RU216974U1 - Device for diagnostics and development of human cognitive abilities - Google Patents
Device for diagnostics and development of human cognitive abilities Download PDFInfo
- Publication number
- RU216974U1 RU216974U1 RU2022133269U RU2022133269U RU216974U1 RU 216974 U1 RU216974 U1 RU 216974U1 RU 2022133269 U RU2022133269 U RU 2022133269U RU 2022133269 U RU2022133269 U RU 2022133269U RU 216974 U1 RU216974 U1 RU 216974U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- video screen
- joysticks
- dimensional
- faces
- spatial
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Полезная модель относится к области психологической диагностики и обучения и может быть использована для оценки пространственных способностей, развития пространственного мышления, а также формирования когнитивных навыков, необходимых для построения схем и чертежей. Устройство для диагностики и развития когнитивных способностей человека выполнено в виде корпуса, на плоскости верхней панели которого располагается набор джойстиков и видеоэкран. На видеоэкране демонстрируется проекция трехмерного изображения множества граней, каждая из которых ставится в соответствие с одним из джойстиков, манипуляция с которым позволяет пользователю изменять пространственное положение грани, ее масштаб и углы поворота в трехмерном пространстве, отображаемом на плоскость видеоэкрана. При этом испытуемый решает задачу сборки из набора разрозненных граней целостного объекта, такого как тетраэдр, октаэдр, гексаэдр и других аналогичных многогранников. Необходимость перехода от наглядно-действенного способа управления состоянием целевого объекта к построению логической схемы его сборки обеспечивается конструктивно заложенным различием визуального и сенсомоторного полей восприятия испытуемого – органы управления расположены в двумерном пространстве, в то время как плоскость изображения видеоэкрана демонстрирует элементы трехмерного объекта. Технический результат заключается в обеспечении сенсомоторной коррекции при помощи визуальной обратной связи. The utility model relates to the field of psychological diagnostics and training and can be used to assess spatial abilities, develop spatial thinking, and form the cognitive skills necessary to build diagrams and drawings. The device for diagnostics and development of human cognitive abilities is made in the form of a body, on the plane of the top panel of which there is a set of joysticks and a video screen. The video screen demonstrates a projection of a three-dimensional image of a plurality of faces, each of which is associated with one of the joysticks, the manipulation of which allows the user to change the spatial position of the face, its scale and rotation angles in the three-dimensional space displayed on the video screen plane. In this case, the subject solves the problem of assembling an integral object from a set of disparate faces, such as a tetrahedron, octahedron, hexahedron and other similar polyhedra. The need to move from a visual-effective method of controlling the state of the target object to constructing a logical scheme for its assembly is provided by the structurally inherent difference in the visual and sensorimotor fields of perception of the subject - the controls are located in two-dimensional space, while the image plane of the video screen demonstrates the elements of a three-dimensional object. The technical result is to provide sensorimotor correction using visual feedback.
Description
Полезная модель относится к области психологической диагностики и обучения и может быть использована для оценки пространственных способностей, развития пространственного мышления, а также формирования когнитивных навыков, необходимых для построения схем и чертежей.The utility model relates to the field of psychological diagnostics and training and can be used to assess spatial abilities, develop spatial thinking, and form the cognitive skills necessary to build diagrams and drawings.
Известны устройства, решающие проблему развития способностей человека в области решения пространственных задач. Для установления технического уровня можно принять во внимание «Устройство для развития пространственного мышления» RU 168862 U1, которое относится к области развлечений, и представляет собой настольную игру, предназначенную для развития пространственного мышления и воображения. Устройство представляет собой объемный прозрачный прямоугольный короб в который на гибком подвесе через верхнюю грань опускаются различные геометрические объекты с высверленным центром масс. Через одну из боковых стенок корпуса пропущены жесткие стержни, которые пользователь может совместить с высверленными в объектах отверстиями, добиваясь при этом решения поставленной перед ним задачи по идентификации объектов, установлению их формы и пространственных отношений между ними. Стержни размещены на разном расстоянии друг от друга по глубине и высоте короба таким образом, чтобы условие задачи определяло необходимость их оптимального выбора для решения поставленной задачи.Devices are known that solve the problem of developing human abilities in the field of solving spatial problems. To establish the technical level, one can take into account the "Device for the development of spatial thinking" RU 168862 U1, which belongs to the field of entertainment, and is a board game designed to develop spatial thinking and imagination. The device is a three-dimensional transparent rectangular box into which various geometric objects with a drilled center of mass are lowered on a flexible suspension through the upper face. Rigid rods are passed through one of the side walls of the case, which the user can combine with holes drilled in objects, while achieving the solution of the task assigned to him of identifying objects, establishing their shape and spatial relationships between them. The rods are placed at different distances from each other along the depth and height of the box in such a way that the condition of the problem determines the need for their optimal choice to solve the problem.
