CN211653971U

CN211653971U - 一种远程智能光影互动的绘画导学装置

Info

Publication number: CN211653971U
Application number: CN202020504339.6U
Authority: CN
Inventors: 闫国琦
Original assignee: South China Agricultural University
Current assignee: South China Agricultural University
Priority date: 2020-04-08
Filing date: 2020-04-08
Publication date: 2020-10-09
Anticipated expiration: 2030-04-08

Abstract

本实用新型公开了一种远程智能光影互动的绘画导学装置，该装置可应用于教师远程绘画导学或智能绘画导学，包括光影互动系统、立柱、垂直关节、辅助底板、水平关节、底板和画板；所述底板和辅助底板的一侧通过水平关节相连接；画板放置在底板上面；辅助底板的另一侧有立柱，立柱与辅助底板通过垂直关节相连接，垂直关节有限位功能，将立柱限位于垂直辅助底板；所述光影互动系统包括光影互动控制器、卡座、投影灯和摄像头。本实用新型装置结构简单，制作和使用成本较低，可方便拆装折叠便携，特别适用于疫情期间的实操性绘画类课程远程教学。

Description

一种远程智能光影互动的绘画导学装置

技术领域

本实用新型涉及光电教学设备领域，特别涉及一种远程智能光影互动的绘画导学装置。

背景技术

传统绘画教学模式由教师现场讲授或教材辅助导学，如素描、油画、水粉画、国画和简笔画等。绘画类教学方式实操性强，由于对笔触和着色顺序有较为规范的要求，学生学习对教师现场指导依赖性高，不利于教师远程集体授课。现有一些伪全息投影绘画练习工具缺少互动性，只能满足学生临摹作业，在教学方法上具有局限性。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种远程智能光影互动的绘画导学装置及其应用，可以进行远程的绘画教学，包括教师远程绘画示范或智能绘画导学，特别适用于疫情期间的实操性绘画类课程远程教学。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：

一种远程智能光影互动的绘画导学装置，包括光影互动系统1、立柱2、垂直关节3、辅助底板4、水平关节5、底板6和画板7；所述光影互动系统1包括光影互动控制器10、卡座11、投影灯12和摄像头13。

所述底板6和辅助底板4的一侧通过水平关节5相连接，使用时底板6与辅助底板4呈一个平面，放置在桌面或画架上；画板7放置在底板6上面的限位槽内，位置相对固定；辅助底板4的另一侧有立柱2，立柱2与辅助底板4通过垂直关节3相连接，垂直关节3有限位功能，将立柱2限位于垂直辅助底板4；光影互动系统1通过卡座11插接在立柱2的顶端，光影互动控制器10的一侧与卡座11固定连接，光影互动控制器10的另一侧装有投影灯12和摄像头13且朝向画板7的方向。

所述绘画导学装置，还包括压紧球8和弹簧关节9；画板7正面的四个角上均安装有弹簧关节9，弹簧关节9的顶端固定有一个压紧球8，且使压紧球8对画板7有正压力；通过四对弹簧关节9和压紧球8将画纸或画布压紧、压展在画板上；四个压紧球8还起到摄像头对画板7机器视觉定位作用。

所述光影互动系统1，还包括半透板15，半透板15为透明硬质材料，如有机玻璃或透明塑料等；半透板15通过定位关节14安装在光影互动控制器10顶端的另一侧(即与投影灯12、摄像头13同侧)，半透板15可以定位在0～270°之间任意位置，半透板15起到透射光线和反射光线的作用。

所述光影互动控制器10内置有中央处理器、网络交换器、语音系统和数据接口。

所述远程智能光影互动的绘画导学装置，可应用于教师远程绘画导学或智能绘画导学。

教师远程绘画导学时，教师端和学生端均使用所述远程智能光影互动的绘画导学装置，教师在画纸上作画，摄像头13实时拍摄教师端装置画纸上的图像信息，教师端装置半透板15定位在0度位置，摄像头13对采集区域18的图像信息进行采集，通过网络交换器与学生端装置连接，将图像信息传递到学生端装置；学生端装置的半透板15定位在合适角度位置，使教师端传输过来的图像信息的一部分光线反射在辅助画板4正面，用于参考，一部分光线通过半透板15透射在学生端装置的画板7上，用于临摹；同时教师通过语音系统指导学生绘画学习。学生端装置的半透板15收起时，摄像头13可将学生绘画的实时图像信息反馈到教师端，投射在教师端的画板7上，方便教师在线指导。

更为具体的，所述教师远程绘画导学包括下述步骤：

(1)教师端/学生端收起半透板，摄像头对视距范围内画板定位，识别标记四个压紧球的球心坐标(X_n,Y_n)，并以水平和垂直位置相同的压紧球心坐标来矫正光影互动系统的坐标和投影灯；

