CN106552421A - Ar儿童拼图系统 - Google Patents

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吴鹏
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    • A63F13/00—Video games, i.e. games using an electronically generated display having two or more dimensions
    • A63F13/25—Output arrangements for video game devices

Abstract

所述AR儿童拼图系统，包括至少两个拼图块和物理系统；所述物理系统包括摄像头、识别模块、纠错模块、处理模块、显示器件和存储器；每两个所述拼图块至少拼成一副完整的图片，所述拼图块有九个，每个拼图块有六个面，每个拼图块取六个面中的一个面拼成一副完整的图片，九个拼图块的六个面，一共拼成六幅完整的图片。所述摄像头用于捕获所述拼图块组合的图像，所述识别模块用于每个拼图块的图像分别与相应拼图块的图像的标记信息绑定；所述标记信息包括基础标记点和虚拟提示图；所述纠错模块包括判断单元、合成单元，合成单元用于集成每个拼图块的图像和每个拼图块图像的位置信息到存储器，判断单元用于判断每个拼图块位置信息，当拼图块位置信息错误时在显示器件上显示标明位置错误的虚拟图；当拼图块位置信息正确时调用处理模块；处理模块用于获取虚拟物理模型，模拟仿真后将真实图像与虚拟信息叠加，并在显示器件上显示叠加结果。

