CN112466187B - 一种基于手势的实物编程控制方法 - Google Patents

一种基于手势的实物编程控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于手势的实物编程控制方法，包括：S1、将若干实物编程模块放置在编程板上，并将其所在位置信息录入系统数据库中；S2、预先定义不同手势所代表的编程指令含义，并录入系统数据库中；S3、用户将任务对象的执行程序依据编程的语义语法规则分解成若干段代码信息；S4、选取步骤S3中的代码信息，确定代码信息所在的实物编程模块；S5、采集用户的手势信号，根据用户的手势信号从实物编程模块中读取相对应的代码信息；S6、重复步骤S4～S5，将读取的代码信息依次组合形成执行程序输入至任务对象中。本发明在实物编程的过程中对实物编程模块不存在位置的限制，减轻了儿童初步学习编程的任务量，更利于儿童的学习。

Description

一种基于手势的实物编程控制方法
技术领域
本发明涉及实物编程技术领域，尤其涉及一种基于手势的实物编程控制方法。
背景技术
实物编程通过触觉、物理感知等技术与实物交互，再将实物逻辑转化为程序逻辑来进行编程。与直接让儿童操控电脑相比，让儿童通过操纵实物来与电脑进行交互，更容易让儿童投入在整个过程当中。通过实物编程系统，儿童可以对程序语言的逻辑有更加直观的理解。程序不再是一行行枯燥的代码，而是一组实物的组合，儿童通过对实物的拼接组合，就可以完成普通程序语言通过键盘输入代码完成的工作。实物编程的特点决定了它更适合儿童进行编程操作。当前现有的实物编程是用户根据所选实物编程的任务及任务执行规则摆放实物编程块，形成一个实物编程块序列，对实物编程块位置的限制比较多。
例如，中国专利文献CN201710401894.9公开了“一种实物编程方法”，包括：制作或提供若干实物编程块，实物编程块设有识别标识；建立实物编程显示环境；根据所要实现的程序任务要求在实物编程显示环境中摆放实物编程块以编程生成实物编程块序列；使用搭载有实物编程应用程序的移动终端对实物编程显示环境中的实物编程块序列信息进行识别，实物编程块序列信息包括各实物编程块的识别标识及其逻辑关系；通过实物编程应用程序控制行走装置根据实物编程块序列信息在实物编程显示环境中实施动作。上述专利的不足之处在于在实物编程的过程中需要根据所要实现的程序任务要求在实物编程显示环境中摆放实物编程块以编程生成实物编程块序列，对实物编程块位置存在较多限制，不利于儿童的学习。
发明内容
本发明主要解决原有的实物编程方法对实物编程模块位置存在较多限制，不利于儿童学习的技术问题；提供一种基于手势的实物编程控制方法，在实物编程的过程中对实物编程模块不存在位置的限制，减轻了儿童初步学习编程的任务量，更利于儿童的学习。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明包括以下步骤：
S1、将若干实物编程模块放置在编程板上，并将实物编程模块所在位置信息录入系统数据库中，其中，每个所述实物编程模块包含若干个代码信息；
S2、预先定义不同手势所代表的编程指令含义，并录入系统数据库中；
S3、用户将任务对象的执行程序依据编程的语义语法规则分解成若干段代码信息；
S4、选取步骤S3中的代码信息，确定代码信息所在的实物编程模块；
S5、采集用户的手势信号，根据用户的手势信号从实物编程模块中读取相对应的代码信息；
S6、重复步骤S4～S5，将读取的代码信息依次组合形成执行程序输入至任务对象中。
