CN113434036B - Ar增强现实教材辅助系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种AR增强现实教材辅助系统，其包括：客户端和后台管理系统；所述客户端与后台管理系统连接；所述客户端包括：操作单元和验证单元；所述操作单元用于实现用户的本地操作，所述后台管理系统包括：教师端口，视频单元，图片单元，图谱单元，识别单元，视频推送单元和合成单元。本申请能够实现在阅读书面教材的同时观看对应视频内容。帮助学生利用碎片时间进行高效学习。

Description

AR增强现实教材辅助系统

技术领域

本发明属于AR技术领域，具体来说涉及一种AR增强现实教材辅助系统。

背景技术

随着时代的进步和社会发展需要，单纯依靠传统的线下课堂教学模式已经不足以满足日益激烈的生源竞争和人们的日常学习需求。利用碎片化时间进行随时随地的学习逐渐成为当前教育领域的发展主流。同时，随着人工智能不断进入人们视野当中，增强现实（AR）技术逐渐进入人们生活的方方面面。因此，如何将AR技术与教学需求进行有机集合，开发出一种帮助人们学习的AR增强现实教材辅助系统，是本领域技术人员研究的方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种AR增强现实教材辅助系统，能够实现在阅读书面教材的同时观看对应视频内容。帮助学生利用碎片时间进行高效学习。

一种AR增强现实教材辅助系统，其包括：客户端和后台管理系统；所述客户端与后台管理系统连接；所述客户端包括：操作单元和验证单元；所述操作单元用于实现用户的本地操作，所述本地操作包括：获取和上传扫描图片，播放合成视频；所述验证单元用于获取和验证用户的身份信息；所述后台管理系统包括：教师端口，视频单元，图片单元，图谱单元，识别单元，视频推送单元和合成单元；所述教师端口用于访问后台管理系统；所述视频单元用于存储教学视频；所述图片单元用于存储样本图片和对应于样本图片的知识点标签；所述识别单元用于将用户上传的扫描图片与样本图片进行比对，并输出与扫描图片匹配的样本图片所对应的知识点标签作为目标知识点标签；所述视频推送单元中预存有用于表征知识点标签与教学视频的映射关系的第一映射表，用于根据第一映射表取得目标知识点标签所对应的教学视频；所述图谱单元中预存有知识图谱和知识点图标；所述知识图谱是由多个知识点标签基于知识点上下游关系构成的拓扑图；所述知识点图标与知识点标签相对应；所述图谱单元用于根据预存的路径系数从知识图谱上追溯所述目标知识点标签的上游知识点标签和下游知识点标签；并分别取得所述上游知识点标签对应的知识点图标和所述下游知识点标签对应的知识点图标；所述路径系数为知识图谱中以目标知识点标签为起点向图谱上游/下游延伸的最大路径数；所述合成单元用于读取视频推送单元和图谱单元、将所述图谱单元取得的知识点图标和所述视频推送单元取得的教学视频进行合成、形成合成视频并将该合成视频发送至用户端。

通过采用上述技术方案：将AR技术和线下教材教学结合为一体。学生可通过扫描书本中的图片，从客户端观看该图片指向知识点所相对应的学习视频。从而帮助学生在阅读书面教材的同时，能同时观看更生动鲜活的视频内容。通过建立线上线下交互的教学模式，帮助学生利用碎片时间进行随时随地的学习和解惑。同时为避免学生在学习过程中孤立的理解各个知识点，在学习上述过程中，基于预存的知识图谱将图片所指向知识点的上游知识点和下游知识点以图标形式合成到视频中。帮助学生学习当前知识点时了解其知识点上下游、在脑海中建立学习思维导图和联想记忆，从而进一步提升学生的学习效率。同时通过设置路径系数，可实现调整合成至视频中的上下游知识点图标的数量，以适应不同科目的学习特性。

优选的是，上述AR增强现实教材辅助系统中：所述后台管理系统包括：统计单元；所述统计单元用于统计同一用户上传的扫描图片所对应的目标知识点标签，并生成该用户的高频扫描区间和学习轨迹；所述高频扫描区间由出现频次高于预设兴趣阈值的目标知识点标签构成；所述学习轨迹为该用户所上传的扫描图片对应的目标知识点标签的先后顺序。

通过采用这种技术方案：针对实践活动中学生会根据个人兴趣或知识掌握程度，对教材图片扫描上传时会有所侧重的情况。统计出学生高频扫描的知识点以及学生扫描知识点形成的学习轨迹。上述两种统计资料用以辅助判断学生对知识点的兴趣范围以及学生的学习习惯。具体的，如果一些知识点是某个学生反复多次扫描的，可能是学生对这个知识点感兴趣。如果学生的学习路径上各个知识点非常跳跃、彼此关联性不大，可能该学生缺乏好的学习习惯和整体思维，惯于信马由缰的阅读。