Достоинством такого решения является возможность организации контролируемых действий пользователя в объемном пространстве задачи и возможность решать задачи классификации и взаимного пересечения объемных тел в пространстве. Недостатком является необходимость манипуляции геометрическими объектами при помощи системы механических связей, зависимость от которых требует нарушения целостности фигур сквозными отверстиями.The advantage of this solution is the possibility of organizing controlled user actions in the volumetric space of the problem and the ability to solve the problems of classification and mutual intersection of volumetric bodies in space. The disadvantage is the need to manipulate geometric objects using a system of mechanical links, dependence on which requires a violation of the integrity of the figures through holes.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая нами полезная модель, является создание технического устройства, реализующего проблемную ситуацию перехода от сенсомоторных действий человека на плоской схеме к мысленным представлениям о пространственных преобразованиях объекта - объемной геометрической фигуры в виде ее проекции на плоскость.The task that the proposed utility model is aimed at is the creation of a technical device that implements the problematic situation of the transition from human sensorimotor actions on a flat diagram to mental representations of the spatial transformations of an object - a three-dimensional geometric figure in the form of its projection onto a plane.
Технический результат, заключается в обеспечении сенсомоторной коррекции при помощи визуальной обратной связи.The technical result is to provide sensorimotor correction using visual feedback.
Указанный технический результат достигается за счет перехода от наглядно-действенного способа управления состоянием целевого объекта к построению логической схемы его сборки обеспечиваемый конструктивно заложенным различием визуального и сенсомоторного полей восприятия испытуемого - органы управления расположены в двумерном пространстве, в то время как плоскость изображения видеоэкрана демонстрирует элементы трехмерного объекта.The specified technical result is achieved due to the transition from a visual-effective way to control the state of the target object to the construction of a logical scheme for its assembly, provided by the structural difference between the visual and sensorimotor fields of perception of the subject - the controls are located in two-dimensional space, while the image plane of the video screen demonstrates elements of three-dimensional object.
Сущность полезной модели поясняется фиг. 1, где 1 - корпус, 2 - джойстик, 3 - блок управления, 4 - видеоэкран, 5 - грани объемной фигуры, 6 - блок формирования изображения.The essence of the utility model is illustrated in Fig. 1, where 1 is the case, 2 is the joystick, 3 is the control unit, 4 is the video screen, 5 is the sides of the three-dimensional figure, 6 is the imaging unit.
Устройство для диагностики и развития когнитивных способностей человека состоит из корпуса (1), двух или более джойстиков (2), блока управления (3), видеоэкрана (4), блока формирования проекции трехмерного изображения на плоском экране (6), объединенных в единую конструкцию таким образом, что данные о положении джойстиков (2) логически объединяются блоком управления (3), формирующем пространственный образ трехмерной геометрической фигуры, каждая грань (5) которой ассоциирована с отдельным джойстиком (2) и может перемещаться, вращаться или масштабироваться в пространстве независимо от остальных граней (5), выводимых в виде изображения на видеоэкране при помощи блока формирования проекции трехмерного изображения на плоском экране (6).A device for diagnosing and developing human cognitive abilities consists of a body (1), two or more joysticks (2), a control unit (3), a video screen (4), a unit for forming a three-dimensional image projection on a flat screen (6), combined into a single structure in such a way that the data on the position of the joysticks (2) are logically combined by the control unit (3), which forms a spatial image of a three-dimensional geometric figure, each face (5) of which is associated with a separate joystick (2) and can be moved, rotated or scaled in space, regardless of the remaining faces (5) displayed as an image on a video screen using a block for forming a three-dimensional image projection on a flat screen (6).
