CN106355630B - 基于特征的动态实体生成方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于特征的动态实体生成方法及装置。其中方法包括以下步骤：获取实体的绘制笔迹；将绘制笔迹与多个预设图形对比；若存在与笔迹相似的第一预设图形，调整第一预设图形大小至与所述绘制笔迹相同；使用经调整后的所述第一预设图形替换所述绘制笔迹；将第一预设图形的属性信息作为实体属性信息；获取仿真环境的环境属性信息；根据实体属性信息和环境属性信息，模拟实体发生的物理过程，将所述物理过程显示在可视化显示设备上。从上面所述可以看出，本发明提供的基于特征的动态实体生成方法及装置，可以通过便捷地操作生成实体，并模拟实体所发生的物理过程，适合教学展示、科学研究等各领域，可以减轻教科研人员的工作量。

Description

基于特征的动态实体生成方法及装置

技术领域

本发明涉及仿真教学领域，特别是指一种基于特征的动态实体生成方法及装置。

背景技术

随着科学技术的发展，教师越来越多地用到电教设备辅助教学过程。特别是在多媒体教学工作中描述物体的物理过程时，大都是以提前做好的视频或flash课件来展现给学生。这种方式缺少教学的灵动性和内容的扩展性，限制了用户在教学过程中的思维创新和内容扩展，给用户的教学带来了极大的不便。因此，需求一种灵活形象的教学展示方法和装置，可以根据需求动态地生成物理实体，同时模拟生成的实体的物理过程。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种基于特征的动态实体生成方法及装置，其中基于特征的动态实体生成方法，包括以下步骤：

获取实体的绘制笔迹；

将绘制笔迹与多个预设图形对比；

若存在与笔迹相似的第一预设图形，调整第一预设图形大小至与所述绘制笔迹相同；

使用经调整后的所述第一预设图形替换所述绘制笔迹；将第一预设图形的属性信息作为实体属性信息；

获取仿真环境的环境属性信息；

根据实体属性信息和环境属性信息，模拟实体发生的物理过程。

将所述物理过程显示在可视化显示设备上。

进一步，还包括以下步骤：

若不存在与笔迹相似的预设图形，则保留绘制笔迹，用于表示实体；

获取外部输入的属性信息作为实体属性信息。

进一步，所述环境信息包括仿真环境的大小和边界；模拟实体发生的物理过程，包括以下步骤：

获取各实体的初始位置；

根据实体属性信息和环境属性信息，计算各实体在环境中的运动状态；

当任意实体发生接触时，计算发生接触的实体之间的相互作用；

当仿真环境中的全部实体停止运动后，停止模拟过程。

进一步，还包括将外部图形保存为预设图形的步骤：

获取外部输入的新图形；

获取所述新图形的实体属性信息；

将该新图形及其实体属性信息保存，作为预设图形。

进一步，还包括如下步骤：

在模拟物理过程时，以固定时间间隔获取各实体的位置和状态；

将各实体的位置更新至可视化显示设备。

本发明还提供基于特征的动态实体生成装置，包括：

图形绘制模块，用于获取实体的绘制笔迹；

图形识别模块，用于将绘制笔迹与多个预设图形对比；若存在与笔迹相似的第一预设图形，图形绘制模块用于调整第一预设图形大小至与所述绘制笔迹相同，使用经调整后的所述第一预设图形替换所述绘制笔迹；

图形库模块，用于存储预设图形；

属性设置模块，包括实体属性设置子模块和环境属性设置子模块；实体属性设置子模块用于将所述第一预设图形的属性信息作为实体属性信息，环境属性设置子模块用于获取仿真环境的环境属性信息；

过程控制模块，用于根据实体属性信息和环境属性信息，模拟实体发生的物理过程。

进一步，若经图形识别模块识别后，不存在与笔迹相似的预设图形，则图形绘制模块保留绘制笔迹，用于表示实体；

实体属性设置子模块用于获取外部输入的属性信息作为实体属性信息。

进一步，所述环境属性设置子模块用于根据环境信息建立仿真环境，所述环境信息包括仿真环境的大小和边界；过程控制模块用于获取各实体的初始位置；过程控制模块用于根据实体属性信息和环境属性信息，计算各实体在环境中的运动状态；当任意实体发生接触时，过程控制模块用于计算发生接触的实体之间的相互作用；当仿真环境中的全部实体停止运动后，过程控制模块用于停止模拟过程。

