CN112164147A - Ar增强现实教学演示用交互装置及其使用的智慧云平台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及AR教学技术领域，具体涉及AR增强现实教学演示用交互装置，包括竖板、底板、深度摄像头及台面板，竖板的正面上半部安装有摄像头支架和防尘结构；底板的上端中心位置固定安装有第一电动推杆，第一电动推杆的顶端与升降结构相连接，升降结构上还通过第二电动推杆固定安装有台面板，台面板的上表面设置有追踪十字架图案；AR增强现实教学演示用交互装置使用的智慧云平台，包括平台层、服务层和技术支撑层；本发明的装置在使用结束后能有效避免外界灰尘，水汽等粘附在深度摄像头上，保证了深度摄像头的清晰度，同时装置在搬运过程中，还能有效避免深度摄像头被外力碰撞所损坏；同时，深度摄像头可调节转动至任意角度，教学使用也更加灵活。
Description
技术领域
本发明涉及AR教学技术领域，具体涉及AR增强现实教学演示用交互装置及其使用的智慧云平台。
背景技术
AR增强现实技术是促使真实世界信息和虚拟世界信息内容之间综合在一起的较新的技术内容，其将原本在现实世界的空间范围中比较难以进行体验的实体信息在电脑等科学技术的基础上，实施模拟仿真处理，叠加将虚拟信息内容在真实世界中加以有效应用，并且在这一过程中能够被人类感官所感知，从而实现超越现实的感官体验。真实环境和虚拟物体之间重叠之后，能够在同一个画面以及空间中同时存在。
随着时代的不断发展，AR增强现实教学演示设备在教学的过程中起到重要的作用，AR增强现实教学演示设备允许虚拟模型直接在真正的物理空间使用AR增强现实技术进行交互，当您的设备的摄像头瞄准AR目标图像，设置你的模型可以模拟在不受限制的方式，从而进行教学工作，可参照专利号201910980215.7公开的一种基于 AR技术的教学用模拟实验设备及其方法，箱体一侧的底座上活动安装有转盘，转盘的上方固定安装有固定座椅，在转盘的外侧啮合连接有旋转主动轮，在底座内安装有与旋转主动轮相连接的电机，电机通过导线与安装在箱体内的主机相连接，在固定座椅上方安装有与主机相连接的AR教学装置；使用者主体能够通过AR技术得到切身的体验，观看者也可以通过显示器观看到最终的模拟结合效果，方便了使用者自身的实验操作，同时也可以为教师提供了监督和观测视角，方面了教学，使教学者能够更为直观的判断学生的操作，并对其进行指导和监督；但上述AR技术的教学用模拟实验设备依旧存在着一些缺点，如：摄像头长期暴露在外界，易沾附灰尘、水汽等，导致摄像头不清晰，影响演示效果；摄像头的角度也不能进行多角度调节，使用不灵活，实用性差；只能在具有深度摄像装置的手机和平板电脑上实现表面依附增强现实，在无桌面的情况下虚拟实训物体会投射到地面，没有指定位置可以投放虚拟物体，容易出现位置识别错误。
发明内容
本发明针对背景技术所提出的问题，而设计了AR增强现实教学演示用交互装置及其使用的智慧云平台。
本发明是通过以下技术方案实现的：
AR增强现实教学演示用交互装置，包括竖板、底板、深度摄像头及台面板，其特征在于：所述竖板的正面上半部安装有摄像头支架和防尘结构所述摄像头支架的底端安装有呈互相垂直设置的X轴电机架和Y轴电机架，所述X轴电机架上安装有X轴转动电机，所述X轴转动电机的输出端固定安装有X轴转动架，所述Y轴电机架上安装有Y轴转动电机，所述Y轴转动电机的输出端固定安装有Y轴转动架，所述X轴转动架与所述Y轴转动架内部共同转动安装有所述深度摄像头；
所述竖板的正面下半部还安装有升降结构，所述竖板的底端垂直安装有所述底板，所述底板的上端中心位置固定安装有第一电动推杆，所述第一电动推杆的顶端与升降结构相连接，所述升降结构上还通过一对第二电动推杆固定安装有所述台面板，所述台面板的上表面设置有追踪十字架图案；
所述竖板的背面还安装有集成控制箱，所述集成控制箱内部设有 PLC模块、GPRS通信模块、供电电源、中间继电器、信号隔离器及断路器，所述供电电源为所述PLC模块及所述GPRS通信模块供电，所述PLC模块与所述GPRS通信模块电性耦接，且与所述GPRS通信模块进行数据交互，所述GPRS通信模块与智慧云平台进行无线数据通信；所述中间继电器用于开关量输入及输出信号转换，所述信号隔离器用于模拟量输入及输出信号隔离转换信号；
