CN111124115A - 一种面向虚拟陶艺的可视化辅助学习方法及系统 - Google Patents

Abstract

本公开公开了一种面向虚拟陶艺的可视化辅助学习方法及系统，提供面向虚拟陶艺进行可视化辅助学习，提取边缘图像序列的运动轨迹线；计算运动轨迹线与辅助轨迹线弗雷歇距离，当弗雷歇距离小于阈值时，发出手势错误的提示；这是针对虚拟陶艺设计中的重要环节；意义在于陶艺学习的数据可视性，便利性，全面性，巩固性，实时性，提高学生的创新能力和实践能力，提高教学资源的使用率；更适用于用户的使用习惯，使学习更加科学，用户进行虚拟陶艺学习后保留物理数据作为辅助轨迹线，进行可视化分类建立模型，并高效明确学习目标。

Description

一种面向虚拟陶艺的可视化辅助学习方法及系统

技术领域

本公开涉及机器视觉、增强现实、图像处理技术领域，具体涉及一种面向虚拟陶艺的可视化辅助学习方法及系统。

背景技术

在虚拟陶艺中，虚拟陶艺是利用信息化进行辅助设计的重要技术，如虚拟现实，深度相机，裸手交互等技术。既可以保留传统的设计理念与效果，又可以基于图形化技术使用户对陶艺的设计进行数据化理解学习，并去除了传统陶艺与数字化陶艺的鸿沟，在时代性方面提高了用户的积极性和主动性。

其中虚拟陶艺的可视化辅助学习是非常必要的，然而目前在虚拟陶艺制作中可视化辅助学习方法的缺失就是一个问题，尤其是对于初次接触陶艺的用户，接触虚拟陶艺制作并不知道如何进行设计创作，没有长期的训练是不可能的，而且目前人们对传统陶艺作品的喜爱程度日趋高涨，创作热情高，跟没有数据性的可视化教学方法，所以本方法是非常必要的。

发明内容

本公开提供一种面向虚拟陶艺的可视化辅助学习方法及系统，本公开本发明的目的在于提供面向虚拟陶艺进行可视化辅助学习，提取边缘图像序列的运动轨迹线；计算运动轨迹线与辅助轨迹线弗雷歇距离，当弗雷歇距离小于阈值时，发出手势错误的提示；这是针对虚拟陶艺设计中的重要环节。

为了实现上述目的，根据本公开的一方面，提供一种面向虚拟陶艺的可视化辅助学习方法，所述方法包括以下步骤：

S100：通过深度相机采集陶艺流程中的手势的图像序列；

S200：对图像序列进行中值滤波处理得到滤波图像序列；

S300：通过边缘检测算子提取滤波图像序列中的边缘图像序列；

S400：提取边缘图像序列的运动轨迹线；

S500：计算运动轨迹线与辅助轨迹线弗雷歇距离；

S600：当弗雷歇距离小于阈值时，发出手势错误的提示。

进一步地，在S300中，边缘检测算子包括Canny算子、Sobel算子、Susan算子、Prewitt算子、Laplacian算子、LOG算子、Roberts算子、Kirsch算子任意一种。

进一步地，在S400中，提取边缘图像序列的运动轨迹线的方法为：

S401：边缘图像序列的边缘图像中边缘轮廓上第一个像素点定义为连通区域中的最下面的像素点中的最左边的像素点；

S402：定义当前像素点的8个领域方向：左上、上、右上、左、右、左下、下、右下，其中，左上用0表示、上用1表示、右上用2表示、左用3表示、右用4表示、左下用5表示、下用6表示、右下用7表示。

S403：从第一个像素点的第0方向上的像素点开始逐行扫描，如果第一个像素点是连通区域中的像素点，则判定第一个像素点为轨迹点；

S404：如果当前像素点不是轨迹点，则从第1方向开始搜索是否是连通区域中的像素点，一直搜索到第7方向，直到找到轨迹点，第1方向即当前像素点左上方向，第7方向即当前像素点右下方向；

S405：若找到的轨迹点在第i方向上；i的取值范围为0…7之间的整数；

S406：从第i方向开始扫描下一个轨迹点，i为递增变量，i每次递增1，从i为0开始扫描直到7。如果i为0则从第7方向开始逐个扫描像素点是否是连通区域中的像素点，直到找到轨迹点，第1方向即当前像素点左上方向，第7方向即当前像素点右下方向；

S407：合并所有轨迹点得到运动轨迹线，即将所有轨迹点的连接线作为运动轨迹线。

进一步地，在S500中，所述辅助轨迹线为预存的标准陶艺流程中的手势的图像序列通过S100到S400生成的运动轨迹线。

进一步地，在S600中，所述阈值默认设置为陶艺流程中的手势的图像序列的图像宽度的1％，可人工调整。

本公开还提供了一种面向虚拟陶艺的可视化辅助学习系统，所述系统包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下系统的单元中：