优选的是，上述AR增强现实教材辅助系统中：所述本地操作包括：读取教学试题并进行试题答复；所述后台管理系统包括：试题单元，推题单元，判定单元和画像单元；所述试题单元用于存储教学试题；所述推题单元中预存有用于表征知识点标签与教学试题的映射关系的第二映射表、用于根据第二映射表取得对应于目标知识点标签的教学试题，并在教学视频发送至用户端时将该教学试题延时发送至用户端；所述判定单元用于读取用户的试题答复、进行正误判定、保存和反馈答题结果；所述画像单元用于读取答题结果、高频扫描区间和学习行为轨迹，生成对应于用户的学习推荐列表。

通过采用这种技术方案：针对学生用户上传的扫描图片所对应的知识点，进一步推送该知识点所对应的试题。帮助学生用户以做题的形式对刚学习过的知识进行重温，起到加深记忆的效果。通过设置判定单元可以对学生的答题结果进行判定验收和反馈，帮助学生对自己的学习掌握情况进行了解。通过设置画像单元，读取学生的答题验收、学习路径和高频扫描区间，生成学生画像以及学习推荐列表，针对每个学生的个性情况帮助教师相应调整教学策略。

更优选的是，上述AR增强现实教材辅助系统中：所述生成对应于用户的学习推荐列表包括：提取各个用户的特征向量和用户画像信息；将用户画像信息与用户画像群的中心点进行相似度比较，得到该用户的相似用户画像群；根据用户的特征向量计算该用户与相似用户画像群中其他各用户的相似度，得到与该用户相似度最高的若干个邻居用户；基于该用户与各邻居用户的相似度、各邻居用户答题结果为正确且该用户答题结果为错误的教学试题所对应的知识点标签，生成针对该用户的知识点学习推荐表。

通过采用这种技术方案：结合了协同过滤算法和内容推荐方法，生成针对各用户的知识点学习推荐表，能够更精准的为用户推荐待重点学习的知识点。

更优选的是，上述AR增强现实教材辅助系统中，所述后台管理系统包括：评估单元和调整单元；所述评估单元中预存有学力运算公式，所述评估单元用于将用户的答题结果导入学力运算公式中、求得用户的学力评估值；所述调整单元中预存有第一学力阈值和第二学力阈值，所述调整单元用于在用户的学力评估值高于第一学力阈值时增加路径系数；在用户的学力评估值低于第二学力阈值且路径系数大于1时减少路径系数。

通过采用这种技术方案：根据学生用户对教学试题的答复正误，计算其对应的学力。当学力值高于第一学力阈值时，表示该用户具备较高的学习能力和接收信息能力，此时通过增加路径系数，在合成视频中增加代表上下游知识点的图标信息，有助于拓展该用户的学习思维导图和联想记忆。当学力值低于第二学力阈值时，表示该用户的学习能力和信息接收能力一般，此时通过减少路径系数，在合成视频中减少代表上下游知识点的图标信息，避免学习过程中过多的信息扰乱用户，帮助用户将注意力更多的集中在当前的知识点上。

更进一步优选的是，上述AR增强现实教材辅助系统中：所述后台管理系统包括日志单元，权限单元和数据单元；所述权限单元用于添加、修改、删除用户权项；所述日志单元用于存储所述AR增强现实教材辅助系统的日志数据；所述数据单元用于添加、修改、删除资料数据；所述资料数据包括：知识点标签，路径系数，教学视频，教学试题，第一映射表，第二映射表，学力运算公式，第一学力阈值和第二学力阈值。

与现有技术相比，本申请取得了如下技术进步：

1、将AR新技术和教材结合为一体，学生可通过扫描教材中的图片得到对应的视频观看文件，实现线上线下相结合的教学模式

2、基于预存的知识图谱将知识点的上游知识点和下游知识点以图标形式合成到学习视频中，帮助学生学习当前知识点时了解其知识脉络。

3、统计出学生高频扫描的知识点以及学生扫描知识点形成的学习轨迹，用以辅助判断学生对知识点的兴趣范围以及学生的学习习惯。

4、结合了协同过滤算法和内容推荐方法，生成针对各用户的知识点学习推荐表

5、对学生用户的学习效果进行答题验收。加深记忆的效果。

6、根据学生用户的答复正误计算其对应的学力。相应调整合成视频中的图标数量，优化学生的学习效率。

附图说明

上面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为本发明的系统示意图；

图2为图1中后台管理系统的系统示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面结合附图及具体实施例作进一步阐述。

