CN109461351B - 三屏交互的增强现实游戏训练系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三屏交互的增强现实游戏训练系统，其特征在于，包括水平背幕、垂直背幕、倾斜立幕、摄像头及电脑主机；所述水平背幕和垂直背幕用于拼接显示游戏互动背景；所述摄像头用于采集水平背幕和垂直背幕显示的游戏互动背景和肢体活动区的肢体活动视频；所述倾斜立幕用于显示游戏互动背景、肢体活动和虚拟三维模型相叠加后形成的虚拟训练场景。本发明采用虚实融合的显示方式提高了学生互动训练的兴趣，系统中集成了若干虚拟模型和场景，无需配备各类实体模型和场景，节约了成本。本发明采用软件虚拟按键、触摸屏和外置手势控制等多种方式的人机交互手段与虚拟训练场景进行交互，增加了趣味性，学习过程数据信息更加丰富。

Description

三屏交互的增强现实游戏训练系统

技术领域

本发明涉及教育领域，特别涉及一种三屏交互的增强现实游戏训练系统。

背景技术

随着教育条件的改善，寓教于乐的需求和比例越来越大，与此相关的教育训练设备也得到了极大的发展。一般情况下，学生使用传统课本和视频影像进行学习。

由于传统课本的内容是静态的，而视频影像通常是2D的，学生往往不能和学习事物进行互动，无法对学习事物有完整的认识。对于某些注意力不集中的学生来说，被动学习的效果不显著。

因此需要通过互动方式提升学生的学习积极性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种三屏交互的增强现实游戏训练系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种三屏交互的增强现实游戏训练系统，包括水平背幕、垂直背幕、倾斜立幕、摄像头及电脑主机；

所述水平背幕和垂直背幕用于拼接显示游戏互动背景，游戏互动背景为不同虚拟训练场景的标志物，且游戏互动背景可进行切换，游戏训练模块针对不同的游戏互动背景导入相应的虚拟三维模型和场景；所述水平背幕、垂直背幕和倾斜立幕之间形成肢体活动区，所述摄像头用于采集水平背幕和垂直背幕显示的游戏互动背景和肢体活动区的肢体活动视频(现实世界)；所述倾斜立幕用于显示游戏互动背景、肢体活动和虚拟三维模型相叠加后形成的虚拟训练场景。

优选的是，所述水平背幕、垂直背幕和倾斜立幕均为触摸控制屏，所述倾斜立幕可滑动设置在倾斜立幕滑动机构上，以实现倾斜立幕位置的调节。

优选的是，所述倾斜立幕背面设置有摄像头调节机构，所述摄像头设置在所述摄像头调节机构上，以实现摄像头位置的调节。

优选的是，所述倾斜立幕背面还设置有手势控制模块，用于肢体与虚拟训练场景进行交互。

优选的是，所述电脑主机中内嵌有游戏训练模块，所述游戏训练模块包括游戏互动背景模块、训练场景叠加模块及训练教程模块。

优选的是，所述电脑主机中还内嵌有训练结果评估模块，以对使用者的训练效果进行量化评估。

优选的是，该三屏交互的增强现实游戏训练系统进行游戏训练的步骤包括：

1)启动电脑主机，打开摄像头软件，通过摄像头调节结构调整摄像头的拍摄区域，使得肢体活动区处于摄像头视角中心；

2)通过倾斜立幕滑动机构调节倾斜立幕与使用者之间的距离至合适范围；

3)运行游戏训练模块，游戏互动背景模块通过水平背幕和垂直背幕拼接显示游戏互动背景，使用者将肢体置于肢体活动区，摄像头采集水平背幕和垂直背幕拼接显示的游戏互动背景和肢体活动视频并传输至游戏训练模块；

4)游戏训练模块中的训练场景叠加模块导入虚拟三维模型和场景并将虚拟三维模型和场景叠加到摄像头捕捉的游戏互动背景和肢体活动视频中形成虚实融合的虚拟训练场景，训练教程模块通过倾斜立幕显示训练教程以进行提示与指导，使用者根据训练教程与虚拟训练场景进行交互操作，进行游戏互动训练学习；

5)训练结果评估模块采集交互数据，并结合训练难度等级和使用者的完成度，对使用者的训练学习结果进行量化评估。

优选的是，其中，游戏互动背景为不同虚拟训练场景的标志物，所述步骤5)中，使用者通过具有触摸控制功能的水平背幕或垂直背幕或外置的手势控制模块或软件虚拟按键与倾斜立幕显示的虚拟训练场景进行交互。

优选的是，所述步骤5)中，训练结果评估模块通过实时记录和量化使用者训练数据、难度等级和完成度，对使用者进行评估，明确各类虚拟训练场景针对不同使用者的有效性和差异性。