图像采集单元，用于通过深度相机采集陶艺流程中的手势的图像序列；

图像滤波单元，用于对图像序列进行中值滤波处理得到滤波图像序列；

边缘提取单元，用于通过边缘检测算子提取滤波图像序列中的边缘图像序列；

轨迹提取单元，用于提取边缘图像序列的运动轨迹线；

距离计算单元，用于计算运动轨迹线与辅助轨迹线弗雷歇距离；

错误提示单元，用于当弗雷歇距离小于阈值时，发出手势错误的提示。

本公开的有益效果为：本公开提供一种面向虚拟陶艺的可视化辅助学习方法及系统，本方法针对的意义在于陶艺学习的数据可视性，便利性，全面性，巩固性，实时性，提高学生的创新能力和实践能力，提高教学资源的使用率；更适用于用户的使用习惯，使学习更加科学，用户进行虚拟陶艺学习后保留物理数据作为辅助轨迹线，进行可视化分类建立模型，并高效明确学习目标。

附图说明

通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明，本公开的上述以及其他特征将更加明显，本公开附图中相同的参考标号表示相同或相似的元素，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，在附图中：

图1所示为一种面向虚拟陶艺的可视化辅助学习方法的流程图；

图2所示为一种面向虚拟陶艺的可视化辅助学习系统结构图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本公开的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本公开的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示为根据本公开的一种面向虚拟陶艺的可视化辅助学习方法的流程图，下面结合图1来阐述根据本公开的实施方式的一种面向虚拟陶艺的可视化辅助学习方法。

本公开提出一种面向虚拟陶艺的可视化辅助学习方法，具体包括以下步骤：

S100：通过深度相机采集陶艺流程中的手势的图像序列；

S200：对图像序列进行中值滤波处理得到滤波图像序列；

S300：通过边缘检测算子提取滤波图像序列中的边缘图像序列；

S400：提取边缘图像序列的运动轨迹线；

S500：计算运动轨迹线与辅助轨迹线弗雷歇距离；

S600：当弗雷歇距离小于阈值时，发出手势错误的提示。

进一步地，在S300中，边缘检测算子包括Canny算子、Sobel算子、Susan算子、Prewitt算子、Laplacian算子、LOG算子、Roberts算子、Kirsch算子任意一种。

进一步地，在S400中，提取边缘图像序列的运动轨迹线的方法为：

S401：边缘图像序列的边缘图像中边缘轮廓上第一个像素点定义为连通区域中的最下面的像素点中的最左边的像素点；

S402：定义当前像素点的8个领域方向：左上、上、右上、左、右、左下、下、右下，其中，左上用0表示、上用1表示、右上用2表示、左用3表示、右用4表示、左下用5表示、下用6表示、右下用7表示。

S403：从第一个像素点的第0方向上的像素点开始逐行扫描，如果第一个像素点是连通区域中的像素点，则判定第一个像素点为轨迹点；

S404：如果当前像素点不是轨迹点，则从第1方向开始搜索是否是连通区域中的像素点，一直搜索到第7方向，直到找到轨迹点，第1方向即当前像素点左上方向，第7方向即当前像素点右下方向；

S405：若找到的轨迹点在第i方向上；i的取值范围为0…7之间的整数；

S406：从第i方向开始扫描下一个轨迹点，i为递增变量，i每次递增1，从i为0开始扫描直到7。如果i为0则从第7方向开始逐个扫描像素点是否是连通区域中的像素点，直到找到轨迹点，第1方向即当前像素点左上方向，第7方向即当前像素点右下方向；

S407：合并所有轨迹点得到运动轨迹线，即将所有轨迹点的连接线作为运动轨迹线。

进一步地，在S500中，所述辅助轨迹线为预存的标准陶艺流程中的手势的图像序列通过S100到S400生成的运动轨迹线。

进一步地，在S600中，所述阈值默认设置为陶艺流程中的手势的图像序列的图像宽度的1％，可人工调整。

把用户进行虚拟陶艺学习分为教学模块和交互式训练模块和自由创作模块。首先，教学模块提供了详细的操作描述和说明，用户可以预览学习目标和关键的操作方法。并且用户可以使用演示视频和系统操作示例来加强对操作过程和手势的印象。然后，交互式训练模块是包括及时反馈和档案式的反馈，在用户练习手势时提供视觉指导和反馈。提供视觉指导的目的是使用户习惯于手势。提供视觉反馈的目的是为用户提供对其操作的即时响应，并让用户了解操作的活动范围、变形区域和操作状态。提供全面的视觉指导，帮助用户熟悉基本手势。除了在每个学习阶段开始前提供的详细说明外，还为用户提供了预先安排好的教育内容和手势操作程序。最后，用户根据自己的设计进行陶艺制作，并允许用户自由地通过组合手势进行陶艺创作。

本公开的实施例提供的一种面向虚拟陶艺的可视化辅助学习系统，如图2所示为本公开的一种面向虚拟陶艺的可视化辅助学习系统结构图，该实施例的一种面向虚拟陶艺的可视化辅助学习系统包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述一种面向虚拟陶艺的可视化辅助学习系统实施例中的步骤。