如图1-2所示：

一种AR增强现实教材辅助系统，其包括：客户端和后台管理系统；所述客户端与后台管理系统连接；

所述客户端可采用AR安卓APP或者AR苹果APP实现。其具体包括：操作单元和验证单元；所述操作单元用于实现用户的本地操作，所述本地操作包括：获取和上传扫描图片，播放合成视频，读取教学试题并进行试题答复；所述验证单元用于获取和验证用户的身份信息；

所述后台管理系统包括：教师端口，视频单元，图片单元，图谱单元，识别单元，视频推送单元，合成单元，统计单元，试题单元，推题单元，判定单元，画像单元，评估单元，调整单元，日志单元，权限单元和数据单元；

所述教师端口用于访问后台管理系统；所述视频单元用于存储教学视频；

所述图片单元用于存储样本图片和对应于样本图片的知识点标签；

所述识别单元用于将用户上传的扫描图片与样本图片进行比对，并输出与扫描图片匹配的样本图片所对应的知识点标签作为目标知识点标签；

所述视频推送单元中预存有用于表征知识点标签与教学视频的映射关系的第一映射表，用于根据第一映射表取得目标知识点标签所对应的教学视频；

所述图谱单元中预存有知识图谱和知识点图标；所述知识图谱是由多个知识点标签基于知识点上下游关系构成的拓扑图；所述知识点图标与知识点标签相对应；所述图谱单元用于根据预存的路径系数从知识图谱上追溯所述目标知识点标签的上游知识点标签和下游知识点标签；并分别取得所述上游知识点标签对应的知识点图标和所述下游知识点标签对应的知识点图标；所述路径系数为知识图谱中以目标知识点标签为起点向图谱上游/下游延伸的最大路径数；

所述合成单元用于读取视频推送单元和图谱单元、将所述图谱单元取得的知识点图标和所述视频推送单元取得的教学视频进行合成、形成合成视频并将该合成视频发送至用户端。

所述统计单元用于统计同一用户上传的扫描图片所对应的目标知识点标签，并生成该用户的高频扫描区间和学习轨迹；所述高频扫描区间由出现频次高于预设兴趣阈值的目标知识点标签构成；所述学习轨迹为该用户所上传的扫描图片所对应的目标知识点标签的先后顺序。

所述试题单元用于存储教学试题；

所述推题单元中预存有用于表征知识点标签与教学试题的映射关系的第二映射表、用于根据第二映射表取得对应于识别单元输出的知识点标签的教学试题，并在教学视频发送至用户端时将该教学试题延时发送至用户端；

所述判定单元用于读取用户的试题答复、进行正误判定、保存和反馈答题结果；

所述画像单元用于读取答题结果、高频扫描区间和学习行为轨迹，生成对应于用户的学习推荐列表。具体的，所述生成对应于用户的学习推荐列表包括：提取各个用户的特征向量和用户画像信息；将用户画像信息与用户画像群的中心点进行相似度比较，得到该用户的相似用户画像群；根据用户的特征向量计算该用户与相似用户画像群中其他各用户的相似度，得到与该用户相似度最高的若干个邻居用户；基于该用户与各邻居用户的相似度、各邻居用户答题结果为正确且该用户答题结果为错误的教学试题所对应的知识点标签，生成针对该用户的知识点学习推荐表。

所述评估单元中预存有学力运算公式，所述评估单元用于将用户的答题结果导入学力运算公式中、求得用户的学力值；

所述调整单元中预存有第一学力阈值和第二学力阈值，所述调整单元用于在用户的学力评估值高于第一学力阈值时提高路径系数；在用户的学力评估值低于第二学力阈值且路径系数大于1时降低路径系数。

所述权限单元用于添加、修改、删除用户权项；

所述日志单元用于存储所述AR增强现实教材辅助系统的日志数据；

所述数据单元用于添加、修改、删除资料数据；所述资料数据包括：知识点标签，路径系数，教学视频，教学试题，第一映射表，第二映射表，学力运算公式，第一学力阈值和第二学力阈值。

实施例1：

学生甲在学习植物学时，通过上述系统扫描并上传了一副蔷薇的图片，后台管理系统在认证了学生甲的身份信息后，首先识别该图片并提取数据库中关于蔷薇的教学视频。同时读取当前路径系数为1。基于知识图谱的上下游拓扑关系，提取蔷薇的上位概念“被子植物”和下位概念“月季”，“玫瑰”的对应图标。并将上述图标分别合成至蔷薇的教学视频中。从而在播放教学视频时能够串联出蔷薇的上下游知识点概念。随后，延时推送对应于蔷薇科的一组教学试题至客户端。学生甲在客户端进行答题。后台管理系统对学生的答题进行正误判断。实践中：一组教学试题中的各道题可以分别被赋予不同的权重值。后台管理系统基于加权求和公式，累加全部正答的试题权重值，并最后除以本族试题的总权重值，求得学生甲在蔷薇科试题上表现的学力值。待学生甲在植物学的同类学力值累计达到至少20个时，后台管理系统将植物学的全部学力值求取平均值。并与预存的植物学的第一学力阈值和第二学力阈值进行比对。当该平均值超过第一学力阈值时，路径系数自动+1。当该平均值低于第二学力阈值时，由于路径系数已经是最低的1，故路径系数不变。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种AR增强现实教材辅助系统，其特征在于，包括：客户端和后台管理系统；所述客户端与后台管理系统连接；

