CN105677630A - 基于动态几何及计算机代数系统的电子书系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于动态几何及计算机代数系统的电子书系统，包括文本模块、动态几何图形模块、计算机代数系统、交互控件模块和排版模块，所述排版模块分别与文本模块、动态几何图形模块、计算机代数系统、交互控件模块电连接，所述交互控件模块分别与文本模块、动态几何图形模块、计算机代数系统电连接，所述计算机代数系统分别与文本模块、动态几何图形模块电连接。本发明通过插入动态文本、公式、带约束关系的几何对象、控制参数变换的控件(按钮、输入框、滑竿等)等，结合文档的分页、排版，制作一本前后内容连贯、参数、动作驱动的动态可交互的书籍；该书籍制作完成后，可以在浏览器上跨平台地进行阅读、操作、分享，无需任何插件和播放器。

Description

基于动态几何及计算机代数系统的电子书系统

技术领域

本发明涉及电子教材及教辅技术领域，尤其涉及一种基于动态几何及计算机代数系统的电子书系统。

背景技术

现有电子书的生成方式大多采用以下几种手段：纸质书籍电子化，及将已有的纸质书通过图像扫描的方式直接电子化；通过通用文档编辑软件制作电子书籍，在文本内容中插入静态的图片、图形等，最后生成pdf或其他格式的文档；通过flash等动画软件结合一定的程序设计，制作特定内容的动态书籍；动态几何及计算机代数系统广泛运用于各种教辅辅助软件，如大家所熟悉的超级画板、几何画板等，能用以制作有关数学、物理等学科的动态、可交互的课件内容。

纸质书籍电子化是一个快捷的电子书生成方式，但生成内容受到已有出版物的限制，且内容死板，由于大多是图像扫描技术生成，文件占用空间大；通用文档编辑软件制作的电子书籍，内容可以自定义，且能插入丰富的图片和图形，生成的文件体积较小，排版合理遍于阅读，但无法支持动态几何和代数运算，无法满足交互性强的理工科内容需要；通过flash等动画软件并结合一定的程序设计制作的特定内容的动态书籍，虽然能够增加一些动态的内容，也能满足一些交互需求，但是制作过程复杂、需要内容专家、技术专家等各领域专家一起协同才能制作完成；超级画板和几何画板等是数学教师熟悉的教学辅助软件，应用这些软件能制作出动态的可交互的课件，用以将抽象的数学问题形象化展示，但这些软件缺乏完整的文字处理和排版，无法生成多页的电子书籍，生成的内容也只用特定的软件打开，大大限制了用户的使用。

发明内容

针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种基于动态几何及计算机代数系统的电子书系统，电子书系统通过插入动态文本、公式、带约束关系的几何对象、控制参数变换的控件(按钮、输入框、滑竿等)等，结合文档的分页、排版，制作一本前后内容连贯、参数、动作驱动的动态可交互的书籍；该书籍制作完成后，可以在浏览器上跨平台地进行阅读、操作、分享，无需任何插件和播放器。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种基于动态几何及计算机代数系统的电子书系统，包括文本模块、动态几何图形模块、计算机代数系统、交互控件模块和排版模块，所述排版模块分别与文本模块、动态几何图形模块、计算机代数系统、交互控件模块电连接，所述交互控件模块分别与文本模块、动态几何图形模块、计算机代数系统电连接，所述计算机代数系统分别与文本模块、动态几何图形模块电连接；所述文本模块用于显示静态文本数据和动态文本数据，所述静态文本数据包括文字、图片、公式，所述动态文本数据支持Latex格式或/和ASCII格式的公式输入及运算；所述动态几何图形模块通过交互控件模块控制几何图形的变量，动态几何图形模块能够根据几何图形变量变化动态显示几何图形并动态测量几何图形，动态几何图形模块内部具有约束关系数据库，动态几何图形模块带有约束关系构建出动态几何图形的变量变化控制、动态几何图形测量、公式动态验证；