在实物编程的过程中，用户可将实物编程模块随意放置在编程板上，用户将任务对象所需的执行程序分解成若干代码信息，依次确定各段任务代码信息所在的实物编程模块，然后通过手势确认从实物编程模块中读取相对应的代码信息，将读取的代码信息依次组合即形成任务对象所需的执行程序，本发明在实物编程的过程中对实物编程模块不存在位置的限制，减轻了儿童初步学习编程的任务量，更利于儿童的学习，同时也降低了编程板的使用成本，无需保证编程板上所有的实物编程模块放置位置均能正常工作。通过非接触式控制实物编程系统读取实物编程模块中烧录的代码信息，减少对实物编程模块的按压触碰，有利于延长其使用寿命。
作为优选，所述的步骤S4具体包括：
S41、用户采用单根手指非接触式作用于实物编程模块；
S42、图像采集设备从编程板的正前方和左侧方采集正视图像和侧视图像，所述正视图像和侧视图像中均包含编程板和用户的单根手指；
S43、结合正视图像和侧视图像计算获取用户的单根手指指尖投影在编程板上的投影点位置信息；
S44、遍历编程板上所有实物编程模块的位置信息，筛选出离投影点距离最短的实物编程模块作为代码信息所在的实物编程模块。
用户采用单根手指非接触式作用于实物编程模块，通过识别用户单根手指指尖投影在编程板上的投影点与实物编程模块中心点之间的距离，来确定用户选择的实物编程模块，无需将实物编程模块根据所要实现的程序任务要求进行摆放生成实物编程模块序列，对实物编程模块不存在位置的限制，减轻了儿童初步学习编程的任务量，更利于儿童的学习，同时也降低了编程板的使用成本，无需保证编程板上所有的实物编程模块放置位置均能正常工作。
作为优选，所述的步骤S43具体包括：
S431、设置坐标系，其中，以编程板前侧边所在直线为X轴，以编程板左侧边所在直线为Y轴，以编程板左侧边与前侧边的交点为原点O；
S432、在正视图像中以指尖为起点向下做竖直线与编程板前侧边相交于点A，通过公式XA＝(SOA/Sq＇)×Sq计算出点A的X坐标，其中，SOA是正视图像中点A与原点O之间的距离，Sq＇是正视图像中编程板前侧边的长度，Sq是编程板前侧边的实际长度；
S433、在侧视图像中以指尖为起点向下做竖直线与编程板左侧边相交于点B，通过公式YB＝(SOB/SZ＇)×SZ计算出点B的Y坐标，其中，SOB是侧视图像中点B与原点O之间的距离，SZ＇是侧视图像中编程板左侧边的长度，SZ是编程板左侧边的实际长度；
S434、用户的单根手指指尖投影在编程板上的投影点位置信息为(XA，YB)。
作为优选，所述的步骤S44中，当筛选出离投影点距离最短的实物编程模块的数量有若干个时，通过以下方式确定代码信息所在的实物编程模块：
I、以正视图像中点A与原点O之间的距离为长方体的一边边长，以侧视图像中点B与原点O之间的距离为长方体的另一边边长绘制长方体，长方体的对角线即为用户的单根手指在编程板上的投影，计算对角线与长度为点B与原点O之间的距离的长方形边之间的夹角θ1的大小；
II、计算实物编程模块中心点与投影点所在直线与编程板左侧边所在直线的夹角θ2的大小；
III、筛选出夹角之差最小的实物编程模块作为代码信息所在的实物编程模块。
当存在若干个实物编程模块与投影点之间的距离都为最短时，通过判断投影点与实物编程模块中心点所在直线与用户的单根手指指尖在编程板上的投影所在直线之间的夹角，夹角越小，说明与用户的指向方向越一致。
作为优选，所述的步骤S5具体包括：
通过图像采集设备采集用户的手势图像，根据图像识别算法识别出手势图像中的手势信号，并依据系统数据库中录入的手势与编程指令含义的关联，从实物编程模块中读取相对应的代码信息。
通过非接触式控制实物编程系统读取实物编程模块中烧录的代码信息，减少对实物编程模块的按压触碰，有利于延长其使用寿命。
作为优选，所述的步骤S1中，每个所述实物编程模块包含若干个代码信息，同一实物编程模块中的若干个代码信息的参数设置不同，语义语法均相同。
本发明的有益效果是：1)在实物编程的过程中对实物编程模块不存在位置的限制，减轻了儿童初步学习编程的任务量，更利于儿童的学习，同时也降低了编程板的使用成本，无需保证编程板上所有的实物编程模块放置位置均能正常工作；2)通过非接触式控制实物编程系统读取实物编程模块中烧录的代码信息，减少对实物编程模块的按压触碰，有利于延长其使用寿命。