Под джойстиком мы понимаем приспособление, преобразующее движение руки человека в информацию о пространственном положении реального или воображаемого объекта или его визуального образа, являющегося объектом управления с точки зрения его состояния, например пространственного положения. По функциональному назначению джойстик можно называть манипулятором или рукояткой. Конструктивно джойстик представляет собой вертикально установленный стержень, способной свободно наклоняться в одной или двух плоскостях вокруг некоторого центра. При этом обеспечивается передача данных о положении рукоятки при помощи механической, электромеханической, гальванической связи, в том числе при помощи технологий цифрового кодирования, исполнительному органу конструкции. В разрыв цепи связи между джойстиком и исполнительным органом может быть установлен блок управления, выполняющий некоторое преобразование данных о требуемом состоянии исполнительного органа. Например, при использовании механической связи это может быть увеличение усилия на исполнительном органе, изменение плоскости его движения или даже изменение направления движения по сравнению с тем, которое предполагается направлением, задаваемым рукояткой.By joystick, we mean a device that converts the movement of a person's hand into information about the spatial position of a real or imaginary object or its visual image, which is the object of control in terms of its state, for example, spatial position. According to the functional purpose, the joystick can be called a manipulator or a handle. Structurally, the joystick is a vertically mounted rod that can freely tilt in one or two planes around a certain center. This ensures the transmission of data on the position of the handle using mechanical, electromechanical, galvanic communication, including digital coding technologies, to the executive body of the structure. A control unit can be installed in the break in the communication chain between the joystick and the executive body, which performs some transformation of data on the required state of the executive body. For example, when using a mechanical connection, this may be an increase in force on the executive body, a change in the plane of its movement, or even a change in the direction of movement compared to that assumed by the direction given by the handle.
В предложенном нами устройстве исполнительным органом для джойстиков является визуальный образ объемной фигуры таким образом, что каждый джойстик ассоциируется с гранью этой фигуры. При этом отношение джойстик - грань может быть выполнено по схеме «один к одному», «один к многим» и «многие к одному». В первом случае каждый джойстик логически связан с одной гранью и изменение его положения приводит к изменению положения соответствующей грани. Однако логика предъявления задачи испытуемому может предусматривать связь двух и более джойстиков с одной гранью и связь одного джойстика с двумя и более гранями. Для гибкой реализации различных схем опосредования связи между джойстиками и гранями объемной фигуры целесообразно использовать джойстики с цифровым кодированием положения управляющей рукоятки, так как агрегация данных о положении двух и более манипуляторов может быть осуществлена микропроцессорным устройством, выполняющим функции блока управления. Для усиления эффекта глубины изображения и возможности доступа к осмотру каждой грани объемной фигуры один из джойстиков может быть использован для поворота всех граней вокруг общего центра. Все джойстики устанавливаются на общей плоскости на равном расстоянии друг от друга таким образом, чтобы обеспечивалась изоморфность сенсомоторного пространства человека, рассматривающего полученный набор джойстиков в качестве единой управляющей панели.In the device proposed by us, the executive body for joysticks is a visual image of a three-dimensional figure in such a way that each joystick is associated with a face of this figure. In this case, the joystick-face relationship can be performed according to the scheme "one to one", "one to many" and "many to one". In the first case, each joystick is logically connected to one face, and changing its position leads to a change in the position of the corresponding face. However, the logic of presenting the task to the subject may include the connection of two or more joysticks with one face and the connection of one joystick with two or more faces. For flexible implementation of various schemes for mediating communication between joysticks and faces of a three-dimensional figure, it is advisable to use joysticks with digital coding of the position of the control handle, since the aggregation of data on the position of two or more manipulators can be carried out by a microprocessor device that performs the functions of a control unit. To enhance the effect of image depth and the ability to access the inspection of each face of a three-dimensional figure, one of the joysticks can be used to rotate all faces around a common center. All joysticks are installed on a common plane at an equal distance from each other in such a way as to ensure the isomorphism of the sensorimotor space of a person who considers the received set of joysticks as a single control panel.
Видеоэкран устройства предназначен для отображения объемного образа исполнительного органа устройства - объемного многогранника на плоскости таким образом, чтобы сохранить все признаки глубины пространства. В современном обществе взрослый человек достаточно легко использует эти признаки для неосознаваемой реконструкции объемного изображения. Ребенок может затрудняться в решении такой задачи из-за недостатка сенсорного опыта, для приобретение которого также может быть использовано данное устройство.The video screen of the device is designed to display a three-dimensional image of the device's executive body - a three-dimensional polyhedron on a plane in such a way as to preserve all signs of the depth of space. In modern society, an adult quite easily uses these signs for unconscious reconstruction of a three-dimensional image. The child may find it difficult to solve such a problem due to a lack of sensory experience, for the acquisition of which this device can also be used.