所述计算机代数系统内部存储几何图形的运算公式，计算机代数系统用于为几何图形构造及测量运算、动态文本数据提供数据运算和符号运算的底层运算数据支持；

所述交互控件模块包括驱动几何图形、动态文本数据变量变化的运动控件和交互动作按钮，所述运动控件包括滑竿、变量控制按钮、输入框，所述交互动作按钮包括显示隐藏按钮；

所述排版模块用于对整个电子书系统进行排版及分页处理，排版模块用于将已生成的可视化对象进行排版和分页并将零散的可视化对象组织成前后格式统一、排版合理的展示电子书板式。

为了更好地实现本发明，所述几何图形包括点、线、三角形、四边形、圆形、椭圆形、圆柱体形、圆锥形、圆锥体形、二次曲线、函数曲线、平面、曲面。

本发明提供一种优选的滑竿结构技术方案是：所述滑竿用于设置动态文本数据变量或/和几何图形变量的最小值、最大值、步长，所述滑竿包括鼠标，滑竿通过鼠标拖动进行设置几何图形的变量变化和修改几何图形指定变量的值。

本发明提供一种优选的变量控制按钮结构技术方案是：所述变量控制按钮用于设置动态文本数据变量或/和几何图形变量的起始值、终点值、运动次数及运动频率，变量控制按钮还用于设置动态文本数据变量或/和几何图形变量的运动关系和运动类型，所述运动关系包括并行运动、串行运动，所述运动类型包括一次运动、重复运动、往复运动。

本发明提供一种优选的输入框技术方案是：所述输入框用于通过输入框设置、修改及输入动态文本数据变量的输入值。

本发明提供一种优选的显示隐藏按钮技术方案是：所述显示隐藏按钮用于指定控制静态文本数据、动态文本数据、几何图形、运动控件中某个对象的显示和隐藏。

本发明还包括网络模块，文本模块、动态几何图形模块、计算机代数系统、交互控件模块、排版模块分别与网络模块电连接，所述网络模块与互联网网络连接。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明基于浏览器制作电子书，无需安装任何客户端，随时随地进行编辑，制作好的内容也无需使用特定的阅读器进行打开，在线即可阅读访问；本发明与学科结合紧密，其技术基础是动态几何和代数系统，更适用于数学、物理等理工科学科的书籍制作；

(2)本发明制作门槛底，其操作方式及实现原理与数学教师常用的动态几何画板软件类似，容易上手；本发明内容检索更强大：由于动态几何中的图形与约束关系都是由一系列的构图指令进行存储，除了能对内容文本进行检索外，也能对图形及其关系、变量、数学表达式等进行检索。

(3)本发明通过插入动态文本、公式、带约束关系的几何对象、控制参数变换的控件(按钮、输入框、滑竿等)等，结合文档的分页、排版，制作一本前后内容连贯、参数、动作驱动的动态可交互的书籍；该书籍制作完成后，可以在浏览器上跨平台地进行阅读、操作、分享，无需任何插件和播放器。

附图说明

图1为本发明的原理结构框图；

图2为第一种电子书籍实施例中步骤a的示意图；

图3为第一种电子书籍实施例中步骤b的示意图；

图4为第一种电子书籍实施例中步骤c的示意图；

图5为第一种电子书籍实施例中步骤d的示意图；

图6为第一种电子书籍实施例中步骤e的示意图；

图7为第二种电子书籍实施例中步骤a的示意图；

图8为第二种电子书籍实施例中步骤a的示意图；

图9为第二种电子书籍实施例中步骤a的示意图；

图10为第二种电子书籍实施例中步骤c的示意图；

图11为第二种电子书籍实施例中步骤e的示意图；

图12为第二种电子书籍实施例中步骤e的示意图；

图13为第二种电子书籍实施例中步骤h的示意图；

图14为第二种电子书籍实施例中步骤h的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：

实施例

如图1所示，一种基于动态几何及计算机代数系统的电子书系统，包括文本模块、动态几何图形模块、计算机代数系统、交互控件模块和排版模块，所述排版模块分别与文本模块、动态几何图形模块、计算机代数系统、交互控件模块电连接，所述交互控件模块分别与文本模块、动态几何图形模块、计算机代数系统电连接，所述计算机代数系统分别与文本模块、动态几何图形模块电连接；所述文本模块用于显示静态文本数据和动态文本数据，所述静态文本数据包括文字、图片、公式，所述动态文本数据支持Latex格式或/和ASCII格式的公式输入及运算，如在文本中插入$bl{a,2}，可动态在文本中插入变量a的值，并保留两位小数。当变量的值发生变化时，文本也跟随变量进行更新。所述动态几何图形模块通过交互控件模块控制几何图形的变量，动态几何图形模块能够根据几何图形变量变化动态显示几何图形并动态测量几何图形，动态几何图形模块内部具有约束关系数据库，动态几何图形模块带有约束关系构建出动态几何图形的变量变化控制、动态几何图形测量、公式动态验证；

