷2ab?？梢愿鶕?jù)夾角的值調(diào)整對應(yīng)到書法練習(xí)中各種筆畫效果?？梢酝ㄟ^數(shù)據(jù)手套等穿戴的體感設(shè)備，獲得手指手腕在vr環(huán)境下的運動點，可以記錄其軌跡，運動時間等參數(shù)。通過獲得的運動點的軌跡，可以獲得一個基本的筆畫字形結(jié)構(gòu)。最后通過成像技術(shù)將結(jié)果顯示在vr顯示器上。還可以通過運動時間，將作為筆鋒的運動停留時間加入計算，筆鋒會模擬對外的擴散，停留時間越長擴散范圍越大，從而模擬運筆時對墨量的把握。通過將手部關(guān)鍵定位點作為虛擬工具筆，使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)使得用戶用手部進行書畫練習(xí)，由于擬化書畫者的手部關(guān)鍵定位點作為虛擬工具筆，節(jié)省了毛筆、鋼筆、鉛筆等工具筆的消耗，能夠相應(yīng)減少紙張和墨水的浪費，節(jié)約生態(tài)資源。

應(yīng)當說明的是，上述實施例均可根據(jù)需要自由組合。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。