(2教师端/学生端的摄像头对画板坐标平面范围内进行图像采集，即每一个坐标点的RGB数据，该数据矩阵记录为空白纸的底色数据；

(3)教师在画纸上作画，教师端的摄像头对坐标平面范围内进行RGB数据扫描，对数据变化超过阈值的坐标点存储RGB数据，并将坐标数据和RGB数据传送到网络交换器；

(4)学生端打开半透板，网络交换器接收到教师端坐标数据和RGB数据，由中央处理器控制投影灯在学生端画板坐标平面范围内投影还原出教师端画板光影图案，辅助画板上同时显示教师端画板光影图案，学生按照画板光影图案进行绘画；

(5)学生绘画结束后，学生端的投影灯关闭，收起半透板，启动摄像头并对画板坐标平面范围内进行RGB数据扫描，对数据变化超过阈值的坐标点存储RGB数据，并将坐标数据和RGB数据传送到网络交换器；

(6)教师端网络交换器接收到学生端坐标数据和RGB数据，由中央处理器控制投影灯在教师端画板坐标平面范围内投影还原学生端的画板光影图案；

(7)教师端更换空白画纸，观看学生端的画板光影图案，并在新的空白画纸上用笔批注指导；然后教师端的装置重复第(3)步骤，将教师批注指导数据传送到网络交换器；

(8)学生端装置重复第(4)步骤，将教师端批注指导数据投射在学生端画板上，在其画作上叠加教师批注指导意见，实时接受教师的指导。

智能绘画导学时，教师将目标图像提前制作成导学程序，存储或远程下载到学生端装置的光影互动系统1中，投影灯12按照标准绘画步骤，顺序将线条或色彩投射，半透板15定位在合适角度位置(0～90°)，使同样的影像一部分光线反射在辅助画板4正面，用于参考，一部分光线通过半透板15透射在学生端装置的画板7上，用于临摹；学生作品完成后，收起半透板15，摄像头13实时拍摄学生画纸上的图像，将画纸上的图像与光影互动系统内部的目标图像进行轮廓和色彩比对，将符合度较低的部位用投影灯12在画纸上投影闪烁提示。该种工作方式下，投影灯12和摄像头13以较高的频率切换工作，实时投射影像和采集学生画面。

更为具体的，所述智能绘画导学包括下述步骤：

(1)学生端收起半透板，摄像头对视距范围内画板定位，识别标记四个压紧球的球心坐标(X_n,Y_n)，并以水平和垂直位置相同的压紧球心坐标来矫正光影互动系统的坐标和投影灯；

(2学生端的摄像头对画板坐标平面范围内进行图像采集，即每一个坐标点的RGB数据，该数据矩阵记录为空白纸的底色数据；

(3)打开半透板，中央处理器将习作目标图像的矫正后坐标信息，按照绘画规划笔触顺序将坐标值和RGB数据分组发送到投影灯，投影灯将光影信息投射在画板上，同时显示在辅助画板上，学生按照画板光影信息图案进行临摹绘画；

(4)学生绘画结束后，学生端的投影灯关闭，收起半透板，启动摄像头并对画板坐标平面范围内进行RGB数据扫描，将相同坐标点的RGB数据与光影互动系统的目标图像数据进行比对，对于一定范围内连续坐标点的RGB数据超过阈值的部分图像数据进行记录；

(5)学生端的摄像头关闭，启动投影灯，对步骤(4)记录的超过阈值的部分图像数据按照一定可视频率闪烁，投影在学生端画板上，提示学生修改；

(6)学生修改画作后，重复步骤(4)、步骤(5)，直到学生作品与系统目标图像吻合度达到预设值，学生完成一次临摹绘画练习。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点和效果：

(1)本实用新型利用彩色投影互动技术，依托远程网络，可实现教师远程绘画示范教学，学生利用本实用新型装置可完成临摹学习，教师远程在线指导；或者将现有绘画作品制作成教学程序，采用离线方式教导学生自学笔触顺序和着色渲染步骤，并具有实时矫正提醒功能，学习手段技术先进，特别适用于疫情期间的实操性绘画类课程远程教学。

(2)本实用新型的装置结构简单，制作和使用成本较低，可方便拆装折叠便携，适合学生或绘画初学者使用，便于推广应用。

附图说明

图1为绘画导学装置在投影状态下的结构正视图。

图2为绘画导学装置在摄像状态下的结构正视图。

图3为绘画导学装置的结构俯视图。

图4为绘画导学装置的折叠示意图。

图5为光影互动系统的结构示意图。

图6为示例目标图像。

图7为示例目标图像的实线绘制步骤图。

图8为示例目标图像的虚线绘制步骤图。

图9为示例目标图像的阴影绘制步骤图。

图10为教师远程导学模式的程序流程图。

图11为智能教学模式的程序流程图。

其中：1、光影互动系统；2、立柱；3、垂直关节；4、辅助底板；5、水平关节；6、底板；7、画板；8、压紧球、9、弹簧关节；10、光影互动控制器；11、卡座；12投影灯；13、摄像头；14、定位关节；15、半透板；16、投影区域；17、反射区域；18、采集区域。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1