所述计算机代数系统内部存储几何图形的运算公式，计算机代数系统用于为几何图形构造及测量运算、动态文本数据提供数据运算和符号运算的底层运算数据支持。计算机代数系统对变量相关的表达式、测量值等进行计算，计算结果将影响几何图形对象中的图形约束关系，动态地调整图形的位置、形状、大小，实现与几何图形的之间的交互；代数系统对变量相关的表达式、测量值进行计算，对指定的符号计算指定进行运算，运算结果将影响文本的动态数据的数值、公式格式化显示的公式等，实现与文本之间的交互。

所述交互控件模块包括驱动几何图形、动态文本数据变量变化的运动控件和交互动作按钮，所述运动控件包括滑竿、变量控制按钮、输入框，所述交互动作按钮包括显示隐藏按钮。交互控件模块控制显示对象的隐藏和显示，具体而言，通过显示/隐藏按钮，控制文本、图形及其他交互控件的显示和隐藏。

所述排版模块用于对整个电子书系统进行排版及分页处理，排版模块用于将已生成的可视化对象进行排版和分页并将零散的可视化对象组织成前后格式统一、排版合理的展示电子书板式。排版模块对电子书系统的显示对象进行排版和分页，具体包括文本对象、动态几何图形对象、交互控件对象。

所述几何图形包括点、线、三角形、四边形、圆形、椭圆形、圆柱体形、圆锥形、圆锥体形、二次曲线、函数曲线、平面、曲面。

所述滑竿用于设置动态文本数据变量或/和几何图形变量的最小值、最大值、步长，所述滑竿包括鼠标，滑竿通过鼠标拖动进行设置几何图形的变量变化和修改几何图形指定变量的值。

所述变量控制按钮用于设置动态文本数据变量或/和几何图形变量的起始值、终点值、运动次数及运动频率，变量控制按钮还用于设置动态文本数据变量或/和几何图形变量的运动关系和运动类型，所述运动关系包括并行运动、串行运动，所述运动类型包括一次运动、重复运动、往复运动。

所述输入框用于通过输入框设置、修改及输入动态文本数据变量的输入值。

所述显示隐藏按钮用于指定控制静态文本数据、动态文本数据、几何图形、运动控件中某个对象的显示和隐藏。

本发明还包括网络模块，文本模块、动态几何图形模块、计算机代数系统、交互控件模块、排版模块分别与网络模块电连接，所述网络模块与互联网网络连接。

本发明的关键技术点还包括：

1、本发明基于html5的图形接口等进行设计；

2、本发明的文本与图形、控件等为同等对象进行构造、修改；

3、本发明的文本中可插入动态数据、格式化动态公式；

4、本发明的可自定义插入各种控件对图形几何属性、变量值、表达式运算、对象的显示与隐藏进行控制。

如图2～图6，下面以制作一种验证三角形内角和为180度的电子书籍为例介绍本发明的使用方法，具体步骤如下：

a.打开电子书制作工具，在内容制作区中绘制三条首位相连的线段，组成一个三角形,分别将三个顶点命名为A、B、C，如图2所示；

b.标记三角形的三个内角，如图3所示；

c.分别测量出角ABC、BCA、CAB，测量结果分别赋给变量m000,m001,m002，如图4所示；

d.运用计算功能(测量表达式)，m000+m001+m002，结算结果赋给变量m003，如图5所示；

e.插入文本对象，输入内容：“任意三角形内角和为180度，拖动三角形的顶点，观察内角变化：$bl{m000,4}+$bl{m001,4}+$bl{m002,4}＝$bl{m003,4}”，如图6所示；