优选的是，所述步骤4)中游戏训练模块实时获取训练结果评估模块中的数据，并根据各类虚拟训练场景对于不同使用者的有效性和差异性，自适应调整训练内容和难度。

本发明的有益效果是：

1)本发明采用虚实融合的显示方式提高了学生互动训练的兴趣，系统中集成了若干虚拟模型和场景，无需配备各类实体模型和场景，节约了成本。

2)本发明采用软件虚拟按键、触摸屏和外置手势控制等多种方式的人机交互手段与虚拟训练场景进行交互，增加了趣味性，学习过程数据信息更加丰富。

3)本发明通过实时记录学生学习训练时的完成度，自适应调整训练内容的难度，提高了学生的学习效率，防止重复学习和跟不上进度。

4)本发明通过实时记录和量化学生训练数据和难度等级，对学习进度进行评估，明确各类训练场景针对不同学生的有效性和差异性，从而为自适应调整功能提供了实际依据。

附图说明

图1为本发明的三屏交互的增强现实游戏训练系统的结构示意图；

图2为本发明的三屏交互的增强现实游戏训练系统的另一个视角的结构示意图；

图3为本发明的一种实施例中的三屏交互的增强现实游戏训练系统的工作流程图。

附图标记说明：

1—水平背幕；2—垂直背幕；3—倾斜立幕；4—摄像头；5—电脑主机；6—倾斜立幕滑动机构；7—摄像头调节机构；8—手势控制模块；9—肢体活动区。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1-3所示，本实施例的一种三屏交互的增强现实游戏训练系统，包括水平背幕1、垂直背幕2、倾斜立幕3、摄像头4及电脑主机5；

水平背幕1和垂直背幕2用于拼接显示游戏互动背景，游戏互动背景为不同虚拟训练场景的标志物，且游戏互动背景可进行切换，游戏训练模块针对不同的游戏互动背景导入相应的虚拟三维模型和场景；水平背幕1、垂直背幕2和倾斜立幕3之间形成肢体活动区9，与虚拟训练场景进行交互；摄像头4用于采集水平背幕1和垂直背幕2显示的游戏互动背景和肢体活动区9的肢体活动视频；倾斜立幕3用于显示游戏互动背景、肢体活动和虚拟三维模型相叠加后形成的虚拟训练场景，实现虚实融合。

水平背幕1、垂直背幕2均为触摸控制屏，用于使用者与虚拟训练场景进行交互。倾斜立幕3可滑动设置在倾斜立幕滑动机构6上，以实现倾斜立幕3位置的调节。倾斜立幕3背面设置有摄像头调节机构7，摄像头4设置在摄像头调节机构7上，以实现摄像头4位置的调节。倾斜立幕3背面还设置有手势控制模块8，用于肢体与虚拟训练场景进行交互。

电脑主机5中内嵌有游戏训练模块，游戏训练模块包括游戏互动背景模块、训练场景叠加模块及训练教程模块。电脑主机5中还内嵌有训练结果评估模块，以对使用者的训练效果进行量化评估。

本发明可用于供学生进行游戏互动训练学习，将学习教程融入到虚拟场景中以游戏的方式进行，从而提升学生的学习积极性。另外，只需对游戏训练模块和训练结果评估模块进行适应性的常规替换后，本发明同样也可用于康复患者的康复训练，将训练教程融入到虚拟场景中以游戏的方式进行，从而提升康复训练的趣味性。

在一种实施例中，将本发明的三屏交互的增强现实游戏训练系统应用于学生学习，参照图3，其进行游戏学习训练的步骤包括：

1)启动电脑主机5，打开摄像头4软件，通过摄像头4调节结构调整摄像头4的拍摄区域，使得肢体活动区9处于摄像头4视角中心；

2)通过倾斜立幕滑动机构6调节倾斜立幕3与学生之间的距离至合适范围，以便于学生观看；

3)运行游戏训练模块，游戏互动背景模块通过水平背幕1和垂直背幕2拼接显示游戏互动背景，学生将肢体置于肢体活动区9，摄像头4采集水平背幕1和垂直背幕2拼接显示的游戏互动背景和肢体活动视频并传输至游戏训练模块；

4)游戏训练模块中的训练场景叠加模块导入虚拟三维模型和场景并将虚拟三维模型和场景叠加到摄像头4捕捉的游戏互动背景和肢体活动视频中形成虚实融合的虚拟训练场景，训练教程模块通过倾斜立幕3显示训练教程以进行提示与指导，学生根据训练教程与虚拟训练场景进行交互操作，进行游戏互动训练学习，完成训练课程；

5)训练结果评估模块采集交互数据，并结合训练难度等级和学生的完成度，对学生的训练学习结果进行量化评估。

其中，游戏互动背景为不同虚拟训练场景的标志物，步骤4)中，学生通过具有触摸控制功能的水平背幕1或垂直背幕2或外置的手势控制模块8或软件虚拟按键与倾斜立幕3显示的虚拟训练场景进行交互。