进一步，图形绘制模块还用于获取外部输入的新图形；实体属性设置子模块用于获取所述新图形的实体属性信息；图形库模块用于将该新图形及其实体属性信息保存，作为预设图形。

进一步，还包括显示模块，用于将所述物理过程进行可视化显示。

从上面所述可以看出，本发明提供的基于特征的动态实体生成方法及装置，可以通过便捷地操作生成实体，并模拟实体所发生的物理过程，适合教学展示、科学研究等各领域，可以减轻教科研人员的工作量，同时生动形象，寓教于乐。

附图说明

图1为本发明提供的基于特征的动态实体生成装置的模块示意图；

图2为本发明提供的基于特征的动态实体生成方法的实施例的整体流程图；

图3为本发明提供的基于特征的动态实体生成方法的实施例中模拟实体发生的物理过程的方法流程图；

图4为本发明提供的基于特征的动态实体生成方法的实施例中模拟实体发生的物理过程的第一状态示意图；

图5为本发明提供的基于特征的动态实体生成方法的实施例中模拟实体发生的物理过程的第二状态示意图；

图6为本发明提供的基于特征的动态实体生成方法的实施例中模拟实体发生的物理过程的第三状态示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。

首先，结合附图介绍本发明提供的基于特征的动态实体生成装置的实施例。

图1为本发明提供的基于特征的动态实体生成装置的模块示意图。如图所示，本实施例包括：

图形绘制模块1，用于获取实体的绘制笔迹。

图形识别模块2，用于将绘制笔迹与多个预设图形对比；若存在与笔迹相似的第一预设图形，图形绘制模块1用于调整第一预设图形大小至与所述绘制笔迹相同，使用经调整后的所述第一预设图形替换所述绘制笔迹。

图形库模块3，用于存储预设图形。

属性设置模块4，包括实体属性设置子模块41和环境属性设置子模块42；实体属性设置子模块41用于将所述第一预设图形的属性信息作为实体属性信息，环境属性设置子模块42用于获取仿真环境的环境属性信息。

过程控制模块5，用于根据实体属性信息和环境属性信息，模拟实体发生的物理过程。

需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，或者用于区分多个同名实体中的某一个，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

进一步，若经图形识别模块2识别后，不存在与笔迹相似的预设图形，则图形绘制模块1保留绘制笔迹，用于表示实体。

实体属性设置子模块41获取外部输入的属性信息作为实体属性信息。

进一步，所述环境属性设置子模块42用于根据环境信息建立仿真环境，所述环境信息包括仿真环境的大小和边界；过程控制模块5获取各实体的初始位置；过程控制模块5用于根据实体属性信息和环境属性信息，计算各实体在环境中的运动状态；当任意实体发生接触时，过程控制模块5用于计算发生接触的实体之间的相互作用；当仿真环境中的全部实体停止运动后，过程控制模块5用于停止模拟过程。

进一步，图形绘制模块1还用于获取外部输入的新图形；实体属性设置子模块41用于获取所述新图形的实体属性信息；图形库模块2将该新图形及其实体属性信息保存，作为预设图形。

进一步，还包括显示模块5，用于将所述物理过程进行可视化显示。

下面，结合附图介绍本发明提供的基于特征的动态实体生成方法的实施例。

图2为本发明提供的基于特征的动态实体生成方法的实施例的整体流程图。如图所示，本实施例包括以下步骤：

S1，获取实体的绘制笔迹。

S2，将绘制笔迹与多个预设图形对比。

S3，若存在与笔迹相似的第一预设图形，调整第一预设图形大小至与所述绘制笔迹相同。

S4，使用经调整后的所述第一预设图形替换所述绘制笔迹；将第一预设图形的属性信息作为实体属性信息。

S5，获取仿真环境的环境属性信息。

S6，根据实体属性信息和环境属性信息，模拟实体发生的物理过程。

在步骤S1中，获取的绘制笔迹包括线条和颜色等，并将实体的绘制笔迹的外轮廓记录，以供后续对比。

在步骤S2中，多个预设图形指存储于图形库模块中的全部预设图形，这些图形为物理实验中常用的一些物体，例如弹簧、砝码、各种属性的方块和球体等；对比的内容包括线条和颜色。为了便于对比，每个预设图形都应当具备一副与预设图形对应大小的、用于对比的标准图案，标准图案具备边缘明显的线条和图案，例如，气球的预设图形，可能因为反光，颜色存在渐变，所以气球的标准图案应当去除颜色渐变，将气球轮廓用单一颜色线条表示，将气球表面颜色用纯色表示，以便于区分。