附图说明
图1是本发明方法的一种流程图。
图2是本发明单根手指指尖投影在编程板上的投影点位置信息计算过程示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：本实施例的一种基于手势的实物编程控制方法，如图1所示，包以下步骤：
S1、将若干实物编程模块放置在编程板上，并将实物编程模块所在位置信息录入系统数据库中，其中，实物编程模块所在位置信息即实物编程模块的中心点的位置信息，每个所述实物编程模块包含若干个代码信息，同一实物编程模块中的若干个代码信息的参数设置不同，语义语法均相同；
S2、预先定义不同手势所代表的编程指令含义，并录入系统数据库中；
S3、用户将任务对象的执行程序依据编程的语义语法规则分解成若干段代码信息；
S4、按照顺序选取步骤S3中的代码信息，确定代码信息所在的实物编程模块，具体包括：
S41、用户采用单根手指非接触式作用于实物编程模块；
S42、图像采集设备从编程板的正前方和左侧方采集正视图像和侧视图像，所述正视图像和侧视图像中均包含编程板和用户的单根手指；
S43、结合正视图像和侧视图像计算获取用户的单根手指指尖投影在编程板上的投影点位置信息：
S431、设置坐标系，其中，以编程板前侧边所在直线为X轴，以编程板左侧边所在直线为Y轴，以编程板左侧边与前侧边的交点为原点O；
S432、在正视图像中以指尖为起点向下做竖直线与编程板前侧边相交于点A，通过公式XA＝(SOA/Sq＇)×Sq计算出点A的X坐标，其中，SOA是正视图像中点A与原点O之间的距离，Sq＇是正视图像中编程板前侧边的长度，Sq是编程板前侧边的实际长度，如图2(a)所示；
S433、在侧视图像中以指尖为起点向下做竖直线与编程板左侧边相交于点B，通过公式YB＝(SOB/SZ＇)×SZ计算出点B的Y坐标，其中，SOB是侧视图像中点B与原点O之间的距离，SZ＇是侧视图像中编程板左侧边的长度，SZ是编程板左侧边的实际长度，如图2(b)所示；
S434、用户的单根手指指尖投影在编程板上的投影点位置信息为(XA，YB)；
S44、遍历编程板上所有实物编程模块的位置信息，筛选出离投影点距离最短的实物编程模块作为代码信息所在的实物编程模块，当筛选出离投影点距离最短的实物编程模块的数量有若干个时，通过以下方式确定代码信息所在的实物编程模块：
I、以正视图像中点A与原点O之间的距离为长方体的一边边长，以侧视图像中点B与原点O之间的距离为长方体的另一边边长绘制长方体，长方体的对角线即为用户的单根手指在编程板上的投影，计算对角线与长度为点B与原点O之间的距离的长方形边之间的夹角θ1的大小；
II、计算实物编程模块中心点与投影点所在直线与编程板左侧边所在直线的夹角θ2的大小；
III、筛选出夹角之差最小的实物编程模块作为代码信息所在的实物编程模块。
S5、采集用户的手势信号，根据用户的手势信号从实物编程模块中读取相对应的代码信息：通过图像采集设备采集用户的手势图像，根据图像识别算法识别出手势图像中的手势信号，并依据系统数据库中录入的手势与编程指令含义的关联，从实物编程模块中读取相对应的代码信息，根据图像识别算法识别出手势图像中的手势信号是本领域的现有技术，在本实施例中不作具体描述；
S6、重复步骤S4～S5，将读取的代码信息依次组合形成执行程序输入至任务对象中。
用户采用单根手指非接触式作用于实物编程模块，通过识别用户单根手指指尖投影在编程板上的投影点与实物编程模块中心点之间的距离，来确定用户选择的实物编程模块，无需将实物编程模块根据所要实现的程序任务要求进行摆放生成实物编程模块序列，对实物编程模块不存在位置的限制，减轻了儿童初步学习编程的任务量，更利于儿童的学习，同时也降低了编程板的使用成本，无需保证编程板上所有的实物编程模块放置位置均能正常工作。通过非接触式控制实物编程系统读取实物编程模块中烧录的代码信息，减少对实物编程模块的按压触碰，有利于延长其使用寿命。