其中，训练结果评估模块通过实时记录和量化学生训练数据、难度等级和完成度，对学生学习进度进行评估，明确各类虚拟训练场景针对不同使用者的有效性和差异性，从而为自适应调整功能提供了实际依据。

其中，步骤4)中游戏训练模块实时获取训练结果评估模块中的数据，并根据各类虚拟训练场景对于不同学生的有效性和差异性，自适应调整训练内容和难度，从而提高学生的学习效率，防止重复学习和跟不上进度。

针对传统课本的静态内容，视频影像等被动学习方式，使用本发明来进行游戏训练和学习，能实现以下主要功能：

虚实融合的功能：水平背幕1和垂直背幕2显示不同的游戏训练背景，肢体在背幕包围区域内活动，倾斜立幕3背部的摄像头4对互动背景和肢体进行录制，立幕显示互动背景、肢体活动和叠加的虚拟三维模型场景。

人机交互的功能：倾斜立幕3显示互动背景、肢体活动和虚拟三维模型叠加形成的虚拟训练场景，肢体与虚拟场景通过软件虚拟按键、背幕触摸屏和外置手势控制来实现人机交互。

自适应调整的功能：通过实时记录学生学习训练时的完成度，自适应调整训练内容的难度，匹配学生当前的学习进度。

量化评估的功能：通过实时记录和量化学生训练数据和难度等级，对学习进度进行评估，明确各类训练场景针对不同学生的有效性和差异性。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (5)

1.一种三屏交互的增强现实游戏训练系统，其特征在于，包括水平背幕、垂直背幕、倾斜立幕、摄像头及电脑主机；

所述水平背幕和垂直背幕用于拼接显示游戏互动背景；所述水平背幕、垂直背幕和倾斜立幕之间形成肢体活动区，所述摄像头用于采集水平背幕和垂直背幕显示的游戏互动背景和肢体活动区的肢体活动视频；所述倾斜立幕用于显示游戏互动背景、肢体活动和虚拟三维模型相叠加后形成的虚拟训练场景；

所述水平背幕、垂直背幕和倾斜立幕均为触摸控制屏，所述倾斜立幕可滑动设置在倾斜立幕滑动机构上，以实现倾斜立幕位置的调节；

所述倾斜立幕背面设置有摄像头调节机构，所述摄像头设置在所述摄像头调节机构上，以实现摄像头位置的调节；

所述电脑主机中内嵌有游戏训练模块，所述游戏训练模块包括游戏互动背景模块、训练场景叠加模块及训练教程模块；

所述电脑主机中还内嵌有训练结果评估模块，以对使用者的训练效果进行量化评估；

该系统进行游戏训练的步骤包括：

1)启动电脑主机，打开摄像头软件，通过摄像头调节结构调整摄像头的拍摄区域，使得肢体活动区处于摄像头视角中心；

2)通过倾斜立幕滑动机构调节倾斜立幕与使用者之间的距离至合适范围；

3)运行游戏训练模块，游戏互动背景模块通过水平背幕和垂直背幕拼接显示游戏互动背景，使用者将肢体置于肢体活动区，摄像头采集水平背幕和垂直背幕拼接显示的游戏互动背景和肢体活动视频并传输至游戏训练模块；

4)游戏训练模块中的训练场景叠加模块导入虚拟三维模型和场景并将虚拟三维模型和场景叠加到摄像头捕捉的游戏互动背景和肢体活动视频中形成虚实融合的虚拟训练场景，训练教程模块通过倾斜立幕显示训练教程以进行提示与指导，使用者根据训练教程与虚拟训练场景进行交互操作，进行游戏互动训练学习；

5)训练结果评估模块采集交互数据，并结合训练难度等级和使用者的完成度，对使用者的训练学习结果进行量化评估。

2.根据权利要求1所述的三屏交互的增强现实游戏训练系统，其特征在于，所述倾斜立幕背面还设置有手势控制模块，用于肢体与虚拟训练场景进行交互。

3.根据权利要求2所述的三屏交互的增强现实游戏训练系统，其特征在于，其中，游戏互动背景为不同虚拟训练场景的标志物，所述步骤4)中，使用者通过具有触摸控制功能的水平背幕或垂直背幕或外置的手势控制模块或软件虚拟按键与倾斜立幕显示的虚拟训练场景进行交互。

4.根据权利要求3所述的三屏交互的增强现实游戏训练系统，其特征在于，所述步骤5)中，训练结果评估模块通过实时记录和量化使用者训练数据、难度等级和完成度，对使用者进行评估，明确各类虚拟训练场景针对不同使用者的有效性和差异性。

5.根据权利要求4所述的三屏交互的增强现实游戏训练系统，其特征在于，所述步骤4)中游戏训练模块实时获取训练结果评估模块中的数据，并根据各类虚拟训练场景对于不同使用者的有效性和差异性，自适应调整训练内容和难度。

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