Изображение для видеоэкрана подготавливается блоком формирования проекции трехмерного изображения на плоском экране на основе существующих технологий, таких как OpenGL, DirectX, Vulkan. На вход блока, реализуемого микропроцессорным устройством, подается схема размещения и характеристики граней объемной фигуры, формируемая блоком управления. Выход блока формирования проекции трехмерного изображения обеспечивает видеосигнал, подаваемый на видеоэкран.The image for the video screen is prepared by a block for forming a three-dimensional image projection on a flat screen based on existing technologies such as OpenGL, DirectX, Vulkan. At the input of the block implemented by the microprocessor device, the layout and characteristics of the faces of the three-dimensional figure, which is formed by the control unit, are fed. The output of the three-dimensional image projection unit provides a video signal applied to the video screen.
Корпус устройства обеспечивает конструкционное объединение всех элементов устройства, их защиту от воздействия внешних факторов, защиту пользователя от поражающего действия электрического тока, питающего устройство.The body of the device provides structural integration of all elements of the device, their protection from external factors, protection of the user from the damaging effect of electric current that feeds the device.
Устройство работает следующим образом.The device works as follows.
Пользователь получает инструкцию, объясняющую условия решения задачи или условия игры. При этом задача подразумевает в своем начальном состоянии наличие визуального образа - набор граней из которых необходимо собрать заданную фигуру. Например, для сборки пирамиды на экран выводится набор из четырех треугольных граней не связанных между собой и разнесенных в пространстве. Для сборки куба или призмы это будет уже шесть квадратных граней. В случае призмы - шесть граней в форме прямоугольников и паралеллограммов. В самом простом случае грани, подлежащие сборки к целостному образу фигуры связаны с джойстиками, располагаемыми на одной плоскости с экраном и могут менять свое положение в зависимости от положения джойстиков. В конструкции джойстиков могут быть предусмотрены дополнительные клавиши, нажатие на которые фиксирует выбранное пользователем для граней положение. Для лучшего обзора собираемой фигуры возможно использовать для ее поворота в пространстве отдельного джойстика или включение режима непрерывного поворота фигуры вокруг некоторого центра.The user receives an instruction explaining the conditions for solving the problem or the conditions of the game. In this case, the task implies in its initial state the presence of a visual image - a set of faces from which it is necessary to assemble a given figure. For example, to assemble a pyramid, a set of four triangular faces not connected to each other and spaced apart in space is displayed on the screen. To assemble a cube or prism, this will already be six square faces. In the case of a prism, there are six faces in the form of rectangles and parallelograms. In the simplest case, the faces to be assembled to a holistic image of the figure are connected to joysticks located on the same plane with the screen and can change their position depending on the position of the joysticks. The design of joysticks can be provided with additional keys, pressing which fixes the position selected by the user for the faces. For a better view of the figure being assembled, it is possible to use a separate joystick to rotate it in space or turn on the mode of continuous rotation of the figure around a certain center.
После того, как пользователь соберет целостный объект задача считается выполненной. Информация о времени выполнения и особенностях действия манипуляции с гранями может быть использована как данные о результативности пространственного мышления пользователя и стратегий решения им задач такого типа.After the user collects an integral object, the task is considered completed. Information about the execution time and features of the face manipulation action can be used as data on the effectiveness of the user's spatial thinking and strategies for solving problems of this type.
В более сложном случае пользователь может быть вынужден самостоятельно устанавливать соответствие между гранями и джойстиками, при том, что для повторного выполнения задачи это соответствие может быть задано по другой схеме.In a more complex case, the user may be forced to independently establish a correspondence between the faces and joysticks, while this correspondence can be set according to a different scheme for re-execution of the task.
Возможен также вариант, когда соответствие между джойстиком и гранью усложняется тем, что некоторые джойстики могут также влиять на состояние уже установленного соотношения, но в меньшей степени. Кроме того, возможно моделирование такой физической характеристики грани, как ее масса. В этом случае прекращение воздействия джойстика на грань происходит не мгновенно, а через некоторое время, после окончания приложения усилия пользователем.It is also possible that the correspondence between the joystick and the edge is complicated by the fact that some joysticks can also influence the state of the already established relationship, but to a lesser extent. In addition, it is possible to model such a physical characteristic of a face as its mass. In this case, the cessation of the joystick's action on the edge does not occur immediately, but after some time, after the end of the user's effort.