一种远程智能光影互动的绘画导学装置，可应用于教师远程绘画导学或智能绘画导学；包括光影互动系统1、立柱2、垂直关节3、辅助底板4、水平关节5、底板6和画板7。装置打开时正视图如图1所示，底板6和辅助底板4的一侧通过水平关节5相连接，使用时底板6与辅助底板4呈一个平面，放置在桌面或画架上；画板7放置在底板6上面的限位槽内，位置相对固定；辅助底板4的另一侧有立柱2，立柱2与辅助底板4通过垂直关节3相连接，垂直关节3有限位功能，将立柱2限位于垂直辅助底板4平面。还包括压紧球8和弹簧关节9；画板7正面的四个角上均安装有弹簧关节9，弹簧关节9的顶端固定有一个压紧球8，且使压紧球8对画板7有正压力，如图1和图3所示；通过四对弹簧关节9和压紧球8将画纸或画布压紧、压展在画板上；四个压紧球8还起到摄像头对画板7机器视觉定位作用。

所述光影互动系统1包括光影互动控制器10、卡座11、投影灯12和摄像头13。光影互动系统1通过卡座11插接在立柱2的顶端，光影互动控制器10的一侧与卡座11固定连接，光影互动控制器10的另一侧装有投影灯12和摄像头13且朝向画板7的方向。还包括半透板15，半透板15为透明硬质材料，如有机玻璃或透明塑料等；如图5所示，半透板15通过定位关节14安装在光影互动控制器10顶端的另一侧(即与投影灯12、摄像头13同侧)，半透板15可以定位在0～270°之间任意位置，半透板15起到透射光线和反射光线的作用。所述光影互动控制器10内置有中央处理器、网络交换器、语音系统和数据接口等，用于远程绘画导学时教师与学生的实时沟通。

装置使用时，如图1、图2和图3所示，光影互动系统1由有线电源或蓄电池方式供电，中央处理器将目标画面通过投影灯12从左侧按一定角度(0～90°)将一部分光线通过半透板15透射在画板7上，画板7上面通过压紧球8压放画纸或画布，充满整个投影区域16；一部分光线通过半透板15反射在辅助底板4的正面充满反射区域17，如图1所示。投影灯12具备自动调焦和倾斜自动矫正功能。使用者坐在或站在画板7前面，右手持笔按照投影信息绘画，尽量不要遮挡左侧投影光线。

装置使用后存放或携带时，将光影互动系统1从立柱2上摘下，半透板15定位在0度位置，单独放置；立柱2通过垂直关节3向内旋转90度，辅助底板4通过水平关节5向下旋转180度，整个装置的主要结构折叠成画板7大小的平板范围，如图4所示。

实施例2

教师远程绘画导学时，包括下述步骤，如图10所示：

实施例3

所述智能绘画导学，包括下述步骤，如图11所示：

实施例4

以立方体绘画为例，一种远程智能光影互动的绘画导学方法，包括下述步骤：

(1)首先投影绘画目标：如图6所示，投影灯12将一个立方体及其顶面和右侧的阴影图像，投射在画板7的画纸上，学生可观测绘画目标的全貌；

(2)投射实线部分：如图7所示，投影灯12将立方体实线部分投射在画板7的画纸上，学生可按投影图像在画纸上临摹绘画；

(3)投射虚线部分：如图8所示，投影灯12将立方体虚线部分投射在画板7的画纸上，学生可按投影图像在画纸上临摹绘画。

(4)投射阴影部分：如图9所示，投影灯12将立方体顶面阴影和右侧面阴影部分投射在画板7的画纸上，学生可按投影图像在画纸上临摹绘画。

(5)临摹绘画过程中：投影灯12和摄像头13高频切换，摄像头13拍摄画纸或画布上的图像与光影互动系统的目标图像进行比对，通过投影灯12将比对差别较大的部位低频闪烁提示使用者修改绘画。

(6)使用者按照以上步骤，可绘画出如图6所示的目标画作。

类似的，该智能教学模式还适用于彩色绘画，如油画和水粉画等。

Claims

1.一种远程智能光影互动的绘画导学装置，其特征在于：包括光影互动系统、立柱、垂直关节、辅助底板、水平关节、底板和画板；所述底板和辅助底板的一侧通过水平关节相连接，使用时底板与辅助底板呈一个平面；画板放置在底板上面；辅助底板的另一侧有立柱，立柱与辅助底板通过垂直关节相连接，垂直关节有限位功能，将立柱限位于垂直辅助底板；所述光影互动系统包括光影互动控制器、卡座、投影灯和摄像头；所述光影互动系统通过卡座插接在立柱的顶端，光影互动控制器的一侧与卡座固定连接，光影互动控制器的另一侧装有投影灯和摄像头且朝向画板的方向。

2.根据权利要求1所述的绘画导学装置，其特征在于：还包括压紧球和弹簧关节；画板正面的四个角上均安装有弹簧关节，弹簧关节的顶端固定有一个压紧球。

3.根据权利要求1或2所述的绘画导学装置，其特征在于：还包括半透板，半透板通过定位关节安装在光影互动控制器顶端的另一侧，半透板可以定位在0～270°之间任意位置，半透板起到透射光线和反射光线的作用。

4.根据权利要求1所述的绘画导学装置，其特征在于：所述光影互动控制器内置有中央处理器、网络交换器、语音系统和数据接口。