Description

AR儿童拼图系统
技术领域
本发明涉及AR儿童拼图系统，属于儿童早教智力开发玩具领域。
背景技术
目前儿童早教玩具拼图，主要是将拼图拼成一定的形态或者图案，但是儿童拼接时随意性大，以及拼接正确后没有相应的鼓励。目前乐高公司的AR玩具，通过识别每个搭建原件识别外观，显示最后的叠加AR图像。这种AR玩具虽然有定向性，但是在拼搭错误时并没有提示和引导，缺少和儿童的互动。
发明内容
本发明提供一种AR儿童早教拼图，由虚拟程序模块与实体拼图构成，实体则由九块拼图构成，拼图为圆角榉木构造，共能拼成9幅绘本级的精美画面。在传统的九宫格拼图的基础上植入AR(增强现实)技术，通过智能设备安装AR应用程序之后，开启智能设备的摄像头扫描拼图，每当拼图成功后，都可以通过AR技术让绘制的画面变成立体的3D动画。另外，应用程序还自带智能识别判断功能，并带有提示功能辅助。
本发明所采用的技术方案是AR儿童拼图系统，包括拼图块(两个以上)和物理系统；
所述物理系统包括摄像头、识别模块、纠错模块、处理模块、显示器件和存储器；所述两个拼图块至少拼成一副完整的图片，所述摄像头用于捕获用所述拼图块组合的图像，所述识别模块用于每个拼图块的图像分别与相应拼图块的图像的标记信息绑定；
所述标记信息包括基础标记点和虚拟提示图；所述纠错模块包括判断单元、合成单元，合成单元用于集成每个拼图块的图像和每个拼图块图像的位置信息到存储器，判断单元用于判断每个拼图块位置信息，当拼图块位置信息错误时在显示器件上显示提示位置错误的虚拟提示图；当拼图块位置信息正确时调用处理模块；处理模块用于获取虚拟物理模型，模拟仿真后将真实图像与虚拟信息叠加，并在显示器件上显示叠加结果。
所述每个拼图块的位置信息是指在虚拟空间的坐标中，每个拼图块图像的基础标记点之间的上下间距、左右间距、角度和位置。
所述判断模块的判断方式为识别一块拼图块图像的位置信息，将其图像与位置信息集成后传输到存储器，判断该拼图块与其他拼图块图像是否拼接成功，再识别一块拼图块图像的位置信息，依次循环，直到没有未识别的拼图块为止，拼接成功时表示位置信息正确，不拼接成功时表示位置信息错误。
所述虚拟提示图与每个拼图块的每个面相对应。所述合成单元为AR识别单元；
所述处理模块为AR识别单元。所述拼图块有9个，每个拼图块有六个面，每个拼图块取六个面中的一个面拼成一副完整的图片，九个拼图块的六个面，一共拼成六幅完整的图片。
所述基础标记点有54个，每个拼图块的每个面对应一个基础标记点。
当所述虚拟提示图提示图片排列错误时，通过翻转拼图块改变位置信息，直到提示正确；所述虚拟提示图与每个拼图块的每个面对应。
所述物理系统还包括陀螺仪，当摄像头脱离拼图块时，陀螺仪用于记录基础标记点的变化，如果没有变化则保持AR动画互动功能；如果有变化则调用纠错模块。
所述物理系统为手机或者PAD。
位置指任意一个拼图块的基础标记点到基准标记点的位置，基准标记点是指所识别到的第一块拼图块图像的基础标记点，每一块拼图块图像的位置在其所在的完整图片中的位置是一定的。例如：4个基础标记点对应54块拼图块，组成6副完整的图片，序号1到9拼图块为一组，10到18为一组，19到27为一组，28到36为一组，37到54为一组，同一组基础标记点对应同一副完整的图片，在同一组基础标记点中，每一个点都有各自的位置，每一副完整的图片都有属于该副图片的9个位置。
位置信息正确指依次判断四个方面，四个方面都满足时为正确：
1)所捕获的拼图块图像是否是组成一副完整的图片，其中包括拼图块数量是否为9个，即是否完整；还包括所捕获的所有拼图块图像对应的基础标记点是否落在同一组基础标记点中，即是否是同一副图片；当拼图块数量为9，并且落在同一组基础标记点中时代表是同一一副完整的图片。正确后进行下一步判断。
2)在同一副图片中各个拼图块图像的相对位置是否正确。所有拼图块图像的基础标记点在同一组基础标记点的位置是规定位置时为正确。正确后进行下一步判断。
3)在同一副图片中，各个拼图块图像基础标记点在虚拟坐标系中的角度是否在预设范围内。正确后进行下一步判断。
4)在同一副图片中，各个拼图块基础标记点的间距是否在范围内。范围是两个相邻拼图块图像的基础标记点的间距大于等于拼图块的宽度，小于预设的宽度。
采用上述方法后，与现有技术方法相比具有以下有益效果：每当拼图成功后，都可以通过AR技术让绘制的画面变成立体的3D动画。另外，应用程序还自带智能识别、判断拼图的排列是否正确的功能，并伴有间接性的提示功能辅助，为孩子们预留了独立思考的空间。除此之外，每组AR动画还配有有趣的交互功能，让孩子们即时互动。AR拼拼乐在拼制拼图的同时，不仅让孩子们享受到拼制拼图的乐趣，也可以孩子们提升逻辑思维能力，锻炼图像记忆能力和想象力，培养手眼协调能力。该产品主要用于3-6岁儿童。
附图说明
图1、原理流程图；
图2、一块拼图块示意图；
图3、九个拼图块拼成一幅完整的图。
具体实施方式
进入程序后，打开摄像头，将识别框对准图案。一定要在光线适中并稳定的环境下使用，图案与摄像头之间的最佳距离25-40cm。扫描拼图时，只有当九块拼图组成一幅完整的图案时，且每一块拼图的图案位置信息都正确时，动画效果才会出现。位置信息正确指依次判断四个方面，四个方面都满足时为正确：1)所捕获的拼图块图像是否是组成一副完整的图片，其中包括拼图块数量是否为9个，即是否完整；还包括所捕获的所有拼图块图像对应的基础标记点是否落在同一组基础标记点中，即是否是同一副图片；当拼图块数量为9，并且落在同一组基础标记点中时代表是同一副完整的图片。正确后进行下一步判断。
2)在同一副图片中各个拼图块图像的相对位置是否正确。所有拼图块图像的基础标记点在同一组基础标记点的位置是规定位置时为正确。正确后进行下一步判断。
3)在同一副图片中，各个拼图块图像基础标记点在虚拟坐标系中的角度是否在预设范围内。正确后进行下一步判断。
4)在同一副图片中，各个拼图块基础标记点的间距是否在范围内。范围是两个相邻拼图块图像的基础标记点的间距大于等于拼图块的宽度，小于预设的宽度。
比如以拼图为一级物体，当手机识别到54个基础标记点中的9个的时候，显示出二级子物体，二级子物体为虚拟提示图，并且同时判断拼图的摆放位置，摆放方向等的正确性，即判断位置信息的正确与否。如果9块摆放的位置方向等全部正确，那么出现3D模型动画。
出现动画效果后可以移动观察设备，脱离拼图上的标记点欣赏动画，如想想让动画回到初始位置，只要再将AR动画对准拼图图案的标记点即可。
如果位置信息错误，则会在显示屏上显示提示位置错误的虚拟提示图
1.比如，当算每一块的位置关系，如果8块位置和摆放方向相同，那么另一块一定是错误的，而这个虚拟提示图(二级子物体)所显示的提示图方向就会与其他8块不同。通过Vuforia AR识别单元的真实世界和虚拟世界的信息集成这些信息，并且实时的计算每一块的位置，每一块与其他八块的摆放方向，每一块与其他八块是不是属于同一组拼图。这样就能起到提示的作用。纠正错误按照虚拟提示图(二级子物体)的直观视觉提示翻转即可纠正错误，完成拼图的正确摆放，从而实现实时提示的功能。然后在三维坐标空间中增添定位虚拟物体模型，通过模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，从而达到真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在在显示屏上。出现AR动画之后，通过Vuforia AR识别单元渲染获取到3D动画模型轮廓，并通过渲染结果在物理系统屏幕上观看。如果摄像头脱离一级物体(拼图块)会调用物理系统的陀螺仪功能，并且保持AR动画不会丢失，保持AR动画的互动功能。
如果要切换不同的拼图画面，需要点击“重置”按钮，退出当前AR动画，再扫描另外一面的拼图图案。