在步骤S3和S4中，将绘制笔记替换为与实体对应的预设图形；在获取绘制笔迹的线条之后，将线条的轮廓与第一预设图形的轮廓线对比，调整第一预设图形的大小，使之与绘制笔迹的大小相符合。第一预设图形具备一些初始的属性信息，仍然以气球的预设图形为例，具备体积、球面质量、内容气体密度等属性；又或以方块实体为例，应当具备方块质量、方块体积、方块各表面摩擦系数、方块重心等属性。使用第一预设图形替换绘制笔迹后，同时也使用第一预设图形的属性信息替换实体的属性信息。进一步，还可以对实体属性再次进行调整。

在步骤S5中，环境属性信息包括但不限于风向、风速、气体密度、重力加速度、温度；环境属性信息可以由***预先设置，也可以从外部获取进行调整。

进一步，还包括以下步骤：

S7，若不存在与笔迹相似的预设图形，则保留绘制笔迹，用于表示实体。

S8，获取外部输入的属性信息作为实体属性信息。

上述步骤S7和S8用于在实体的绘制笔迹与图形库中的任何一个预设图形均不相同时，使用绘制笔迹直接表示实体；由于没有对应的预设图形，也就无法获取预设的实体属性信息，因此使用外部获取的属性信息作为实体属性信息。

进一步，步骤S71还包括以下子步骤：

S71，对绘制笔迹的线条进行平滑处理，保持绘制笔迹的色块位于原线条内；用经过平滑处理的绘制笔迹表示实体。

进一步，所述环境信息包括仿真环境的大小和边界；图3为本发明提供的基于特征的动态实体生成方法的实施例中模拟实体发生的物理过程的方法流程图。如图所示，模拟实体发生的物理过程，包括以下步骤：

S61，获取各实体的初始位置。

S62，根据实体属性信息和环境属性信息，计算各实体在环境中的运动状态。

S63，当任意实体发生接触时，计算发生接触的实体之间的相互作用。

S64，当仿真环境中的全部实体停止运动后，停止模拟过程。

图4为本发明提供的基于特征的动态实体生成方法的实施例中模拟实体发生的物理过程的第一状态示意图；图5为本发明提供的基于特征的动态实体生成方法的实施例中模拟实体发生的物理过程的第二状态示意图；图6为本发明提供的基于特征的动态实体生成方法的实施例中模拟实体发生的物理过程的第三状态示意图。下面结合图4至图6对上述步骤S1-S6的方法进行解释说明。

首先如图4所示，界面中包括仿真环境1和环境边界11，这可以是预先设定或经人工输入参数调整得到的；界面中还包括气球实体2、杠杆***3，其中杠杆***3具体包括第一方块实体31、第二方块实体32、杠杆实体33和支点实体34。图4中的气球实体2和杠杆***3均为外部获取的实体的绘制笔迹，还可以包含颜色信息，鉴于颜色在图片中不便于展示且对比原理为本领域技术人员所掌握，因此不再加入本实施例中。

在获得图4所示的界面后，执行步骤S2，将气球实体2和杠杆***3中的全部实体与图形库中的各预设图形进行比对，然后执行步骤S3和步骤S4，使用与各实体最为接近的预设图形替换对应的实体的绘制笔迹。替换后的界面如图5所示。此时各实体的图案已经替换为预设图形，同时各实体的实体属性信息也已经替换为对应预设图形的实体属性信息。接下来，执行步骤S5，获取仿真环境的环境属性信息，具体内容在上文已经举例介绍，在此不再赘述。

接下来，执行步骤S6，根据实体属性信息和环境属性信息，模拟实体发生的物理过程。在此我们假设支点实体34位于杠杆实体33正中，第一方块实体31密度均匀且质量大于第二方块实体32，第一方块实体31和第二方块实体32重心距离刚支点实体34顶点的垂直距离相同，且二者底面与杠杆实体33上表面之间的摩擦系数足以在杠杆实体33发生倾斜时将二者保持于杠杆实体33上；所述气球实体2的整体密度小于环境气体密度。首先执行步骤S61至S63，获取各实体的初始位置，根据实体属性信息和环境属性信息，计算各实体在环境中的运动状态。根据物理学基本知识可知，界面中的实体不再固定时，气球实体2由于密度小于环境气体密度，会垂直上升(假设环境无风)，并逐渐加速直至与环境边界11的上边缘相接触；第一方块实体31和第二方块实体32下落，并同时与杠杆实体33接触，由于第一方块实体31质量较大，杠杆实体33以其中点为中心逆时针转动，直至杠杆实体33左端与地面接触。至此，仿真环境1中全部实体停止运动，执行步骤S64，停止模拟过程。

需要说明的是，上述物理过程的描述所考虑的环境属性信息较少，是基于理想环境的一次物理实验，可选的，可以对各实体的实体属性信息进行进一步设定，又或对仿真环境的环境属性信息进行进一步设定，从而获得更加贴近现实的仿真过程。