所述客户端包括：操作单元和验证单元；

所述操作单元用于实现用户的本地操作，所述本地操作包括：获取和上传扫描图片，播放合成视频；所述验证单元用于获取和验证用户的身份信息；

所述后台管理系统包括：教师端口，视频单元，图片单元，图谱单元，识别单元，视频推送单元和合成单元；

所述教师端口用于访问后台管理系统；

所述视频单元用于存储教学视频；

所述图片单元用于存储样本图片和对应于样本图片的知识点标签；

所述识别单元用于将用户上传的扫描图片与样本图片进行比对，并输出与扫描图片匹配的样本图片所对应的知识点标签作为目标知识点标签；

所述视频推送单元中预存有用于表征知识点标签与教学视频的映射关系的第一映射表，用于根据第一映射表取得目标知识点标签所对应的教学视频；

所述图谱单元中预存有知识图谱和知识点图标；所述知识图谱是由多个知识点标签基于知识点上下游关系构成的拓扑图；所述知识点图标与知识点标签相对应；

所述图谱单元用于根据预存的路径系数从知识图谱上追溯所述目标知识点标签的上游知识点标签和下游知识点标签；并分别取得所述上游知识点标签对应的知识点图标和所述下游知识点标签对应的知识点图标；所述路径系数为知识图谱中以目标知识点标签为起点向图谱上游/下游延伸的最大路径数；

所述合成单元用于读取视频推送单元和图谱单元、将所述图谱单元取得的知识点图标和所述视频推送单元取得的教学视频进行合成、形成合成视频并将该合成视频发送至用户端；

基于预存的知识图谱将图片所指向知识点的上游知识点和下游知识点以图标形式合成到视频中；帮助学生学习当前知识点时了解其知识点上下游、在脑海中建立学习思维导图和联想记忆，从而进一步提升学生的学习效率；

统计单元；所述统计单元用于统计同一用户上传的扫描图片所对应的目标知识点标签，并生成该用户的高频扫描区间和学习轨迹；所述高频扫描区间由出现频次高于预设兴趣阈值的目标知识点标签构成；所述学习轨迹为该用户所上传的扫描图片对应的目标知识点标签的先后顺序；

所述本地操作包括：读取教学试题并进行试题答复；

所述后台管理系统包括：试题单元，推题单元，判定单元和画像单元；

所述试题单元用于存储教学试题；

所述推题单元中预存有用于表征知识点标签与教学试题的映射关系的第二映射表、用于根据第二映射表取得对应于目标知识点标签的教学试题，并在教学视频发送至用户端时将该教学试题延时发送至用户端；

所述判定单元用于读取用户的试题答复、进行正误判定、保存和反馈答题结果；

所述画像单元用于读取答题结果、高频扫描区间和学习行为轨迹，生成对应于用户的学习推荐列表；

所述后台管理系统包括：评估单元和调整单元；

所述评估单元中预存有学力运算公式，所述评估单元用于将用户的答题结果导入学力运算公式中、求得用户的学力值；

所述调整单元中预存有第一学力阈值和第二学力阈值，所述调整单元用于在用户的学力评估值高于第一学力阈值时提高路径系数；在用户的学力评估值低于第二学力阈值且路径系数大于1时降低路径系数。

2.如权利要求1所述AR增强现实教材辅助系统，其特征在于：所述生成对应于用户的学习推荐列表包括：

提取各个用户的特征向量和用户画像信息；将用户画像信息与用户画像群的中心点进行相似度比较，得到该用户的相似用户画像群；根据用户的特征向量计算该用户与相似用户画像群中其他各用户的相似度，得到与该用户相似度最高的若干个邻居用户；基于该用户与各邻居用户的相似度、各邻居用户答题结果为正确且该用户答题结果为错误的教学试题所对应的知识点标签，生成针对该用户的知识点学习推荐表。

3.如权利要求1所述AR增强现实教材辅助系统，其特征在于：所述后台管理系统包括日志单元，权限单元和数据单元；

所述权限单元用于添加、修改、删除用户权项；

所述日志单元用于存储所述AR增强现实教材辅助系统的日志数据；

所述数据单元用于添加、修改、删除资料数据；所述资料数据包括：知识点标签，路径系数，教学视频，教学试题，第一映射表，第二映射表，学力运算公式，第一学力阈值和第二学力阈值。