Claims (10)

1.AR儿童拼图系统，其特征在于：包括拼图块和物理系统；物理系统包括摄像头、识别模块、纠错模块、处理模块、显示器件和存储器；纠错模块包括判断单元、合成单元，合成单元用于集成每个拼图块的图像和每个拼图块图像的位置信息到存储器，判断单元用于判断每个拼图块位置信息，当拼图块位置信息错误时在显示器件上显示提示位置错误的虚拟提示图；当拼图块位置信息正确时调用处理模块；处理模块用于获取虚拟物理模型。每当拼图成功后，都可以通过AR技术让画面变成立体的3D动画。智能识别、判断拼图的排列是否正确的功能伴有间接性的提示功能辅助，为孩子预留了独立思考的空间。每组AR动画还有交互功能,实现即时互动。
2.根据权利要求1所述的AR儿童拼图系统，其特征在于：所述每个拼图块的位置信息是指在虚拟空间的坐标中，每个拼图块图像的基础标记点之间的上下间距、左右间距、角度和位置。
3.根据权利要求1所述的AR儿童拼图系统，其特征在于：所述判断模块的判断方式为识别一块拼图块图像的位置信息，将其图像与位置信息集成后添加到存储器，判断该拼图块与其他拼图块图像是否拼接成功，再识别一块拼图块图像的位置信息，依次循环，直到没有没识别的拼图块为止，拼接成功时表示位置信息正确，不拼接成功时表示位置信息错误。
4.根据权利要求1所述的AR儿童拼图系统，其特征在于：所述虚拟提示图与每个拼图块的每个面相对应。
5.根据权利要求1所述的AR儿童拼图系统，其特征在于：所述合成单元为Vuforia AR识别单元；所述处理模块为Vuforia AR识别单元。
6.根据权利要求1所述的AR儿童拼图系统，其特征在于：所述拼图块有九个，每个拼图块有六个面，九个拼图块各取六个面中的一个面拼成一幅完整的图片，九个拼图块六个面一共拼成六副完整的图片。
7.根据权利要求1所述的AR儿童拼图系统，其特征在于：所述基础标记点有54个，每个拼图块的每个面对应一个基础标记点。
8.根据权利要求1所述的AR儿童拼图系统，其特征在于：当所述虚拟提示图提示图片排列错误时，通过翻转拼图块改变位置信息，直到提示正确；所述虚拟提示图与每个拼图块的每个面对应。
9.根据权利要求1所述的AR儿童拼图系统，其特征在于：所述物理系统还包括陀螺仪，当摄像头脱离拼图块时，陀螺仪用于记录基础标记点的变化，如果没有变化则保持AR动画互动功能；如果有变化则调用纠错模块。
10.根据权利要求1所述的AR儿童拼图系统，其特征在于：所述物理系统为手机或者PAD。
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