CN208298402U - 一种基于全息投影的cad教学装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及教学系统的技术领域，更具体地，涉及一种基于全息投影的CAD教学装置及系统，包括箱体、以及设于箱体内的金字塔显示屏和用于显示要进行全息投影内容的主显示屏，所述主显示屏设于所述金字塔显示屏的正上方，所述主显示屏的中心与所述金字塔显示屏的棱锥重合，所述金字塔显示屏的底面与所述主屏幕水平设置。本实用新型通过硬件设计和软件设计，将CAD三维模型的形态呈现在学生面前，而且可以对模型进行移动、放大缩小等操作，使得学习内容更切实、更有趣味，能够有效激起学生的学习热情，改善学习效果；结构简单，制造成本低，且易于移动，高度易调整，可适用于不同的教学环境，具有很好的普适性。

Description

一种基于全息投影的CAD教学装置及系统

技术领域

本实用新型涉及教学系统的技术领域，更具体地，涉及一种基于全息投影的CAD教学装置及系统。

背景技术

目前在国内职业院校，绝大部分工科专业都需要学生具备良好的三维空间想像能力，如机电专业的CAD教学与3D建模，工业设计专业的产品设计。而使用多媒体的传统教学方式，难以反映真实的三维机械结构，学生的认知感官只能停滞在二维平面上。虽然，CAD中的三维模型也有3D实体效果，但本质上它显示出来的是一个平面，学生没办法同时从多个角度观察模型的结构特征。因此学习难度会增加，学习趣味会逐步消减，导致学生对学习失去信心。

全息投影技术可以产生立体的空中幻象，还可以使幻象与表演者产生互动，具有令人震撼的立体视觉效果，色彩鲜艳、对比度、清晰度高。然而，全息投影技术未应用到课堂教学的领域，而且3D教学课件素材严重不足，传统的投影播放内容是将视频或图片经过特定的专业软件转换成3D素材，这种方式存在制造进程繁琐、成本高、播放流程固化等缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于全息投影的CAD教学装置及系统，将CAD模型以三维立体的形态呈现在学生面前，使得教学内容更加切实、更有趣味，能够有效地激起学生的学习热情，改善学习效果。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

提供一种基于全息投影的CAD教学装置，包括箱体、设于箱体内的金字塔显示屏以及用于显示要进行全息投影内容的主显示屏，所述主显示屏设于所述金字塔显示屏的正上方，所述主显示屏的中心与所述金字塔显示屏的顶点重合，所述金字塔显示屏的底面与所述主显示屏水平设置。

本实用新型的基于全息投影的CAD教学装置，金字塔显示屏利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像，主显示屏的主要功能时显示要进行全息投影的内容。进行教学时，将主显示屏架设在金字塔显示屏的上方，金字塔显示屏的底面和主显示屏保持水平，调整主显示屏的中心与金字塔显示屏的棱锥重合，主显示屏上的四个视图与金字塔显示屏的四个棱面相互对应，由于视图文件同时分布图像的前、后、左、右四面，四个面同时投影形成360度立体效果。图像光源由主显示屏投影发出，在金字塔显示屏棱锥侧面产生衍射和反射，射进观察者眼睛，每个侧面反射的光学恰好构成立体影像的不同侧面，观察者从不同方向观察，就都能看到立体影像的不同侧面；将复杂、抽象的模型结构通过一个可视化的形态呈现在学生面前，使得学习内容更加切实、更有趣味，可以有效地激起学生的学习热情，改善学习效果。

进一步地，所述箱体上设有触摸控制屏，所述触摸控制屏与所述箱体翻转连接；所述触摸控制屏相对于箱体顶面翻转的角度范围为0°~90°。触摸控制屏可以相对于箱体翻转的设置使得主讲者可以选择合适的角度观看，提高使用者的舒适度体验。

进一步地，所述箱体的下方设有用于调整教学装置高度的伸缩支架，所述支架与所述箱体可拆卸连接。这样设置可对CAD教学装置的高度进行调整，使其适用于不同的教学环境。

进一步地，所述箱体上还设有用于向主显示屏发送指令的触摸板和功能按键。功能按键包括移动方向键、放大缩小键、开关键等，便于主讲者根据教学需要对视图图像进行放大缩小、旋转等操作，可增加学生对CAD三维模型的理解，改善CAD三维模型的教学效果。