进一步，还包括将外部图形保存为预设图形的步骤：

获取外部输入的新图形。

获取所述新图形的实体属性信息。

将该新图形及其实体属性信息保存，作为预设图形。

进一步，还包括如下步骤：

S9，将所述物理过程显示在可视化显示设备上。

进一步，步骤S9具体包括以下子步骤：

S91，在模拟物理过程时，以固定时间间隔获取各实体的位置和状态。

S92，将各实体的位置更新至可视化显示设备。

综上所述，本发明提供的基于特征的动态实体生成方法及装置，可以通过便捷地操作生成实体，并模拟实体所发生的物理过程，适合教学展示、科学研究等各领域，可以减轻教科研人员的工作量，同时生动形象，寓教于乐。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于特征的动态实体生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取实体的绘制笔迹；

将绘制笔迹与多个预设图形对比；

若存在与笔迹相似的第一预设图形，调整第一预设图形大小至与所述绘制笔迹相同；

使用经调整后的所述第一预设图形替换所述绘制笔迹；将第一预设图形的属性信息作为实体属性信息，所述属性信息是指对相应实体的物理运行状态造成影响的物理属性；

获取仿真环境的环境属性信息，所述环境属性信息包括仿真环境的大小和边界；

根据实体属性信息和环境属性信息，模拟实体发生的物理过程；所述模拟实体发生的物理过程进一步包括：

获取各实体的初始位置；

根据实体属性信息和环境属性信息，计算各实体在环境中的运动状态；

当任意实体发生接触时，计算发生接触的实体之间的相互作用；

当仿真环境中的全部实体停止运动后，停止模拟过程；

将所述物理过程显示在可视化显示设备上。

2.根据权利要求1所述的基于特征的动态实体生成方法，其特征在于，还包括以下步骤：

若不存在与笔迹相似的预设图形，则保留绘制笔迹，用于表示实体；

获取外部输入的属性信息作为实体属性信息。

3.根据权利要求1所述的基于特征的动态实体生成方法，其特征在于，还包括将外部图形保存为预设图形的步骤：

获取外部输入的新图形；

获取所述新图形的实体属性信息；

将该新图形及其实体属性信息保存，作为预设图形。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的基于特征的动态实体生成方法，其特征在于，将所述物理过程显示在可视化显示设备上，还包括如下步骤：

在模拟物理过程时，以固定时间间隔获取各实体的位置和状态；

将各实体的位置更新至可视化显示设备。

5.一种基于特征的动态实体生成装置，其特征在于，包括：

图形绘制模块，用于获取实体的绘制笔迹；

图形识别模块，用于将绘制笔迹与多个预设图形对比；若存在与笔迹相似的第一预设图形，图形绘制模块用于调整第一预设图形大小至与所述绘制笔迹相同，使用经调整后的所述第一预设图形替换所述绘制笔迹；

图形库模块，用于存储预设图形；

属性设置模块，包括实体属性设置子模块和环境属性设置子模块；

实体属性设置子模块用于将所述第一预设图形的属性信息作为实体属性信息，所述属性信息是指对相应实体的物理运行状态造成影响的物理属性；

环境属性设置子模块用于获取仿真环境的环境属性信息，根据所述环境属性信息建立仿真环境，所述环境属性信息包括仿真环境的大小和边界；

过程控制模块，用于根据实体属性信息和环境属性信息，模拟实体发生的物理过程；

所述过程控制模块用于模拟实体发生的物理过程进一步包括：

所述过程控制模块用于获取各实体的初始位置，根据实体属性信息和环境属性信息，计算各实体在环境中的运动状态；当任意实体发生接触时，过程控制模块用于计算发生接触的实体之间的相互作用；当仿真环境中的全部实体停止运动后，过程控制模块用于停止模拟过程；

显示模块，用于将所述物理过程进行可视化显示。

6.根据权利要求5所述的基于特征的动态实体生成装置，其特征在于，若经图形识别模块识别后，不存在与笔迹相似的预设图形，则图形绘制模块保留绘制笔迹，用于表示实体；

实体属性设置子模块用于获取外部输入的属性信息作为实体属性信息。

7.根据权利要求5所述的基于特征的动态实体生成装置，其特征在于，图形绘制模块还用于获取外部输入的新图形；实体属性设置子模块用于获取所述新图形的实体属性信息；图形库模块用于将该新图形及其实体属性信息保存，作为预设图形。

8.根据权利要求5-7任意一项所述的基于特征的动态实体生成装置，其特征在于，还包括显示模块，用于将所述物理过程进行可视化显示。

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