其中，所述防尘结构包括上滑杆、下滑杆、左防尘罩及右防尘罩，所述上滑杆的外壁滑动安装有一对上滑套，且一对所述上滑套的底端分别与所述左防尘罩及所述右防尘罩相固定，所述下滑杆的外壁滑动安装有一对下滑套，一对所述下滑套的顶端分别与所述左防尘罩及所述右防尘罩相固定，一对上滑套的顶端还分别固定有左螺套及右螺套，所述左螺套及所述右螺套的内部共同螺纹安装有螺杆，所述螺杆的左半段外壁开设有左旋螺纹，所述螺杆的右半段外壁开设有右旋螺纹，所述螺杆转动安装与一组轴承座上，所述螺杆的右端穿过所述轴承座并与驱动电机的输出端相连接；
所述升降结构包括导轨、导套及水平座，一对所述导轨平行安装于所述竖板的正面下半部，一对所述导轨的外壁分别滑动安装有所述导套，一对所述导套之间固定安装有所述水平座，所述水平座的底面与所述第一电动推杆的伸缩端相固定，所述水平座的前侧壁开设有一对安装槽，一对所述安装槽内部分别安装有所述第二电动推杆。
作为上述方案的进一步改进，所述左防尘罩及所述右防尘罩均由罩形壳体及平板一体化成型而成，所述左防尘罩的右端口及所述右防尘罩的左端口均固定有橡胶密封条。
作为上述方案的进一步改进，所述深度摄像头为Astra系列深度摄像头，且所述深度摄像头内部包括外壳、麦克风、红外摄像头、RGB 摄像头和红外传感器。
作为上述方案的进一步改进，所述X轴转动架呈U形，且X轴转动架内部两个横杆之间共同转动安装有所述深度摄像头，所述Y 轴转动架由两个弯杆呈°安装固定而成，其中一个弯杆与所述深度摄像头之间为转动连接，另一弯杆与所述Y轴转动电机的输出端固定。
AR增强现实教学演示用交互装置使用的智慧云平台，包括平台层、服务层和技术支撑层，所述平台层包括AR汉字通智慧型汉语教学云平台，所述AR汉字通智慧型汉语教学云平台包括区块链技术智慧型教学平台、智慧型AI评分教学平台、中文在线教学平台、基于5G的高清汉语教学资源平台和AR情景交互式教学平台，所述服务层包括核心技术开发模块和服务面向对象模块，所述核心技术开发模块包括课程开发及服务模块、智慧平台开发模块、资源库开发模块、高清交互资源开发模块和Ar新型态情境教学开发设计模块，所述技术支撑层包括区块链模块、大数据AI模块、云计算模块、5G通讯模块和Ar增强现实模块，所述区块链模块与所述课程开发及服务模块通讯连接，所述大数据AI模块与所述智慧平台开发模块通讯连接，所述云计算模块与所述资源库开发模通讯连接，所述5G通讯模块与所述高清交互资源开发模通讯连接，所述Ar增强现实模与所述Ar 新型态情境教学开发设计模块通讯连接。
作为上述方案的进一步改进，所述课程开发及服务模块包括课程资源、教学管理、考核评价、课程选择和课程预约；所述智慧平台开发模块包括书法评分系统、读音评分系统和语音识别系统；所述资源库开发模块包括对外汉语考级教学资源库、K12教学资源库、语文教师在线课件资源库和对外汉语在线课件数据库；所述高清交互资源开发模块包括4K/8K视频、AR大场景交互、AR复杂场景交互、在线高清书法教学和在线课堂教学；所述Ar新型态情境教学开发设计模块包括三维图形实景、图形认知、720°旋转展示、爆炸炸开分解合成、内部结构细节缩放和选择类交互。
作为上述方案的进一步改进，所述服务面向对象模块的对象包括机构、教育部门、K12学生、汉语学习使用者、语文教师和对外汉语教师。
作为上述方案的进一步改进，所述AR汉字通智慧型汉语教学云平台具有的功能包括听、读、写、用、知、测和拓。
作为上述方案的进一步改进，还包括电子互动投影模块，且所述电子互动投影模块采用摄像头深度识别技术和EasyAR Sense SDK4.0开发的表面识别技术。