Источники информации:Information sources:
1. Патент RU 168862 U1, МПК A63F 9/06. Устройство для развития пространственного мышления. Опубл. 21.02.2017.1. Patent RU 168862 U1, IPC A63F 9/06. A device for the development of spatial thinking. Published 02/21/2017.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU216974U1 true RU216974U1 (en) | 2023-03-13 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2275674C2 (en) * | 2003-12-09 | 2006-04-27 | Владимир Степанович Никитин | Method for controlling cursor and device for its realization |
RU168862U1 (en) * | 2016-10-03 | 2017-02-21 | Сергей Николаевич Васильев | Device for the development of spatial thinking |
US20190159716A1 (en) * | 2016-08-03 | 2019-05-30 | Akili Interactive Labs, Inc. | Cognitive platform including computerized evocative elements |
US10722783B2 (en) * | 2004-03-31 | 2020-07-28 | Nintendo Co., Ltd. | Game console |
US10885810B2 (en) * | 2014-07-11 | 2021-01-05 | Shape Matrix Geometric Instruments, LLC | Shape-matrix geometric instrument |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2275674C2 (en) * | 2003-12-09 | 2006-04-27 | Владимир Степанович Никитин | Method for controlling cursor and device for its realization |
US10722783B2 (en) * | 2004-03-31 | 2020-07-28 | Nintendo Co., Ltd. | Game console |
US10885810B2 (en) * | 2014-07-11 | 2021-01-05 | Shape Matrix Geometric Instruments, LLC | Shape-matrix geometric instrument |
US20190159716A1 (en) * | 2016-08-03 | 2019-05-30 | Akili Interactive Labs, Inc. | Cognitive platform including computerized evocative elements |
RU168862U1 (en) * | 2016-10-03 | 2017-02-21 | Сергей Николаевич Васильев | Device for the development of spatial thinking |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2714222B1 (en) | A toy construction system for augmented reality | |
US20170189797A1 (en) | Interactive game apparatus and toy construction system | |
Leduc-Mills et al. | The UCube: a child-friendly device for introductory three-dimensional design | |
US10780341B2 (en) | Space maze puzzle with reconfigurable paths | |
Qin et al. | Learning blood management in orthopedic surgery through gameplay | |
Walker | Holograms as teaching agents | |
Sorid et al. | The virtual surgeon [virtual reality trainer] | |
Ilie et al. | Combining head-mounted and projector-based displays for surgical training | |
Byl et al. | A serious virtual reality game to train spatial cognition for medical ultrasound imaging | |
Rubens et al. | Flying LEGO bricks: observations of children constructing and playing with programmable matter | |
Lowrie | The influence of visual and spatial reasoning in interpreting simulated 3D worlds | |
RU216974U1 (en) | Device for diagnostics and development of human cognitive abilities | |
Pirovano et al. | The design of a comprehensive game engine for rehabilitation | |
Seo et al. | Toward Constructivist Approach Using Virtual Reality in Anatomy Education | |
Jacoby et al. | Tangible user interfaces: Tools to examine, assess, and treat dynamic constructional processes in children with developmental coordination disorders | |
Seo et al. | Anatomy builder VR: comparative anatomy lab promoting spatial visualization through constructionist learning | |
Howard | Proposals for the study of anomalous perceptual schemata | |
Kvalbein | The use of a 3D sensor (Kinect) for robot motion compensation: The applicability in relation to medical applications | |
Vercellone et al. | Haptic Interfaces for Individuals with Visual Impairments | |
KR102670413B1 (en) | Artificial Intelligence Education System using Robot | |
Tseng | A Study on 3D Interaction System using Arduino Glove Design and Glasses-Free 3D Display Technology | |
Mori et al. | Tactile-based curiosity maximizes tactile-rich object-oriented actions even without any extrinsic rewards | |
Sukan | Augmented Reality Interfaces for Enabling Fast and Accurate Task Localization | |
Desai | Quantifying Experience and Task Performance in 3D Serious Games | |
KR20110116280A (en) | Word game simulation system based on grid and motion detection |