进一步地，所述箱体内还设有用于处理CAD三维模型信息和进行交互控制的电脑主机，所述主显示屏、触摸控制屏、触摸板和功能按键均与所述电脑主机交互电连接。电脑主机用于处理CAD三维模型信息并把相对应的视图显示到电脑显示屏内，同时可以进行交互控制及各种调节功能，包括放大缩小、旋转、显示设备的亮度对比度等调节功能。

进一步地，所述箱体为透明的矩形框架箱体，所述金字塔显示屏的底面与所述箱体的底面重合；所述主显示屏与所述金字塔显示屏的底面全等，且与所述箱体滑动连接。主显示屏屏幕朝下架设在金字塔显示屏的上方，上下滑动即可调整主显示屏的中心与金字塔显示屏最上方的顶点重合，操作简单，固定牢靠，防止搬运晃动导致金字塔显示屏的塔尖损害主显示屏。

本实用新型还提供了一种基于全息投影的CAD教学系统及其教学方法，包括用于建立CAD教学模型并进行材质渲染和倒模处理的建模模块、用于将CAD教学模型转化为三维动画的动画转化模块以及用于展示全息投影的展示模块，所述建模模块、动画转换模块和展示模块顺次通讯连接。

优选地，所述建模模块为3D Max建模模块、Maya建模模块、Pro/E建模模块的一种或多种的组合。

本实用新型的基于全息投影的CAD教学系统，通过建模模块将建模模块对CAD教学的机械机构进行建模，并进行材质渲染和倒模处理，提高CAD教学的机械结构的真实性和表现力；为了配合CAD教学系统，CAD教学模型在全息投影展示时应当具备实时交互性，通过动画转化模块将CAD教学模型转化为三维动画来赋予教学模型以实时交互性；最后将三维动画进行全息投影展示。利用已有的CAD软件建立出模型，再建立一个转播软件，将模型导入软件，即可生成可控制转变过程的三维动画，不仅大大节约人力物力、时间，还可以大大提高全息投影与课堂教学的相容性。

本实用新型基于全息投影的CAD教学系统的教学方法，包括以下步骤：

S1. 通过建模模块对CAD教学的机械机构进行建模，并进行材质渲染和倒模处理；

S2. 在步骤S1后，通过动画转化模块将CAD教学模型转化为三维动画；

S3. 在步骤S2后，通过展示模块将三维动画进行全息投影展示。

通过上述步骤，当老师需要讲解模型的某一视图，可以先使模型停止旋转，然后通过旋转模型使其呈现出左视图，或以这种方式选取任何角度的视图；选取视图后，再对视图的大小、位置、清晰度进行调整，以展示综合质量良好的全息文件。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

（1）本实用新型将CAD三维模型的形态呈现在学生面前，而且可以对模型进行移动、放大缩小等操作，使得学习内容更切实、更有趣味，能够有效激起学生的学习热情，改善学习效果。

（2）基于全息投影的CAD教学装置的结构简单，制造成本低，且易于移动，高度易调整，可适用于不同的教学环境，具有很好的普适性。

（3）基于全息投影的CAD教学系统可以利用已有的CAD软件建立的模型生成可控制转变过程的三维动画，节约了人力物力，提高了全息投影与课堂教学的相容性，使得全息投影具有很好的实用性。

附图说明

图1为本实用新型的基于全息投影的CAD教学装置的结构示意图。

图2为基于全息投影的CAD教学方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，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的具体含义。

实施例一

如图1所示为本实用新型的基于全息投影的CAD教学装置的第一实施例，包括箱体1、设于箱体内的金字塔显示屏2以及用于显示要进行全息投影内容的主显示屏3，主显示屏3设于金字塔显示屏2的正上方，主显示屏3的中心与金字塔显示屏2的顶点重合，金字塔显示屏2的底面与主显示屏3水平设置；将复杂、抽象的模型结构通过一个可视化的形态呈现在学生面前，使得学习内容更加切实、更有趣味，可以有效地激起学生的学习热情，改善学习效果。

其中，箱体1上设有触摸控制屏4，触摸控制屏4与箱体1翻转连接；触摸控制屏4相对于箱体1顶面翻转的角度范围为0°~90°，主讲者根据需要选择合适的角度观看，提高使用者的舒适度体验。触摸控制屏4的两侧设有用于向主显示屏3发送指令的触摸板6和功能按键7，诸如移动、放大缩小CAD教学模型或者开关CAD教学系统。箱体1的下方设有用于调整教学装置高度的伸缩支架5，伸缩支架5与箱体1可拆卸连接，调整CAD教学装置的高度，使其适用于不同的教学环境。