Claims (4)

1.一种基于手势的实物编程控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将若干实物编程模块放置在编程板上，并将实物编程模块所在位置信息录入系统数据库中，其中，每个所述实物编程模块包含若干个代码信息；
S2、预先定义不同手势所代表的编程指令含义，并录入系统数据库中；
S3、用户将任务对象的执行程序依据编程的语义语法规则分解成若干段代码信息；
S4、选取步骤S3中的代码信息，确定代码信息所在的实物编程模块；
S5、采集用户的手势信号，根据用户的手势信号从实物编程模块中读取相对应的代码信息；
S6、重复步骤S4～S5，将读取的代码信息依次组合形成执行程序输入至任务对象中；
所述步骤S4具体包括：
S41、用户采用单根手指非接触式作用于实物编程模块；
S42、图像采集设备从编程板的正前方和左侧方采集正视图像和侧视图像，所述正视图像和侧视图像中均包含编程板和用户的单根手指；
S43、结合正视图像和侧视图像计算获取用户的单根手指指尖投影在编程板上的投影点位置信息；
S44、遍历编程板上所有实物编程模块的位置信息，筛选出离投影点距离最短的实物编程模块作为代码信息所在的实物编程模块；当存在若干个实物编程模块与投影点之间的距离都为最短时，设定编程板左侧边与前侧边的交点为原点O，正视图像中以指尖为起点向下做竖直线与编程板前侧边相交于点A，侧视图像中以指尖为起点向下做竖直线与编程板左侧边相交于点B，
、以正视图像中点A与原点O之间的距离为长方体的一边边长，以侧视图像中点B与原点O之间的距离为长方体的另一边边长绘制长方体，长方体的对角线即为用户的单根手指在编程板上的投影，计算对角线与长度为点B与原点O之间的距离的长方形边之间的夹角θ1的大小；
、计算实物编程模块中心点与投影点所在直线与编程板左侧边所在直线的夹角θ2的大小；
、筛选出夹角之差最小的实物编程模块作为代码信息所在的实物编程模块。
2.根据权利要求1所述的一种基于手势的实物编程控制方法，其特征在于，所述步骤S43具体包括：
S431、设置坐标系，其中，以编程板前侧边所在直线为X轴，以编程板左侧边所在直线为Y轴；
S432、通过公式XA=（SOA /Sq＇）×Sq计算出点A的X坐标，其中，SOA是正视图像中点A与原点O之间的距离，Sq＇是正视图像中编程板前侧边的长度，Sq是编程板前侧边的实际长度；
S433、通过公式YB=（SOB /SZ＇）×SZ计算出点B的Y坐标，其中，SOB是侧视图像中点B与原点O之间的距离，SZ＇是侧视图像中编程板左侧边的长度，SZ是编程板左侧边的实际长度；
S434、用户的单根手指指尖投影在编程板上的投影点位置信息为（XA，YB）。
3.根据权利要求1所述的一种基于手势的实物编程控制方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：
通过图像采集设备采集用户的手势图像，根据图像识别算法识别出手势图像中的手势信号，并依据系统数据库中录入的手势与编程指令含义的关联，从实物编程模块中读取相对应的代码信息。
4.根据权利要求1所述的一种基于手势的实物编程控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，每个所述实物编程模块包含若干个代码信息，同一实物编程模块中的若干个代码信息的参数设置不同，语义语法均相同。
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