CN104464414A - 一种增强现实的教学*** - Google Patents

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Abstract

本发明一种适用于新兴教育需求的基于增强现实技术的教学***。学生通过佩戴的眼镜状装置，在教室的中央处理器的协同帮助下，与教学内容及教师可以进行充分互动，帮助学生熟悉所学内容并培养其兴趣。当教师在黑板上绘制某些特定的图形时，学生佩戴的眼镜状装置的摄像头可以将拍摄到图像发送到服务器，服务器检测图像，与数据库进行比对。比如，教师在黑板上绘制水坝的平面图形，眼镜状装置将图像发送至服务器进行计算，服务器传回数据给眼镜状装置，眼镜状装置在显示屏上叠加图像，即学生可以看到一个立体的水坝图形，通过对右侧触摸板的操作，学生可以旋转、缩放这个立体的水坝图形，并且也可以调整叠加图形的透明度。

Description

一种增强现实的教学***
技术领域
本发明是涉及一种教学***，具体地说是涉及一种结合增强现实技术的教学***，能进一步提高教师在课堂的表现力。
背景技术
增强现实是国外众多知名大学和研究机构的研究热点之一。AR技术不仅在与VR技术（虚拟现实）相类似的应用领域，诸如尖端武器、飞行器的研制与开发、数据模型的可视化、虚拟训练、娱乐与艺术等领域具有广泛的应用，而且由于其具有能够对真实环境进行增强显示输出的特性，在医疗研究与解剖训练、精密仪器制造和维修、军用飞机导航、工程设计和远程机器人控制等领域，具有比VR技术更加明显的优势。如今AR 的范围已经扩张到包括非视觉增强以及更广泛的应用领域，比如广告、导航、军事服务以及娱乐等等。为了使其成功部署，提供将这种计算机产生的数据( 图像) 无缝集成到真实世界的场景中已受到越来越多的关注。
一个完整的增强现实***是由一组紧密联结、实时工作的硬件部件与相关的软件***协同实现的，常用的有如下三种组成形式。在基于计算机显示器的AR实现方案中，摄像机摄取的真实世界图像输入到计算机中，与计算机图形***产生的虚拟景象合成，并输出到屏幕显示器。用户从屏幕上看到最终的增强场景图片。它虽然简单，但不能带给用户多少沉浸感。
头盔式显示器(Head-mounted displays,简称HMD)被广泛应用于虚拟现实***中，用以增强用户的视觉沉浸感。增强现实技术的研究者们也采用了类似的显示技术，这就是在AR中广泛应用的穿透式HMD。根据具体实现原理又划分为两大类，分别是基于光学原理的穿透式HMD(Optical See-through HMD)和基于视频合成技术的穿透式HMD(Video See-through HMD)。
光学透视式增强现实***具有简单、分辨率高、没有视觉偏差等优点，但它同时也存在着定位精度要求高、延迟匹配难、视野相对较窄和价格高等不足。
发明内容
本发明的目的是克服了现有技术中的不足，提供了一种更具有表现力，能使课堂更加生动的教学***的方案。传统课堂教学通常使用投影仪、黑板以及教师口头叙述的方式，虽然能提供足够丰富的动画、图片或音乐，但缺乏老师、学生以及教学内容三者之间的交互。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现：
本发明由三部分组成，分别是眼镜状装置和教室的中央服务器以及相关软件。
1、学生带有眼镜状的装置，其结构类似于现有的谷歌眼镜（Google Glass），其外形与普通眼镜相差无几，但是其镜片是透明的显示屏，在镜架右侧附有小型触摸板以便用户操作。另外眼镜左右两边安装一个高清光学摄像机可以拍摄用户所见的3D景象。眼镜中含有微处理器和一定的数据存储空间，考虑到现有技术的局限性，微处理器强调的是眼镜的数据传输能力。眼镜通过现有的无线网络技术与教室中的服务器相连接。图形相关运算需要较强的运算能力，现有的能安装在眼镜上的微处理器没有这么强的运算能力，因此，由眼镜将采集的图像数据等通过无线网络传送给教室中的中央服务器，服务器完成相关运算，将最终结果传输回眼镜，眼镜处理后在镜片上显示图像。
2、当教师在黑板上绘制某些特定的图形时，学生佩戴的眼镜状装置的高清摄像头可以将拍摄到图像发送到教室的中央服务器，中央服务器对图像进行检测，与内置数据库进行比对。比如，教师在黑板上绘制水坝的平面图形，眼镜状装置将图像发送至教室的中央服务器进行检测计算，与服务器内置数据库进行对比，匹配成功，通过两个高清光学摄像头的图像可以拍摄3D图像，进而可以在空间中定位，服务器传回数据（这些数据主要是所要叠加的图像以及该图像在空间中的位置）给眼镜状装置，眼镜状装置在镜片显示屏上叠加图像，即学生可以看到一个立体的水坝图形（在视野上遮盖了原先的平面水坝图形），通过对右侧触摸板的操作，学生可以旋转、缩放这个立体的水坝图形，并且也可以调整叠加图形的透明度。
3、与该教学***相匹配的相关软件，主要是给教师使用的，教师安装此软件在其PC上之后可以通过特定的用户名和密码来访问教室的中央服务器，可以将用于上课的素材上传到中央服务器的内置数据库中，因此本教学***是可扩展的。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
教师的课堂教学能够有更强的表现力，学生能更全面的获取信息。
附图说明
图1是本增强现实的教学***流程图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
步骤1 教师在黑板上绘制中央服务器的内置数据库中存储的图形。
步骤2 学生佩戴眼镜状装置的高清摄像头拍摄到该图形，并且将相关数据通过无线网络传送到中央服务器。
步骤3 中央服务器进行图形相关运算，并将运算结果传输回眼镜状装置。
步骤4 眼镜状装置接收数据，并且在镜片显示屏上叠加虚拟图像。
步骤5 学生通过眼镜状装置的侧面触摸板对虚拟图像进行旋转、缩放以及调节透明度等操作。
可选步骤 教师通过其PC上安装的相关软件对中央服务器的内置数据库内容进行增加、删除和修改。
本发明中涉及的未说明部份与现有技术相同或采用现有技术加以实现。

Claims (4)

1.一种利用增强现实技术协助教学的***，包括眼镜状装置、中央服务器以及相关软件，其特征是:利用眼镜状装置的摄像头采集数据；采集数据交由中央处理器处理；中央处理器传回数据给眼镜状装置；镜片显示屏根据数据显示图像。
2.根据权利要求1所述的眼镜状装置，其特征是:眼镜状装置在侧面两侧分别有一个摄像头，可以拍摄3D图像；眼镜状装置侧面有触摸板；眼镜状装置具有自己独立的微处理器；眼镜状装置具有透明的镜片显示屏；眼镜状装置具有无线网络功能，可以外部设备连接，如中央服务器。
3.根据权利要求1所述的中央服务器，其特征是:具有较强的图形运算能力；同时具有有线和无线网络功能；具有与其配套的客户端软件可以对服务器内的数据库进行操作；支持数据库。
4.根据权利要求1所述的相关软件，包括服务器中的两个摄像头采集图像在空间中定位的算法及计算机程序实现和客户端软件的程序实现，其特征是：可以通过两个摄像头采集图像在空间中定位；可以与服务器进行通信，对其进行数据库相关操作。
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