作为上述方案的进一步改进，所述摄像头深度识别技术的深度检测的技术方法包括：双目匹配、一般结构光、Light coding，所述双目匹配包括双RGB摄像头和可选的照明系统；所述一般结构光包括一个RGB摄像头、结构光红外投射器和结构光深度感应器；所述Light coding包括激光散斑光源。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明中，竖板的正面上半部安装有防尘结构，防尘结构包括上滑杆、下滑杆、左防尘罩及右防尘罩，可控制驱动电机带动螺杆顺时针或者逆时针转动，螺杆的左半段外壁开设有左旋螺纹，螺杆的右半段外壁开设有右旋螺纹，且螺杆外壁分别螺纹安装有左螺套及右螺套，螺杆逆时针转动时，左螺套及右螺套同时相向移动，左螺套及右螺套的底端又分别与左防尘罩、右防尘罩相固定，进一步会带动左防尘罩、右防尘罩相互移动至合拢在一起，合拢后能形成一个半球形壳体并罩设在深度摄像头外部，从而装置在使用结束后能有效避免外界灰尘粘附在深度摄像头上，保证了深度摄像头的清晰度，同时装置在搬运过程中，半球形壳体还能有效避免深度摄像头被外力碰撞所损坏；反之，教学演示使用时，可控制螺杆顺时针转动，左螺套及右螺套同时背向移动，进一步带动左防尘罩、右防尘罩相互分开至远离深度摄像头的两侧，从而也不影响深度摄像头的工作。
2、本发明中，摄像头支架的底端安装有呈互相垂直设置的X轴电机架和Y轴电机架，X轴电机架上安装有X轴转动电机，X轴转动电机的输出端固定安装有X轴转动架，X轴转动电机工作可带动X 轴转动架沿X轴顺时针或者逆时针转动，Y轴电机架上安装有Y轴转动电机，Y轴转动电机的输出端固定安装有Y轴转动架，Y轴转动电机可带动Y轴转动架沿Y轴顺时针或者逆时针转动，X轴转动架与Y 轴转动架内部共同转动安装有深度摄像头，进而可调节深度摄像头转动至任意角度，教学使用更加灵活，具有极大的市场前景。
3、本发明中，深度摄像头内部包括外壳、麦克风、红外摄像头、 RGB摄像头和红外传感器，从而深度摄像头具有红外追踪和表面追踪的功能，提高了分辨率，增加了图形投影识别的效果，从而有利于提高教学质量。
4、本发明中，AR增强现实教学演示用交互装置使用的智慧云平台便于教师对教学进行AR演示，增强现实教学，降低学生上课玩手机的情况，从而增加教学质量；还具备根据所教授内容搜索数据库的功能，具备将搜索出来的相关汉字数据库合并成在线演示课件功能，从而方便教学。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
图1为本发明的第一视角立体结构示意图；
图2为本发明的第二视角立体结构示意图；
图3为本发明中深度摄像头及摄像头支架的第一视角安装示意图；
图4为本发明中深度摄像头及摄像头支架的第二视角安装示意图；
图5为本发明中深度摄像头的立体结构示意图；
图6为本发明中防尘结构的立体结构示意图；
图7为本发明中集成控制箱的内部结构示意图；
图8为本发明中左防尘罩与右防尘罩合拢后的结构示意图；
图9为本发明中所使用智慧云平台的系统控制框图；
图10为本发明实施例2中防尘结构的立体结构示意图；
图11为本发明实施例3中所使用智慧云平台的系统控制框图。
其中，1-竖板，2-底板，3-深度摄像头，301-外壳，302-麦克风，303-红外摄像头，304-RGB摄像头，305-红外传感器，4-台面板，5-集成控制箱，501-PLC模块，502-GPRS通信模块，503-供电电源，504-中间继电器，505-信号隔离器，506-断路器，6-防尘结构，601-上滑杆，602-下滑杆，603-左防尘罩，604-右防尘罩， 605-上滑套，606-下滑套，607-左螺套，608-右螺套，609-螺杆， 610-左旋螺纹，611-右旋螺纹，612-轴承座，613-驱动电机，614-橡胶密封条，7-升降结构，701-导轨，702-导套，703-水平座，704- 安装槽，8-摄像头支架，9-X轴电机架，10-Y轴电机架，11-X轴转动电机，12-X轴转动架，13-Y轴转动电机，14-Y轴转动架，15- 第一电动推杆，16-第二电动推杆，17-追踪十字架图案。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语″第一″、″第二″等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语″包括″和″具有″以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中，术语″上″、″下″、″左″、″右″、″前″、″后″、″顶″、″底″、″内″、″外″、″中″、″竖直″、″水平″、″横向″、″纵向″等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语″上″在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。
