CN109272778A - 一种具有ar功能的智能教学系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于智能教学领域，具体涉及一种具有AR功能的智能教学系统，包括服务器和终端，服务器内设置有标签模型对应表，标签模型对应表中包括标签和对应模型，终端发送初始标签给服务器，服务器从标签模型表中提取对应的模型发送给终端进行显示，终端包括存储模块和采集模块，存储模块内预存有用来实时记录终端标签使用情况的历史标签信息表，终端根据历史标签信息表判断出是否有与初始标签有关联的历史信息；若为是，器根据该历史信息依次发送对应模型给终端进行显示；若为否，终端根据采集模块采集的信息发送对应标签给服务器。本发明适用于课堂教学。

Description

一种具有AR功能的智能教学系统

技术领域

本发明属于智能教学领域，具体涉及一种具有AR功能的智能教学系统。

背景技术

如何提高中学生数学空间想象力？这是一个亟待解决的问题。在传统课堂教学中，老师通常是通过手绘立体图的方式提高学生的数学空间想象力，立体图是否更形象，取决于老师的绘画能力，若老师的绘画水平一般，则在授课过程中，该立体图会给一些数学空间想象力较差的学生带来一定的学习障碍；并且，在讲解立体图过程中，为了便于讲解，老师通常是侧着身子站在黑板一侧，然而，老师的身体阻碍了部分学生的视线，使得学生听课比较吃力；其次，手绘的立体图只能单角度展现在学生面前，导致学生没法从多角度出发去发现该立体图的特征。

老师也深有感触手绘的立体图不能更直观地呈现在学生面前，既使老师授课困难，又使学生听课吃力；为了解决这一问题，老师们想到了实物模型，实物模型能更直观地展现在学生面前，有助于学生逐步形成空间观念，但是，实物模型这种授课方式也存在缺点，具体为：老师需对实物模型拆分进行讲解时，实物模型不具备这个条件，或者实物模型只能被简单地拆分成标准模型，不能被随心所欲地拆分；而且，几何立体图有若干种，对应的所有实物模型难以找全，若是自己制作实物模型，对制作人的制作水平要求高且时间成本高。

授课困难的苦恼同样困扰着医学类和机械类的老师，比如医学类老师在讲解心脏的结构时，又如机械类的老师在讲解发动机的内部结构时，心脏和发动机的内部结构都比较复杂，若是简单地通过图片形式讲解，学生理解心脏或发动机每部分的结构和作用相对容易，但将每部分的内容联系起来，因只是心脏或发动机只是图片形式，其不能更直观地呈现在学生面前，学生的脑海里无法形成模型，则学生理解这些相互联系起来的内容都非常吃力。

若是用实物模型形式讲解，发动机体积大重量又重，搬运困难，在讲解其内部结构过程中，发动机拆分困难，并且发动机价格昂贵，即成本高。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种提高学生空间想象能力、增加学生学习兴趣、便于老师教学以及便于学生理解教学内容的一种具有AR功能的智能教学系统。

基础方案为：

一种具有AR功能的智能教学系统，包括服务器以及与服务器连接的终端；所述服务器内设置有标签模型对应表；所述标签模型对应表中包括多个用来进行识别的标签以及多个用来进行显示的模型；每个标签与每个模型一一对应；每个标签均一一对应设置有用来表征标签的标签信息；通过匹配标签信息能够得到与之对应的唯一标签；

所述终端包括处理模块，以及分别与处理模块连接的输入模块、存储模块、采集模块和显示模块；所述存储模块内设置有用来实时记录终端标签使用情况的历史标签信息表；所述历史标签信息表包括使用时间以及该使用时间对应的历史标签集合；所述历史标签集合包括多个按照使用时间顺序排列的历史标签；

所述输入模块，用来向终端输入初始标签，并将输入标签作为当前标签发送给处理模块；

处理模块根据接收到的当前标签，从服务器中，按照标签模型对应表提取当前标签对应的当前模型，处理模块将当前模型发送给显示模块进行显示；同时，处理模块从历史标签信息表中按照时间由近到远的顺序，依次识别历史标签集合中是否包含该当前标签；处理模块将包含有该当前标签且时间最近的历史标签集合作为目标标签集合，并将在目标标签集合中位于该当前标签之后的所有历史标签作为关联标签；处理模块将所有关联标签按照其在该目标标签集合内的顺序依次发送给服务器，服务器根据标签模型对应表与关联标签进行匹配，并按照顺序依次发送模型给显示模块进行显示；

