CN104269079A - 基于镜面反射和增强现实技术的移动终端幼教***及方法 - Google Patents

基于镜面反射和增强现实技术的移动终端幼教***及方法 Download PDF

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Abstract

基于镜面反射和增强现实技术的移动终端幼教***及方法，属于幼儿教育领域。包括移动终端、成像装置及用于固定移动终端的底座，底座与移动终端底部相连，移动终端顶部装有前置摄像头，移动终端用于产生虚拟物体或场景并读取前置摄像头获取的图像；移动终端包括增强现实应用模块，该模块用于将移动终端中的虚拟物体或场景叠加到真实世界中；成像装置包括连接件和反光镜，反光镜通过连接件与移动终端的顶部相连，用于反射前置摄像头获取的图像。***结构简单，安全性强，方法简单易行，功能多样且趣味性强，能够调动幼儿在现实环境中与移动终端形成有效互动进行游戏，提高用户体验感，家长和孩子能够共同使用，丰富幼儿生活；适用于幼儿教育。

Description

基于镜面反射和增强现实技术的移动终端幼教***及方法
技术领域
本发明属于幼儿教育领域，具体是一种移动终端幼教***及方法，尤其是涉及一种基于镜面反射和增强现实技术的移动终端幼教***及方法。 
背景技术
随着移动终端的普及，用户对智能手机和平板电脑等智能移动终端的依赖性也越来越强。智能移动终端的娱乐性已远远超过现实世界的玩具，智能移动设备中的内容对儿童的吸引度远远超过传统的玩具。然而，在享受高质量娱乐互动的体验同时，家长也会担心长时间使用会影响孩子的视力，更担心孩子沉迷与数字世界而产生与现实世界自闭的心理障碍。因此，为儿童建立数字世界与现实世界互动的需求应声而出。作为一种人机交互技术的增强现实技术(简称AR)早在几年前就已非常成熟，但因为摄像技术、图像识别技术、图像处理技术、交互方式、光线感知、创意及商业应用都存在着一些不确定性，所以导致增强现实技术只在展览展示领域有所作为，而真正应用在幼教娱乐领域却寥寥无几。且现有用于幼教的装置单一。为了能让幼教变得轻松简单，可以巧妙的利用智能移动设备和增强现实的特性与真实玩具建立互动关系，通过基于镜面反射和增强现实技术的移动终端幼教***及方法，让孩子即能拥抱现实中的游戏，同时也能享受智能移动终端的高质量体验，有助于培养孩子的良好性格，从而解除家长的担忧和降低数字世界对孩子成长中的价值观和心理影响。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服移动终端在进行幼教时与现实世界脱离且与使用者互动少的缺点，提供一种基于镜面反射和增强现实技术的移动终端幼教***及方法。 
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：基于镜面反射和增强现实技术的移动终端幼教***，包括移动终端、成像装置及用于固定移动终端的底座，底座与移动终端的底部相连，所述移动终端的顶部装有前置摄像头，移动终端用于产生虚拟物体或场景，并读取前置摄像头获取的图像；移动终端包括增强现实应用模块，增强现实应用模块用于将移动终端中的虚拟物体或场景叠加到真实世界的场景中；所述成像装置包括连接件和反光镜，反光镜通过连接件与移动终端的顶部相连，用于对前置摄像头获取的图像进行反射。 
具体的，所述底座包括平板基座与支撑体，支撑体的横截面为倒U形，平板基座的一边与支撑体的一个端口的边侧相连，支撑体的顶端设置有与移动终端底部相适配的卡槽。 
优选的，所述卡槽与平板基座的夹角范围为75°～85°。 
优选的，所述卡槽内设置有能夹紧移动终端的弹性卡爪，且卡槽的边沿中部设有与移动 终端的屏幕控制键相匹配的矩形缺口。 
进一步的，所述反光镜与移动终端的屏幕呈150°夹角，且所述连接件和反光镜的外部设有半圆球状的保护罩。 
本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是：基于镜面反射和增强现实技术的移动终端幼教方法，包括以下步骤： 
A.将移动终端安装在底座上，使得移动终端与水平面有一定倾角； 