此外，术语″安装″、″设置″、″设有″、″连接″、″相连″、″套接″应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图1～11对本发明进一步说明。
实施例1
AR增强现实教学演示用交互装置，如图1～4所示包括竖板1、底板2、深度摄像头3及台面板4，竖板1的正面上半部安装有摄像头支架8和防尘结构6，摄像头支架8的底端安装有呈互相垂直设置的X轴电机架9和Y轴电机架10，X轴电机架9上安装有X轴转动电机11，X轴转动电机11的输出端固定安装有X轴转动架12，Y 轴电机架10上安装有Y轴转动电机13，Y轴转动电机13的输出端固定安装有Y轴转动架14，X轴转动架12与Y轴转动架14内部共同转动安装有深度摄像头3；X轴转动架12呈U形，且X轴转动架 12内部两个横杆之间共同转动安装有深度摄像头3，Y轴转动架14 由两个弯杆呈90°安装固定而成，其中一个弯杆与深度摄像头3之间为转动连接，另一弯杆与Y轴转动电机13的输出端固定；X轴转动电机11工作可带动X轴转动架12沿X轴顺时针或者逆时针转动， Y轴转动电机13可带动Y轴转动架14沿Y轴顺时针或者逆时针转动，X轴转动架12与Y轴转动架14内部共同转动安装有深度摄像头3，进而可调节深度摄像头3转动至任意角度，教学使用更加灵活，具有极大的市场前景。
如图5所示，深度摄像头3为Astra系列深度摄像头，且深度摄像头3内部包括外壳301、麦克风302、红外摄像头303、RGB摄像头304和红外传感器305；从而深度摄像头3具有红外追踪和表面追踪的功能，提高了分辨率，增加了图形投影识别的效果，从而有利于提高教学质量；
如图2所示，竖板1的正面下半部还安装有升降结构7，竖板1 的底端垂直安装有底板2，底板2的上端中心位置固定安装有第一电动推杆15，第一电动推杆15的顶端与升降结构7相连接，升降结构7上还通过一对第二电动推杆16固定安装有台面板4，台面板4 的上表面设置有追踪十字架图案17；
如图1和图7所示，竖板1的背面还安装有集成控制箱5，集成控制箱5内部设有PLC模块501、GPRS通信模块502、供电电源 503、中间继电器504、信号隔离器505及断路器506，供电电源 503为PLC模块501及GPRS通信模块502供电，PLC模块501 与GPRS通信模块502电性耦接，且与GPRS通信模块502进行数据交互，GPRS通信模块502与智慧云平台进行无线数据通信；中间继电器504用于开关量输入及输出信号转换，信号隔离器505用于模拟量输入及输出信号隔离转换信号；
其中，如图6所示，防尘结构6包括上滑杆601、下滑杆602、左防尘罩603及右防尘罩604，上滑杆601的外壁滑动安装有一对上滑套605，且一对上滑套605的底端分别与左防尘罩603及右防尘罩604相固定，下滑杆602的外壁滑动安装有一对下滑套606，一对下滑套606的顶端分别与左防尘罩603及右防尘罩604相固定，一对上滑套605的顶端还分别固定有左螺套607及右螺套608，左螺套607及右螺套608的内部共同螺纹安装有螺杆609，螺杆609 的左半段外壁开设有左旋螺纹610，螺杆609的右半段外壁开设有右旋螺纹611，螺杆609转动安装与一组轴承座612上，螺杆609 的右端穿过轴承座612并与驱动电机613的输出端相连接；
如图2所示，升降结构7包括导轨701、导套702及水平座703，一对导轨701平行安装于竖板1的正面下半部，一对导轨701的外壁分别滑动安装有导套702，一对导套702之间固定安装有水平座 703，水平座703的底面与第一电动推杆15的伸缩端相固定，水平座703的前侧壁开设有一对安装槽704，一对安装槽704内部分别安装有第二电动推杆16。