f.对内容进行排版后，生成相应的电子书籍。

如图7～图14，下面以制作另一种验证任意三角形的内角和的电子书籍为例介绍本发明的使用方法，具体步骤如下：

a.打开电子书制作工具，在内容制作区中绘制三条首位相连的线段，组成一个三角形,分别将三个顶点命名为A、B、C，并对内角进行标注，如图7～图9所示；

b.作出A点关于C点的缩放点D，缩放比例为变量a，并用线段连接AD，如图10所示；

c.分别将线段AB、AC沿AD构成的向量进行平移，并标记相应的角度，如图10所示：

d.分别做出A、C以B为旋转中心，逆时针旋转单位为弧度的变量b的旋转点：E、F，如图10所示；

e.将生成的E、F点关于C的缩放点，缩放比例为变量c，并标记出相应的角度，如图11、图12所示：

f、生成变量a、b、c的串联动画控制按钮：

h.隐藏不必要的元素，如图13、图14所示：

i.添加相应的文本说明：

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于动态几何及计算机代数系统的电子书系统，其特征在于：包括文本模块、动态几何图形模块、计算机代数系统、交互控件模块和排版模块，所述排版模块分别与文本模块、动态几何图形模块、计算机代数系统、交互控件模块电连接，所述交互控件模块分别与文本模块、动态几何图形模块、计算机代数系统电连接，所述计算机代数系统分别与文本模块、动态几何图形模块电连接；所述文本模块用于显示静态文本数据和动态文本数据，所述静态文本数据包括文字、图片、公式，所述动态文本数据支持Latex格式或/和ASCII格式的公式输入及运算；所述动态几何图形模块通过交互控件模块控制几何图形的变量，动态几何图形模块能够根据几何图形变量变化动态显示几何图形并动态测量几何图形，动态几何图形模块内部具有约束关系数据库，动态几何图形模块带有约束关系构建出动态几何图形的变量变化控制、动态几何图形测量、公式动态验证；

所述计算机代数系统内部存储几何图形的运算公式，计算机代数系统用于为几何图形构造及测量运算、动态文本数据提供数据运算和符号运算的底层运算数据支持；

所述交互控件模块包括驱动几何图形、动态文本数据变量变化的运动控件和交互动作按钮，所述运动控件包括滑竿、变量控制按钮、输入框，所述交互动作按钮包括显示隐藏按钮；

所述排版模块用于对整个电子书系统进行排版及分页处理，排版模块用于将已生成的可视化对象进行排版和分页并将零散的可视化对象组织成前后格式统一、排版合理的展示电子书板式。

2.按照权利要求1所述的基于动态几何及计算机代数系统的电子书系统，其特征在于：所述几何图形包括点、线、三角形、四边形、圆形、椭圆形、圆柱体形、圆锥形、圆锥体形、二次曲线、函数曲线、平面、曲面。

3.按照权利要求1所述的基于动态几何及计算机代数系统的电子书系统，其特征在于：所述滑竿用于设置动态文本数据变量或/和几何图形变量的最小值、最大值、步长，所述滑竿包括鼠标，滑竿通过鼠标拖动进行设置几何图形的变量变化和修改几何图形指定变量的值。

4.按照权利要求1所述的基于动态几何及计算机代数系统的电子书系统，其特征在于：所述变量控制按钮用于设置动态文本数据变量或/和几何图形变量的起始值、终点值、运动次数及运动频率，变量控制按钮还用于设置动态文本数据变量或/和几何图形变量的运动关系和运动类型，所述运动关系包括并行运动、串行运动，所述运动类型包括一次运动、重复运动、往复运动。

5.按照权利要求1所述的基于动态几何及计算机代数系统的电子书系统，其特征在于：所述输入框用于通过输入框设置、修改及输入动态文本数据变量的输入值。

6.按照权利要求1所述的基于动态几何及计算机代数系统的电子书系统，其特征在于：所述显示隐藏按钮用于指定控制静态文本数据、动态文本数据、几何图形、运动控件中某个对象的显示和隐藏。

7.按照权利要求1所述的基于动态几何及计算机代数系统的电子书系统，其特征在于：还包括网络模块，文本模块、动态几何图形模块、计算机代数系统、交互控件模块、排版模块分别与网络模块电连接，所述网络模块与互联网网络连接。