B.将成像装置安装在移动终端顶端并调整其位置，使得成像装置能够对前置摄像头的取像进行反射； 
C.开启移动终端中的增强现实应用模块，使得移动终端中的虚拟物体或场景叠加到真实世界的场景之上； 
D.利用幼儿玩具完成幼教活动。 
具体的，步骤A中是一定倾角的角度范围为75°～85°。 
优选的，步骤B中的成像装置包括连接件和反光镜，反光镜通过连接件与移动终端的顶部相连，用于对前置摄像头获取的图像进行反射，所述反光镜与移动终端的屏幕呈150°夹角。 
进一步的，步骤C中开启移动终端中的增强现实应用模块具体为移动终端获取幼儿玩具的二维码信息后，根据该信息激活增强现实应用模块。 
具体的，所述移动终端为智能手机或平板电脑。 
本发明的有益效果是：***结构简单，成本低廉，易于操作，安全性强，方法简单易行，功能多样且趣味性强，能够有效调动幼儿在现实环境中与移动终端形成有效互动进行游戏，提高移动终端的用户体验感，且可以供家长和孩子共同使用，有效丰富幼儿生活。本发明适用于幼儿教育过程。 
附图说明
图1是本发明的***结构的正视图； 
图2是本发明的***结构的侧视图； 
图3是本发明的***中底座的剖视图； 
图4是本发明的***中底座的侧视图； 
图5是本发明的方法流程图； 
其中，1为成像装置，2为移动终端，21为屏幕控制键，3为底座，31为平板基座，32为支撑体，33为卡槽。 
具体实施方式
下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案。 
如图1～2所示，本发明的基于镜面反射和增强现实技术的移动终端幼教***，包括移动终端2、成像装置1及用于固定移动终端的底座3，底座3与移动终端2的底部相连，所述移动终端2的顶部装有前置摄像头，移动终端2用于产生虚拟物体或场景，并读取前置摄像头获取的图像；移动终端2包括增强现实应用模块，增强现实应用模块用于将移动终端中的虚拟物体或场景叠加到真实世界的场景中；所述成像装置1包括连接件和反光镜，反光镜通过连接件与移动终端2的顶部相连，用于对前置摄像头获取的图像进行反射。 
一般而言，移动终端为智能手机或平板电脑。 
增强现实应用模块即增强现实软件，是基于增强现实技术(Augmented Reality Technique，简称AR)的。AR为现有技术，市场上也有很多增强现实软件。本发明使用现有的增强现实软件即可实现相应功能。AR是通过计算机***提供的信息增加用户对现实世界感知的技术，并将计算机生成的虚拟物体、场景或***提示信息叠加到真实场景中，从而实现对现实的“增强”。它将计算机生成的虚拟物体或关于真实物体的非几何信息叠加到真实世界的场景之上，实现了对真实世界的增强。同时，由于用于与真实世界的联系并未被切断，交互方式也就显得更加自然。其技术特点如下： 
虚实结合：它可以将显示器屏幕扩展到真实环境，使计算机窗口与图标叠映于现实对象，由眼睛凝视或手势指点进行操作；让三维物体在用户的全景视野中根据当前任务或需要交互地改变其形状和外观；对于现实目标通过叠加虚拟景象产生类似于X光透视的增强效果；将地图信息直接***现实景观以引导驾驶员的行动；通过虚拟窗口调看室外景象、使墙壁仿佛变得透明。 
实时交互：它使交互从精确的位置扩展到整个环境，从简单的人面对屏幕交流发展到将自己融合于周围的空间与对象中。运用信息***不再是自觉而有意的独立行动，而是和人们的当前活动自然而然地成为一体。交互性***不再是具备明确的位置，而是扩展到整个环境。且能进行三维注册，即根据用户在三维空间的运动调整计算机产生的增强信息。 
为了便于支撑移动终端2，所述底座3包括平板基座31与支撑体32，其结构示意图如图3及4所示。支撑体32的横截面为倒U形，平板基座31的一边与支撑体32的倒U形一个端口的边侧相连，支撑体32的顶端设置有固定移动终端2的卡槽33。所述平板基座31可以为实心平板，也可以为空心的矩形支架。为了紧固移动终端2，防止在使用过程中发生移动终端2倾倒的情况，所示卡槽33内设置有能夹紧移动终端2的弹性卡爪。为了便于可以将移动终端的控制键露出来，便于进行控制操作，所述卡槽的边沿中部设有与移动终端的屏幕控制键21相匹配的矩形缺口。为了使得移动终端2的屏幕以最舒适的角度呈现给与其互动的用户， 卡槽33与平板基座32的夹角范围为75°～85°，以此角度定位移动终端的倾斜角度。优选的，底座有3个角度可调节，根据用户站立、坐着、俯卧三个不同姿势进行自由调节。由于现有移动终端的扬声器基本都设置在靠近其底端处，设置卡槽33的深度至少为移动终端的底端到其扬声器的距离，如此设计，能够为移动终端2的声音增加重低音效果，通过底座3的卡槽内部空间与智能移动设备扬声器产生声音回绕，提升移动终端2的娱乐体验。 