本实施例的AR增强现实教学演示用交互装置在使用时，首先使装置接通电源，控制驱动电机613带动螺杆609顺时针转动，左螺套607及右螺套608同时背向移动，进一步带动左防尘罩603、右防尘罩604相互分开至远离深度摄像头3的两侧，从而也不影响深度摄像头3的工作；升降结构7中水平座703的底面与第一电动推杆15的伸缩端相固定，水平座703水平座703的前侧壁开设有一对安装槽704，一对安装槽704内部分别安装有第二电动推杆16，一对第二电动推杆16固定安装有台面板4，进而可通过控制第一电动推杆15与第二电动推杆16的伸缩来调节台面板4的上下高度及前后距离；再将教学素材放置于台面板4的上表面设置的追踪十字架图案17位置，最后通过X轴转动电机11及Y轴转动电机13的工作，即可调节深度摄像头3转动至任意角度，深度摄像头3对准追踪十字架图案17位时，即可获得素材的图像，并将素材的虚拟实训物体投射到台面板4的上。
本实施例的AR增强现实教学演示用交互装置在使用结束后，可控制驱动电机613带动螺杆609顺时针转动，螺杆609的左半段外壁开设有左旋螺纹610，螺杆609的右半段外壁开设有右旋螺纹 611，且螺杆609外壁分别螺纹安装有左螺套607及右螺套608，左螺套607及右螺套608同时相向移动，左螺套607及右螺套608 的底端又分别与左防尘罩603、右防尘罩604相固定，进一步会带动左防尘罩603、右防尘罩604相互移动至合拢在一起，合拢后能形成一个半球形壳体并罩设在深度摄像头3外部如图8所示，从而装置在使用结束后能有效避免外界灰尘粘附在深度摄像头3上，保证了深度摄像头3的清晰度，同时装置在搬运过程中，半球形壳体还能有效避免深度摄像头3被外力碰撞所损坏。
如图9所示，AR增强现实教学演示用交互装置使用的智慧云平台，包括平台层、服务层和技术支撑层，平台层包括AR汉字通智慧型汉语教学云平台，AR汉字通智慧型汉语教学云平台包括区块链技术智慧型教学平台、智慧型AI评分教学平台、中文在线教学平台、基于5G的高清汉语教学资源平台和AR情景交互式教学平台，AR 汉字通智慧型汉语教学云平台具有的功能包括听、读、写、用、知、测和拓；服务层包括核心技术开发模块和服务面向对象模块，核心技术开发模块包括课程开发及服务模块、智慧平台开发模块、资源库开发模块、高清交互资源开发模块和Ar新型态情境教学开发设计模块，服务面向对象模块的对象包括机构、教育部门、K12学生、汉语学习使用者、语文教师和对外汉语教师；技术支撑层包括区块链模块、大数据AI模块、云计算模块、5G通讯模块和Ar增强现实模块，区块链模块与课程开发及服务模块通讯连接，大数据AI模块与智慧平台开发模块通讯连接，云计算模块与资源库开发模通讯连接，5G通讯模块与高清交互资源开发模通讯连接，Ar增强现实模与Ar新型态情境教学开发设计模块通讯连接。
如图9所示，课程开发及服务模块包括课程资源、教学管理、考核评价、课程选择和课程预约；智慧平台开发模块包括书法评分系统、读音评分系统和语音识别系统；资源库开发模块包括对外汉语考级教学资源库、K12教学资源库、语文教师在线课件资源库和对外汉语在线课件数据库；高清交互资源开发模块包括4K/8K视频、AR大场景交互、AR复杂场景交互、在线高清书法教学和在线课堂教学；Ar新型态情境教学开发设计模块包括三维图形实景、图形认知、720°旋转展示、爆炸炸开分解合成、内部结构细节缩放和选择类交互。
本实施例的AR增强现实教学演示用交互装置使用的智慧云平台便于教师对教学进行AR演示，增强现实教学，降低学生上课玩手机的情况，从而增加教学质量；还具备根据所教授内容搜索数据库的功能，具备将搜索出来的相关汉字数据库合并成在线演示课件功能，从而方便教学。
实施例2
实施例2在实施例1的基础上，如图10所示，左防尘罩603 及右防尘罩604均由罩形壳体及平板一体化成型而成，左防尘罩603 的右端口及右防尘罩604的左端口均固定有橡胶密封条614。
本实施例在使用过程中，在驱动电机613带动螺杆609顺时针转动时，左螺套607及右螺套608同时相向移动，左螺套607及右螺套608的底端又分别与左防尘罩603、右防尘罩604相固定，进一步会带动左防尘罩603、右防尘罩604相互移动至合拢在一起，左防尘罩603、右防尘罩604相互移动至合拢在一起，橡胶密封条 614能够提高密封性，且防尘防水效果更佳。
实施例3
