CN110960850A - 一种基于ar的儿童学习娱乐系统 - Google Patents

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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明公开了一种基于AR的儿童学习娱乐系统，包括拼图块和物理系统，其特征在于：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。本发明与现有技术相比的优点在于：灵活扩展，使用方便，不受空间影响，早教效果更好，本发明中的综合处理中心增加智能化、人性化学习方案，智能分析儿童对知识的掌握程度，从而提出最佳的教育方案。

Description

一种基于AR的儿童学习娱乐系统
技术领域
本发明涉及儿童玩具领域，具体是指一种基于AR的儿童学习娱乐系统。
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。
随着电子信息技术的发展，早教机大量应用到儿童的早期教育，大多早教机也采用图文并茂的方式，但儿童早教机附带功能多，专业针对性低，学习库容量固定不可扩展，非常受空间大小限制，而且内容固定，容易丧失趣味性。
因此，设计出一种基于AR的儿童学习娱乐系统势在必行。
发明内容
本发明要解决的技术问题是目前的儿童早教学习娱乐装置设计上存在诸多弊端，专业针对性低，学习库容量固定不可扩展，非常受空间大小限制，而且内容固定，容易丧失趣味性。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种基于AR的儿童学习娱乐系统，包括拼图块和物理系统，其特征在于：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。
本发明与现有技术相比的优点在于：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，本发明可以灵活扩展，无限增大学习库，本系统使用方便，不受空间影响，本系统中综合利用多媒体技术，早教效果更好，本发明中的综合处理中心增加智能化、人性化学习方案，智能分析儿童对知识的掌握程度，从而提出最佳的教育方案。
作为改进，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。
作为改进，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。
作为改进，所述虚拟提示图与每个拼图块的每个面相对应。
作为改进，所述合成单元为VuforiaAR识别单元；所述处理模块为VuforiaAR识别单元。
作为改进，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。
作为改进，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。
作为改进，所述处理模块包括识别装置、综合处理中心和固定式早教装置，识别装置、综合处理中心和固定式早教装置依次顺序连接，其特征在于：所述识别装置包括第一微控制器、第一数据库、第一通讯单元和触发单元，第一微控制器分别连接第一数据库、第一通讯单元和触发单元，第一通讯单元连接综合处理中心；所述固定式早教装置包括第二微控制器、第二数据库、第二通讯单元、第二语音输入输出单元和第一视频播放单元，第二微控制器分别连接第二数据库、第二通讯单元、第二语音输入输出单元和第一视频播放单元，第二通讯单元连接综合处理中心。
作为改进，所述识别装置还包括吸盘式固定单元。
附图说明
图1是一种基于AR的儿童学习娱乐系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
本发明在具体实施时，一种基于AR的儿童学习娱乐系统，包括拼图块和物理系统，其特征在于：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。
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。
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Vuforia AR识别单元；所述处理模块为Vuforia AR识别单元。
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。
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。
所述处理模块包括识别装置、综合处理中心和固定式早教装置，识别装置、综合处理中心和固定式早教装置依次顺序连接，其特征在于：所述识别装置包括第一微控制器、第一数据库、第一通讯单元和触发单元，第一微控制器分别连接第一数据库、第一通讯单元和触发单元，第一通讯单元连接综合处理中心；所述固定式早教装置包括第二微控制器、第二数据库、第二通讯单元、第二语音输入输出单元和第一视频播放单元，第二微控制器分别连接第二数据库、第二通讯单元、第二语音输入输出单元和第一视频播放单元，第二通讯单元连接综合处理中心。
所述识别装置还包括吸盘式固定单元。
本发明的工作原理：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。
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。
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。
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VuforiaAR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。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具本的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”，“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种基于AR的儿童学习娱乐系统，包括拼图块和物理系统，其特征在于：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所述的一种基于AR的儿童学习娱乐系统，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所述的一种基于AR的儿童学习娱乐系统，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所述的一种基于AR的儿童学习娱乐系统，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所述的一种基于AR的儿童学习娱乐系统，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所述的一种基于AR的儿童学习娱乐系统，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所述的一种基于AR的儿童学习娱乐系统，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所述的一种基于AR的儿童学习娱乐系统，其特征在于：所述处理模块包括识别装置、综合处理中心和固定式早教装置，识别装置、综合处理中心和固定式早教装置依次顺序连接，其特征在于：所述识别装置包括第一微控制器、第一数据库、第一通讯单元和触发单元，第一微控制器分别连接第一数据库、第一通讯单元和触发单元，第一通讯单元连接综合处理中心；所述固定式早教装置包括第二微控制器、第二数据库、第二通讯单元、第二语音输入输出单元和第一视频播放单元，第二微控制器分别连接第二数据库、第二通讯单元、第二语音输入输出单元和第一视频播放单元，第二通讯单元连接综合处理中心。
9.根据权利要求8所述的一种基于AR的儿童学习娱乐系统，其特征在于：所述识别装置还包括吸盘式固定单元。
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