所述系统包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下系统的单元中：

图像采集单元，用于通过深度相机采集陶艺流程中的手势的图像序列；

图像滤波单元，用于对图像序列进行中值滤波处理得到滤波图像序列；

边缘提取单元，用于通过边缘检测算子提取滤波图像序列中的边缘图像序列；

轨迹提取单元，用于提取边缘图像序列的运动轨迹线；

距离计算单元，用于计算运动轨迹线与辅助轨迹线弗雷歇距离；

错误提示单元，用于当弗雷歇距离小于阈值时，发出手势错误的提示。

所述一种面向虚拟陶艺的可视化辅助学习系统可以运行于桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备中。所述一种面向虚拟陶艺的可视化辅助学习系统，可运行的系统可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述例子仅仅是一种面向虚拟陶艺的可视化辅助学习系统的示例，并不构成对一种面向虚拟陶艺的可视化辅助学习系统的限定，可以包括比例子更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述一种面向虚拟陶艺的可视化辅助学习系统还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器可以是中央处理单元(CentralProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述一种面向虚拟陶艺的可视化辅助学习系统运行系统的控制中心，利用各种接口和线路连接整个一种面向虚拟陶艺的可视化辅助学习系统可运行系统的各个部分。

所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述一种面向虚拟陶艺的可视化辅助学习系统的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(SmartMediaCard,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(FlashCard)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

尽管本公开的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，而是应当将其视作是通过参考所附权利要求考虑到现有技术为这些权利要求提供广义的可能性解释，从而有效地涵盖本公开的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本公开进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本公开的非实质性改动仍可代表本公开的等效改动。

Claims (5)

1.一种面向虚拟陶艺的可视化辅助学习方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S100：通过深度相机采集陶艺流程中的手势的图像序列；

S200：对图像序列进行中值滤波处理得到滤波图像序列；

S300：通过边缘检测算子提取滤波图像序列中的边缘图像序列；

S400：提取边缘图像序列的运动轨迹线；

S500：计算运动轨迹线与辅助轨迹线弗雷歇距离；

S600：当弗雷歇距离小于阈值时，发出手势错误的提示。

2.根据权利要求1所述的一种面向虚拟陶艺的可视化辅助学习方法，其特征在于，在S300中，边缘检测算子包括Canny算子、Sobel算子、Susan算子、Prewitt算子、Laplacian算子、LOG算子、Roberts算子、Kirsch算子任意一种。

3.根据权利要求1所述的一种面向虚拟陶艺的可视化辅助学习方法，其特征在于，在S400中，提取边缘图像序列的运动轨迹线的方法为：

S401：边缘图像序列的边缘图像中边缘轮廓上第一个像素点定义为连通区域中的最下面的像素点中的最左边的像素点；

S402：定义当前像素点的8个领域方向：左上、上、右上、左、右、左下、下、右下，其中，左上用0表示、上用1表示、右上用2表示、左用3表示、右用4表示、左下用5表示、下用6表示、右下用7表示；

S403：从第一个像素点的第0方向上的像素点开始逐行扫描，如果第一个像素点是连通区域中的像素点，则判定第一个像素点为轨迹点；

S404：如果当前像素点不是轨迹点，则从第1方向开始搜索是否是连通区域中的像素点，一直搜索到第7方向，直到找到轨迹点，第1方向即当前像素点左上方向，第7方向即当前像素点右下方向；

S405：若找到的轨迹点在第i方向上；i的取值范围为0…7之间的整数；

S406：从第i方向开始扫描下一个轨迹点，i为递增变量，i每次递增1，从i为0开始扫描直到7；如果i为0则从第7方向开始逐个扫描像素点是否是连通区域中的像素点，直到找到轨迹点，第1方向即当前像素点左上方向，第7方向即当前像素点右下方向；

S407：合并所有轨迹点得到运动轨迹线，即将所有轨迹点的连接线作为运动轨迹线。

4.根据权利要求1所述的一种面向虚拟陶艺的可视化辅助学习方法，其特征在于，在S500中，所述辅助轨迹线为预存的标准陶艺流程中的手势的图像序列通过S100到S400生成的运动轨迹线。

5.一种面向虚拟陶艺的可视化辅助学习系统，其特征在于，所述系统包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下系统的单元中：

图像采集单元，用于通过深度相机采集陶艺流程中的手势的图像序列；

图像滤波单元，用于对图像序列进行中值滤波处理得到滤波图像序列；

边缘提取单元，用于通过边缘检测算子提取滤波图像序列中的边缘图像序列；

轨迹提取单元，用于提取边缘图像序列的运动轨迹线；

距离计算单元，用于计算运动轨迹线与辅助轨迹线弗雷歇距离；

错误提示单元，用于当弗雷歇距离小于阈值时，发出手势错误的提示。

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