为了有效保护成像装置1内部的器件，其外部设有半圆球状的保护罩，内部为卡槽和反光镜，反光镜与移动终端的屏幕呈150°夹角，卡槽33作为连接件将反光镜固定在移动终端2上。卡槽33的厚度由移动终端2的厚度决定，如卡在IPAD MINI上和IPAD NEW这两款智能移动终端上是存在2-3mm尺寸分别的。反光镜从移动终端2带有前置摄像头的一端垂直安装在移动终端2上，反光镜150°外倾斜面刚好遮住移动终端2的前置摄像头，利用贴在30度内倾斜面上的镜片，完成对移动终端2的前置摄像头的获取的图像进行反射。通过镜面折射原理，在不改变移动终端2摆放角度的情况下将前置摄像头的水平取景转变为垂直取景，从而实现移动终端2的屏幕显示出与其垂直的区域画面，通过增强现实互动软件对图像进行镜像旋转处理，达到一个与水平取景比例、正反关系相同的图像。得到该图像后，在取像区域内用户可以使用真实互动道具(如七巧板，字母卡，数字卡，卡通玩具等，根据增强现实软件设计幼教内容的不同而使用不同的互动道具)与移动终端2内的增强现实软件互动，本发明能够获得远远高于利用移动终端后置摄像头取像屏幕呈像的体验，加强了互动内容的类型和交互方式，使得基于增强现实数字软件产品提升了想像和创作空间，拓展幼教方式，且可以使得家长积极参与到幼教活动中，在家长幼教的过程中提供简单和托管的作用。 
在实际中，可以将底座3及成像装置1定位为移动终端的外设辅助道具。 
如图5所示，本发明的基于镜面反射和增强现实技术的移动终端幼教方法，包括以下步骤： 
A.将移动终端安装在底座上，使得移动终端与水平面形成75°～85°的倾角； 
B.将连接件和反光镜安装在移动终端顶端，通过连接件与移动终端的顶部相连，用于对前置摄像头获取的图像进行反射，所述反光镜与移动终端的屏幕呈150°夹角； 
C.移动终端获取幼儿玩具的二维码信息，开启该幼儿玩具相应的增强现实应用模块，使得移动终端中的虚拟物体或场景叠加到真实世界的场景之上； 
D.利用幼儿玩具完成幼教活动。 
可以将现实中的幼儿玩具与增强现实应用模块进行绑定，即利用幼儿玩具的二维码信息解锁程序进行激活，激活后方可进行互动游戏。其工作原理为：增强现实应用模块中内置一个识别程序，识别程序和服务器数据对接，幼儿玩具上的二维码信息在服务器中有相对应的 ID号，二维码信息和服务器ID号为随机匹配生成。用户在使用时的流程为：打开增强现实应用模块后，移动终端提示用户需要扫描互动产品的二维码信息进行ID认证，扫码认证成功后即可激活游戏开始运行。 
实施例 
以移动终端为iPad MINI进行七巧板幼教活动为例进行数字化互动幼儿教育，让孩子提高锻炼动手能力和智力，其步骤如下： 
1.将底座、连接件和反光镜安装在iPad MINI上； 
2.打开iPad MINI里面的七巧板应用，按照应用的提示调整好反光镜的位置，并按幼教娱乐的开始按钮； 
3.七巧板共有10关可供选择，选择第一关，屏幕呈现出一只千纸鹤的图形，图形是由线框图组成的； 
4.取出真实互动道具七巧板，按照上一步中屏幕里展示的千纸鹤形状，将真实的七巧板摆成千纸鹤的形状，通过前置摄像头获取现实中幼儿使用幼儿玩具摆出的造型，如果摆出来的状态和屏幕里的状态一致，那么屏幕里的线框图将变成实体颜色图，并且有声音提示正确，并进入下一关的互动； 
5.完成互动后，将连接件和反光镜从iPad MINI取下，并将iPad MINI从底座上取下，收好真实互动道具七巧板，关闭七巧板应用程序，即完成一次利用镜面反射和增强现实技术幼教的互动。 
通过上述方法呢够有效进行幼教活动，拓展幼儿教育的内容及范围，丰富其行动，有助于幼儿发育及成长。 