若历史标签信息表中无法找到包含当前标签的历史标签集合，则处理模块接收采集模块发送来的采集信息；处理模块将采集信息与标签模型对应表中的标签信息进行匹配并将与该采集信息最相近的标签信息作为当前标签信息；处理模块根据当前标签信息提取对应的当前标签。

本发明的有益效果为：

1.基于服务器和终端，将想要的模型显示出来，老师在讲解对应的内容时，该模型使得空间形式和空间观念直观形象化，便于学生观察和分析，有助于学生逐步形成空间观念，并使空间形式在学生头脑中具体化以及形象化，有效提高了学生的空间想象力；其次，借助模型，老师更容易表达教学内容，并且，模型有助于学生理解教学内容。

2.基于采集模块采集信息，处理模块将采集信息与标签信息进行匹配，匹配成功，将该标签信息对应的标签作为当前标签，进而服务器能发送对应模型给显示模块进行显示，相比老师操作教学系统，实现关联的模型显示这一方案，本方案不会打断教学进程，并且本方案根据老师教学内容的需求，自动提供对应的模型，非常智能化。

3.基于处理模块从历史标签信息表中提取关联标签，相比通过输入模块、利用采集模块或输入模块输入标签，本方案不需人工操作且没有繁琐的过程以及复杂的分析。

综上所述，该教学系统将标签对应的模型发送给显示模块显示，解决了传统的课堂教学中，图形不能直观地展现在学生面前，从而造成老师授课困难，学生理解教学内容吃力的问题；而且模型便于老师表达教学内容和学生理解，进一步解决了老师授课困难，学生理解教学内容吃力的问题；除此之外，该教学系统的智能化能增加学生的兴趣，即能使枯燥无味的课堂变得有趣，增加学生的学习兴趣，从而解决学生长时间听课，注意力分散的问题。

进一步，处理模块将历史标签信息表中按照时间顺序最近的历史标签集合从服务器内提取对应的历史模型生成当前课件，当前课件中历史模型是按照时间顺序定时发送给显示模块进行显示。

这样设计能使下次教学相同内容时，不需要重新输入标签、重新采集信息或重新提取关联标签，非常方便且实用。

进一步，处理模块将实时的采集信息与标签信息进行匹配，得到最相近的标签信息，处理模块根据最相近的标签信息实时更新当前课件的内容。

在教学相同的内容时，有助于老师针对普遍存在的问题去实时更新教学内容。

进一步，在输入模块未接收到初始标签情况下，当前课件自动播放。

这样设计能在教学相同内容时，该系统快速播放当前课件。

进一步，采集模块为用来进行采集人动作信息的动作采集模块。

这样设计能根据老师的动作信息判断出老师接下来想要显示的模型，因为老师在教学时，老师会表现出与教学内容相关的动作信息，不需要老师额外地操作，来达到显示想要模型的目的。

进一步，动作采集模块中预设有将视频信息转化为文本信息的视频单元。

这样设计能将视频信息转化为文本信息，以便于处理模块能将文本信息与标签信息进行匹配。

进一步，处理模块将所有关联标签定时发送给服务器。

这样间隔发送关联标签，使得服务器间隔发送对应模型给显示模块显示，这样设计有助于老师讲解教学内容，使得模型之间的切换更合理。

附图说明

图1为本发明一种具有AR功能的教学系统实施例一中一种可旋转的摄像头的侧视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：墙面1、固定台2、转轴3、转动平台4、支撑架5、摄像头6。

实施例一

一种具有AR功能的智能教学系统，包括服务器以及与服务器连接的终端；所述服务器内设置有标签模型对应表；所述标签模型对应表中包括多个用来进行识别的标签以及多个用来进行显示的模型；每个标签与每个模型一一对应；每个标签均一一对应设置有用来表征标签的标签信息；通过匹配标签信息能够得到与之对应的唯一标签。

所述终端包括处理模块，以及分别与处理模块连接的输入模块、发送模块、存储模块、采集模块和显示模块；所述存储模块内设置有用来实时记录终端标签使用情况的历史标签信息表；所述历史标签信息表包括使用时间以及该使用时间对应的历史标签集合；所述历史标签集合包括多个按照使用时间顺序排列的历史标签。