本实施例中的箱体1为透明的矩形框架箱体，金字塔显示屏2的底面与箱体1的底面重合；主显示屏3与金字塔显示屏2的底面全等，且与箱体1滑动连接；主显示屏3屏幕朝下架设在金字塔显示屏2的上方，上下滑动即可调整主显示屏3的中心与金字塔显示屏2最上方的顶点重合，且可防止搬运晃动导致金字塔显示屏2的塔尖损害主显示屏。

另外，箱体1内还设有用于处理CAD三维模型信息和进行交互控制的电脑主机，主显示屏3、触摸控制屏4、触摸板6和功能按键7均与电脑主机交互连接。电脑主机处理CAD三维模型信息并把相对应的视图显示到主显示屏3上，同时可以进行交互控制及各种调节功能，包括放大缩小、旋转、显示设备的亮度对比度等调节功能。

实施例二

如图2所示为本实用新型的基于全息投影的CAD教学系统的第二实施例，包括用于建立CAD教学模型并进行材质渲染和倒模处理的建模模块、用于将CAD教学模型转化为三维动画的动画转化模块以及用于展示全息投影的展示模块，所述建模模块、动画转换模块和展示模块顺次通讯连接。

其中，建模模块选自3D Max建模模块、Maya建模模块、Pro/E建模模块的一种或多种的组合。

本实施例的具体实施方式如下：

S1. 通过建模模块对CAD教学的机械机构进行建模，并进行材质渲染和倒模处理；

S2. 在步骤S1后，通过动画转化模块将CAD教学模型转化为三维动画；

S3. 在步骤S2后，通过展示模块将三维动画进行全息投影展示。

通过上述步骤，当老师需要讲解模型的某一视图，可以先使模型停止旋转，然后通过旋转模型使其呈现出左视图，或以这种方式选取任何角度的视图；选取视图后，再对视图的大小、位置、清晰度进行调整，以展示综合质量良好的全息文件。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于全息投影的CAD教学装置，其特征在于，包括箱体（1）、设于箱体（1）内的金字塔显示屏（2）以及用于显示要进行全息投影内容的主显示屏（3），所述主显示屏（3）设于所述金字塔显示屏（2）的正上方，所述主显示屏（3）的几何中心与所述金字塔显示屏（2）的顶点重合，所述金字塔显示屏（2）的底面与所述主显示屏（3）水平设置。

2.根据权利要求1所述的基于全息投影的CAD教学装置，其特征在于，所述箱体（1）上设有触摸控制屏（4），所述触摸控制屏（4）与所述箱体（1）翻转连接；所述触摸控制屏（4）相对于箱体（1）顶面翻转的角度范围为0°~90°。

3.根据权利要求1所述的基于全息投影的CAD教学装置，其特征在于，所述箱体（1）的底部设有用于调整教学装置高度的伸缩支架（5），所述伸缩支架（5）与所述箱体（1）可拆卸连接。

4.根据权利要求1所述的基于全息投影的CAD教学装置，其特征在于，所述箱体（1）上还设有用于向主显示屏发送指令的触摸板（6）和功能按键（7）。

5.根据权利要求4所述的基于全息投影的CAD教学装置，其特征在于，所述箱体（1）内还设有用于处理CAD三维模型信息和进行交互控制的电脑主机，所述主显示屏（3）、触摸控制屏（4）、触摸板（6）和功能按键（7）均与所述电脑主机交互电连接。

6.根据权利要求1至5任一项所述的基于全息投影的CAD教学装置，其特征在于，所述箱体（1）为透明的矩形框架箱体，所述金字塔显示屏（2）的底面与所述箱体（1）的底面重合；所述主显示屏（3）的底面与所述金字塔显示屏（2）的底面全等，且与所述箱体（1）滑动连接。

7.一种基于全息投影的CAD教学系统，其特征在于，包括用于建立CAD教学模型并进行材质渲染和倒模处理的建模模块、用于将CAD教学模型转化为三维动画的动画转化模块以及用于展示全息投影的展示模块，所述建模模块、动画转换模块和展示模块顺次通讯连接。

8.根据权利要求7所述的基于全息投影的CAD教学系统，其特征在于，所述建模模块为3D Max建模模块、Maya建模模块、Pro/E建模模块的一种或多种的组合。