实施例3在实施例1的基础上，如图11所示，AR增强现实教学演示用交互装置使用的智慧云平台，还包括电子互动投影模块，且电子互动投影模块采用摄像头深度识别技术和EasyAR Sense SDK4.0开发的表面识别技术。
摄像头深度识别技术的深度检测的技术方法包括：双目匹配、一般结构光、Lightcoding，双目匹配包括双RGB摄像头和可选的照明系统；一般结构光包括一个RGB摄像头、结构光红外投射器和结构光深度感应器；Light coding包括激光散斑光源。双目匹配采用三角测量原理完全基于图像处理技术，通过寻找两个图像中的相同的特征点得到匹配点，从而得到深度值，三角测量原理即目标点在左右两幅视图中成像的横坐标之间存在的差异(视差Disparity)，与目标点到成像平面的距离成反比例的关系：Z＝ft/d；得到深度信息；一般结构光测距与双目匹配的不同点在于对投射光源进行了编码或者说特征化，这样拍摄的是被编码的光源投影到物体上被物体表面的深度调制过的图像，且一般结构光采用三角视差测距，一般结构光的基本原理为：通过投影一个预先设计好的图案作为参考图像(编码光源)，将结构光投射至物体表面，再使用摄像机接收该物体表面反射的结构光图案，这样，同样获得了两幅图像，一幅是预先设计的参考图像，另外一幅是相机获取的物体表面反射的结构光图案，由于接收图案必会因物体的立体型状而发生变形，故可以通过该图案在摄像机上的位置和形变程度来计算物体表面的空间信息；Light coding与一般结构光不同，Light coding的光源为″激光散斑″，是激光照射到粗糙物体或穿透毛玻璃后随机形成的衍射斑点，这些散斑具有高度的随机性，而且会随着距离的不同而变换图案，即空间中任意两处的散斑图案都是不同的，只要在空间中打上这样的光，整个空间都被做了标记，把一个物体放进这个空间，只要看看物体上面的散斑图案，就可以知道这个物体在什么位置，在这之前要把整个空间的散斑图案都记录下来，需要先做一次光源标定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.AR增强现实教学演示用交互装置，包括竖板(1)、底板(2)、深度摄像头(3)及台面板(4)，其特征在于：所述竖板(1)的正面上半部安装有摄像头支架(8)和防尘结构(6)。
2.根据权利要求1所述的AR增强现实教学演示用交互装置，其特征在于：所述摄像头支架(8)的底端安装有呈互相垂直设置的X轴电机架(9)和Y轴电机架(10)，所述X轴电机架(9)上安装有X轴转动电机(11)，所述X轴转动电机(11)的输出端固定安装有X轴转动架(12)，所述Y轴电机架(10)上安装有Y轴转动电机(13)，所述Y轴转动电机(13)的输出端固定安装有Y轴转动架(14)，所述X轴转动架(12)与所述Y轴转动架(14)内部共同转动安装有所述深度摄像头(3)；所述竖板(1)的正面下半部还安装有升降结构(7)，所述竖板(1)的底端垂直安装有所述底板(2)，所述底板(2)的上端中心位置固定安装有第一电动推杆(15)，所述第一电动推杆(15)的顶端与升降结构(7)相连接，所述升降结构(7)上还通过一对第二电动推杆(16)固定安装有所述台面板(4)，所述台面板(4)的上表面设置有追踪十字架图案(17)；所述竖板(1)的背面还安装有集成控制箱(5)，所述集成控制箱(5)内部设有PLC模块(501)、GPRS通信模块(502)、供电电源(503)、中间继电器(504)、信号隔离器(505)及断路器(506)，所述供电电源(503)为所述PLC模块(501)及所述GPRS通信模块(502)供电，所述PLC模块(501)与所述GPRS通信模块(502)电性耦接，且与所述GPRS通信模块(502)进行数据交互，所述GPRS通信模块(502)与智慧云平台进行无线数据通信；所述中间继电器(504)用于开关量输入及输出信号转换，所述信号隔离器(505)用于模拟量输入及输出信号隔离转换信号；其中，所述防尘结构(6)包括上滑杆(601)、下滑杆(602)、左防尘罩(603)及右防尘罩(604)，所述上滑杆(601)的外壁滑动安装有一对上滑套(605)，且一对所述上滑套(605)的底端分别与所述左防尘罩(603)及所述右防尘罩(604)相固定，所述下滑杆(602)的外壁滑动安装有一对下滑套(606