所述输入模块，用来向终端输入初始标签，并将输入的标签作为当前标签发送给处理模块。

处理模块根据接收到的当前标签，从服务器中，按照标签模型对应表提取当前标签对应的当前模型，处理模块将当前模型发送给显示模块进行显示；同时，处理模块从历史标签信息表中按照时间由近到远的顺序，依次识别历史标签集合中是否包含该当前标签；处理模块将包含有该当前标签且时间最近的历史标签集合作为目标标签集合，并将在目标标签集合中位于该当前标签之后的所有历史标签作为关联标签；处理模块将所有关联标签按照其在该目标标签集合内的顺序依次发送给服务器，服务器根据标签模型对应表与关联标签进行匹配，并按照顺序依次发送模型给显示模块进行显示。

若历史标签信息表中无法找到包含当前标签的历史标签集合，则处理模块接收采集模块发送来的采集信息；处理模块将采集信息与标签模型对应表中的标签信息进行匹配并将与该采集信息最相近的标签信息作为当前标签信息；处理模块根据当前标签信息提取对应的当前标签。

处理模块将历史标签信息表中按照时间顺序最近的历史标签集合从服务器内提取对应的历史模型生成当前课件，当前课件中历史模型是按照时间顺序定时发送给显示模块进行显示。

具体地，利用上述的一种具有AR功能的智能教学系统进行的一种具有AR功能的智能教学方法。

(一)初始模型显示过程

老师通过输入模块输入初始标签，处理模块将初始标签发送给服务器，服务器根据标签模型对应表提取与初始标签对应的初始模型，并发送给显示模块进行显示。

(二)关联模型显示过程

处理模块从历史标签信息表中按照时间由近到远的顺序，依次识别历史标签集合中是否包含该初始标签；若历史标签集合包含有初始标签，若为是，处理模块将包含有该初始标签且时间最近的历史标签集合作为目标标签集合，并将在目标标签集合中位于该初始标签之后的所有历史标签作为关联标签；处理模块将所有关联标签按照其在该目标标签集合内的顺序依次发送给服务器，服务器根据标签模型对应表与关联标签进行匹配，并按照顺序依次发送模型给显示模块进行显示。

(三)对应模型显示过程

若为否，处理模块接收采集模块发送来的采集信息；处理模块将采集信息与标签模型对应表中的标签信息进行匹配并将与该采集信息最相近的标签信息作为当前标签信息；处理模块根据当前标签信息提取对应的当前标签，处理模块根据当前标签从标签模型对应表提取与当前标签对应的模型。

上述采集模块为摄像头，摄像头采集老师的动作图像，处理模块识别动作图像并得到采集信息，具体为：处理模块基于高斯模型的方法来构建背景图像，并采用背景减除法获得人体手部运动目标，同时对当前帧图像进行肤色分割，提取出手部肤色区域以及人脸区域并对这些区域进行标记，将手部运动目标和手部肤色区域融合后，并通过背景减除法分割出手部运动目标与肤色区的图像，对获得的手部运动目标与肤色区的图像进行二值化，然后利用人体肤色模型得到人体的手掌、手臂、脸部区域；根据人体上肢关节模型，对手部的角度参数和直线参数进行特征提取，组成特征向量，处理模块基于HMM模型对这些特征向量进行识别的训练，则处理模块就能利用训练好的HMM模型对新的特征向量进行识别。

实施例二

如图1所示，实施例二与实施例一不同之处在于：采集模块为可旋转的摄像头6，摄像头6内包括将视频图像信息转化为文本信息的视频单元、图形存储模块、图像处理模块和固定台2，固定台2固定安装在在墙面1上，固定台2内固定安装有旋转电机，固定台2下方转动连接有竖直设置的转轴3，旋转电机能驱动转动向不同方向转动，转轴3下方固定安装有转动平台4，转动平台4下方固定安装有支撑架5，支撑架5用于固定摄像头6，摄像头6用于采集图像。

具体实施过程如下：

摄像头6第一次采集图像，并将该图像发送给处理模块，处理模块对该图像进行亮度计算，得到原始图像的亮度图像，处理模块再对亮度图像进行低通滤波处理，处理后得到亮度分布图一，处理模块将亮度分布图保存进图形存储模块。