Claims (10)

1.基于镜面反射和增强现实技术的移动终端幼教***，其特征在于，包括移动终端、成像装置及用于固定移动终端的底座，底座与移动终端的底部相连，所述移动终端的顶部装有前置摄像头，移动终端用于产生虚拟物体或场景，并读取前置摄像头获取的图像；移动终端包括增强现实应用模块，增强现实应用模块用于将移动终端中的虚拟物体或场景叠加到真实世界的场景中；所述成像装置包括连接件和反光镜，反光镜通过连接件与移动终端的顶部相连，用于对前置摄像头获取的图像进行反射。
2.如权利要求1所述的基于镜面反射和增强现实技术的移动终端幼教***，其特征在于，所述底座包括平板基座与支撑体，支撑体的横截面为倒U形，平板基座的一边与支撑体的一个端口的边侧相连，支撑体的顶端设置有与移动终端底部相适配的卡槽。
3.如权利要求2所述的基于镜面反射和增强现实技术的移动终端幼教***，其特征在于，所述卡槽与平板基座的夹角范围为75°～85°。
4.如权利要求3所述的基于镜面反射和增强现实技术的移动终端幼教***，其特征在于，所述卡槽内设置有能夹紧移动终端的弹性卡爪，且卡槽的边沿中部设有与移动终端的屏幕控制键相匹配的矩形缺口。
5.如权利要求1或2或3或4所述的基于镜面反射和增强现实技术的移动终端幼教***，其特征在于，所述反光镜与移动终端的屏幕呈150°夹角，且所述连接件和反光镜的外部设有半圆球状的保护罩。
6.基于镜面反射和增强现实技术的移动终端幼教方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.将移动终端安装在底座上，使得移动终端与水平面有一定倾角；
B.将成像装置安装在移动终端顶端并调整其位置，使得成像装置能够对前置摄像头的取像进行反射；
C.开启移动终端中的增强现实应用模块，使得移动终端中的虚拟物体或场景叠加到真实世界的场景之上；
D.利用幼儿玩具完成幼教活动。
7.如权利要求6所述的基于镜面反射和增强现实技术的移动终端幼教方法，其特征在于，步骤A中是一定倾角的角度范围为75°～85°。
8.如权利要求6所述的基于镜面反射和增强现实技术的移动终端幼教方法，其特征在于，步骤B中的成像装置包括连接件和反光镜，反光镜通过连接件与移动终端的顶部相连，用于对前置摄像头获取的图像进行反射，所述反光镜与移动终端的屏幕呈150°夹角。
9.如权利要求6或7或8所述的基于镜面反射和增强现实技术的移动终端幼教方法，其特征在于，步骤C中开启移动终端中的增强现实应用模块具体为移动终端获取幼儿玩具的二维码信息后，根据该信息激活增强现实应用模块。
10.如权利要求6所述的基于镜面反射和增强现实技术的移动终端幼教方法，其特征在于，所述移动终端为智能手机或平板电脑。
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