)，一对所述下滑套(606)的顶端分别与所述左防尘罩(603)及所述右防尘罩(604)相固定，一对上滑套(605)的顶端还分别固定有左螺套(607)及右螺套(608)，所述左螺套(607)及所述右螺套(608)的内部共同螺纹安装有螺杆(609)，所述螺杆(609)的左半段外壁开设有左旋螺纹(610)，所述螺杆(609)的右半段外壁开设有右旋螺纹(611)，所述螺杆(609)转动安装与一组轴承座(612)上，所述螺杆(609)的右端穿过所述轴承座(612)并与驱动电机(613)的输出端相连接；所述升降结构(7)包括导轨(701)、导套(702)及水平座(703)，一对所述导轨(701)平行安装于所述竖板(1)的正面下半部，一对所述导轨(701)的外壁分别滑动安装有所述导套(702)，一对所述导套(702)之间固定安装有所述水平座(703)，所述水平座(703)的底面与所述第一电动推杆(15)的伸缩端相固定，所述水平座(703)的前侧壁开设有一对安装槽(704)，一对所述安装槽(704)内部分别安装有所述第二电动推杆(16)；所述左防尘罩(603)及所述右防尘罩(604)均由罩形壳体及平板一体化成型而成，所述左防尘罩(603)的右端口及所述右防尘罩(604)的左端口均固定有橡胶密封条(614)。
3.根据权利要求2所述的AR增强现实教学演示用交互装置，其特征在于：所述深度摄像头(3)为Astra系列深度摄像头，且所述深度摄像头(3)内部包括外壳(301)、麦克风(302)、红外摄像头(303)、RGB摄像头(304)和红外传感器(305)。
4.根据权利要求2～3中任意一项所述的AR增强现实教学演示用交互装置使用的智慧云平台，其特征在于：包括平台层、服务层和技术支撑层，所述平台层包括AR汉字通智慧型汉语教学云平台，所述AR汉字通智慧型汉语教学云平台包括区块链技术智慧型教学平台、智慧型AI评分教学平台、中文在线教学平台、基于5G的高清汉语教学资源平台和AR情景交互式教学平台，所述服务层包括核心技术开发模块和服务面向对象模块，所述核心技术开发模块包括课程开发及服务模块、智慧平台开发模块、资源库开发模块、高清交互资源开发模块和Ar新型态情境教学开发设计模块，所述技术支撑层包括区块链模块、大数据AI模块、云计算模块、5G通讯模块和Ar增强现实模块，所述区块链模块与所述课程开发及服务模块通讯连接，所述大数据AI模块与所述智慧平台开发模块通讯连接，所述云计算模块与所述资源库开发模通讯连接，所述5G通讯模块与所述高清交互资源开发模通讯连接，所述Ar增强现实模与所述Ar新型态情境教学开发设计模块通讯连接。
5.根据权利要求4所述的AR增强现实教学演示用交互装置使用的智慧云平台，其特征在于：所述课程开发及服务模块包括课程资源、教学管理、考核评价、课程选择和课程预约；所述智慧平台开发模块包括书法评分系统、读音评分系统和语音识别系统；所述资源库开发模块包括对外汉语考级教学资源库、K12教学资源库、语文教师在线课件资源库和对外汉语在线课件数据库；所述高清交互资源开发模块包括4K/8K视频、AR大场景交互、AR复杂场景交互、在线高清书法教学和在线课堂教学；所述Ar新型态情境教学开发设计模块包括三维图形实景、图形认知、720°旋转展示、爆炸炸开分解合成、内部结构细节缩放和选择类交互。
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|---|---|---|---|---|
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2020
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Cited By (3)
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| WO2021204305A3 (zh) * | 2021-07-20 | 2022-04-28 | 郑州航空工业管理学院 | 基于数字孪生的 ar 交互装置 |
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