摄像头6第二次采集图形，并将该图像发送给处理模块，同理，处理模块对该图像进行亮度计算以及低通滤波处理得到亮度分布图二。

处理模块将亮度分布图一和亮度分布图二进行比对，比对后，得到亮度分布图二和亮度分布图一亮度差的位置，处理模块判断出亮度差最大的位置，并且控制左电机或右电机分别驱动摄像头6向左或向右旋转，比如：亮度分布图一和亮度分布图二的亮度差最大的位置在左侧，则处理模块控制旋转电机驱动转轴3向左旋转，则摄像头6同步向左旋转。

在这必须说明的是，在教学过程中，老师会在讲台上走动，摄像头6两次采集的图像必然存在差异，即亮度上存在差异，通过亮度差异，从而判断出老师的位置，进而旋转电机驱动转轴3旋转，使摄像头6中心聚焦于老师身上，便于采集清晰的动作图像。

若亮度分布图一和亮度分布图二几乎无亮度差，则代表老师未处在摄像头6所覆盖的区域，若此时摄像头6偏向左侧，处理模块发送复位指令给旋转电机，旋转电机驱动转轴3向右旋转，使得摄像头6复位；若摄像头6偏向左侧，同理，旋转电机驱动转轴3向左旋转。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.一种具有AR功能的智能教学系统，其特征在于：

包括服务器以及与服务器连接的终端；所述服务器内设置有标签模型对应表；所述标签模型对应表中包括多个用来进行识别的标签以及多个用来进行显示的模型；每个标签与每个模型一一对应；每个标签均一一对应设置有用来表征标签的标签信息；通过匹配标签信息能够得到与之对应的唯一标签；

所述终端包括处理模块，以及分别与处理模块连接的输入模块、存储模块、采集模块和显示模块；所述存储模块内设置有用来实时记录终端标签使用情况的历史标签信息表；所述历史标签信息表包括使用时间以及该使用时间对应的历史标签集合；所述历史标签集合包括多个按照使用时间顺序排列的历史标签；

所述输入模块，用来向终端输入初始标签，并将输入标签作为当前标签发送给处理模块；

处理模块根据接收到的当前标签，从服务器中，按照标签模型对应表提取当前标签对应的当前模型，处理模块将当前模型发送给显示模块进行显示；同时，处理模块从历史标签信息表中按照时间由近到远的顺序，依次识别历史标签集合中是否包含该当前标签；处理模块将包含有该当前标签且时间最近的历史标签集合作为目标标签集合，并将在目标标签集合中位于该当前标签之后的所有历史标签作为关联标签；处理模块将所有关联标签按照其在该目标标签集合内的顺序依次发送给服务器，服务器根据标签模型对应表与关联标签进行匹配，并按照顺序依次发送模型给显示模块进行显示；

若历史标签信息表中无法找到包含当前标签的历史标签集合，则处理模块接收采集模块发送来的采集信息；处理模块将采集信息与标签模型对应表中的标签信息进行匹配并将与该采集信息最相近的标签信息作为当前标签信息；处理模块根据当前标签信息提取对应的当前标签。

2.根据权利要求1所述的一种具有AR功能的智能教学系统，其特征在于：处理模块将历史标签信息表中按照时间顺序最近的历史标签集合从服务器内提取对应的历史模型生成当前课件，当前课件中历史模型是按照时间顺序定时发送给显示模块进行显示。

3.根据权利要求2所述的一种具有AR功能的智能教学系统，其特征在于：处理模块将实时的采集信息与标签信息进行匹配，得到最相近的标签信息，处理模块根据最相近的标签信息实时更新当前课件的内容。

4.根据权利要求3所述的一种具有AR功能的智能教学系统，其特征在于：在输入模块未接收到初始标签情况下，当前课件自动播放。

5.根据权利要求1所述的一种具有AR功能的智能教学系统，其特征在于：采集模块为用来进行采集人动作信息的动作采集模块。

6.根据权利要求5所述的一种具有AR功能的智能教学系统，其特征在于：动作采集模块中预设有将视频信息转化为文本信息的视频单元。

7.根据权利要求1所述的一种具有AR功能的智能教学系统，其特征在于：处理模块将所有关联标签定时发送给服务器。