【技术实现步骤摘要】
一种混合增强教学场景中多移动机制融合方法
[0001]本专利技术属于信息技术的教学应用领域,更具体地,涉及一种混合增强教学场景中多移动机制融合方法。
技术介绍
[0002]混合增强教学场景不仅能够实现虚实场景及用户的同步和融合,还能通过实时交互,构建一个用户和虚拟场景之间交互反馈的信息回路。在混合增强教学场景中融合多种移动机制,采集教师的移动信息,实现虚实空间的归一化处理,构建移动响应策略、移动感知和融合机制,可解决现有真实教学空间的有限性与虚拟空间无限性之间的矛盾,提高教学过程中移动的流畅性、舒适度和真实感体验,从而激发学习者的兴趣,有效提升教学体验效果。随着5G商业化的推进与VR/AR/MR产业的不断发展,实现混合增强教学场景中多移动机制的有效融合,有利于增进信息技术与教学课程融合。在新一代立体教学环境中将会发挥积极作用,拥有广阔的应用前景。
[0003]但目前混合增强教学场景中多移动机制融合方面还存在诸多问题:(1)现有混合增强教学环境的真实与虚拟空间尺度相同,难以实现不同尺度之间的移动增益,无法解决真实空间有限性和虚拟空间无限性之间的矛盾,影响交互的真实感体验效果;(2)混合增强教学环境中用户长时间、频繁移动,易产生晕动症和方向感迷失,大多数现有移动机制都以与现实背离的方式来分散用户的注意力,无法提高用户的舒适度及其注意力的集中度;(3)现有混合增强教学场景的交互真实性不足,移动引导和感官反馈未能充分考虑用户的感受,影响其视觉感受及交互体验。
技术实现思路
[0004]针对现有技术的以 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种混合增强教学场景中多移动机制融合方法,其特征在于该融合方法包括以下步骤:(1)归一化处理;采用Spatial Mapping技术将虚拟教学空间划分成不同区域,依据虚实空间的增益缩放因子,计算虚拟模型、真实教师的移动位置和区域范围的尺度转换;(2)移动感知;构建一系列移动响应策略规则,采用碰撞检测、A*算法,实现虚拟模型的移动,使用方向箭头、第三人称视角、导航地图提示方式增强教师的移动感知;(3)移动融合;通过传送点设置,运用纹理、色调透明渐变方式,实现不同传送场景之间的过渡;结合场景预览、自动寻径和回溯机制,支持教师重难点内容的选择讲解;采用碰撞反馈、触觉反馈和视觉反馈强化教师移动过程的融合表示。2.根据权利要求1所述的混合增强教学场景中多移动机制融合方法,其特征在于步骤(1)所述的归一化处理具体为:(1
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1)确定移动范围,通过深度摄像头采集真实教学空间的3D表面模型;使用Spatial Mapping技术将虚拟教学空间划分成不同的网格区域;提取边界平面,并为它们增加碰撞体,界定教师与模型的移动范围;(1
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1)获取真实教学空间的表面模型,采用深度摄像头,采集真实教学空间的点云数据,应用三维重建技术生成虚拟表面模型网格,根据表面模型的空间特征,将它们剖分为墙壁、地板、桌椅模型对象;(1
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2)虚拟教学空间的网格划分,建立以米为单位的世界空间坐标系统,以真实教学空间的中心为坐标原点,采用右手坐标系描述混合增强教学环境,使用Spatial Mapping技术将虚拟教学空间划分成不同的网格区域;(1
‑1‑
3)确定教师与虚拟对象的移动范围,遍历获取虚拟教学空间的横向、纵向、竖直方向边界平面,创设对应的虚拟表面,采用层次包围盒方法创建碰撞体,从而界定教师、虚拟对象在混合增强教学环境中的移动范围;(1
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2)对象定位,根据宏观、微观虚拟场景的空间范围,计算虚实场景的尺度转换;采用并行测距与成像技术获取虚拟模型在真实教学空间中的位置与朝向;运用惯性导航技术确定教师在真实教学空间中的位置和朝向,实现其在虚实空间的位置转换;(1
‑2‑
1)实现虚实空间的尺度转换,根据宏观、微观虚拟场景的空间范围,计算其与真实教学空间的尺度转换,通过齐次坐标W的设置,W>1表示缩小,W<1表示放大,实现虚实空间中教师、模型与环境之间的位置和范围的转换;(1
‑2‑
2)获取虚拟模型的位置和朝向,通过并行测距与成像技术定位虚拟模型在真实教学空间的位置坐标(x,y,z)和朝向姿态(tx,ty,tz),虚拟模型的位置和朝向发生变化,实时计算、更新其在真实空间的信息;(1
‑2‑
3)获取教师的位置和朝向,借助加速计、陀螺仪传感器,采用惯性导航技术推算教师在真实空间的位置坐标(x
’
,y
’
,z
’
)和朝向姿态(tx
’
,ty
’
,tz
’
),使用航位推算法计算、定位教师相对于周围环境的位置和朝向变化;(1
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3)教师的移动增益,运用Eye
‑
Level Scaling方法,结合采集到教师移动的距离、速度、时间数据,加权计算增益缩放因子;应用Seven
‑
League Boots技术计算教师在虚拟空间的移动增益,实现虚实空间移动的归一化处理;(1
‑3‑
1)加权计算增益缩放因子,依据虚实空间的尺度映射,运用Eye
‑
Level Scaling
方法,结合采集到教师移动的距离、速度、时间数据,加权计算增益缩放因子,精确计算教师在虚实空间中的移动位置和方位变化;(1
‑3‑
2)虚实空间坐标的归一化处理,教师以巨人或者矮人视角观看虚拟场景中对象,根据虚实空间的尺度变换参数,采用坐标转换公式计算虚拟模型移动过程中的坐标,实现虚实空间中相关对象的归一化处理;(1
‑3‑
3)移动增益获取,追踪、捕捉教学活动中教师的动作、位置数据,跟随其在真实教学环境中的视场变化,采用Seven
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League Boots技术计算虚拟空间中教师累积的位置和姿态,获取移动增益的变化。3.根据权利要求1所述的混合增强教学场景中多移动机制融合方法,其特征在于步骤(2)所述的移动感知具体为:(2
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1)移动响应策略的构建,使用识别追踪算法,捕获教师的躯干、手势与头部和视线的移动;构建一系列移动响应策略规则,实现虚实空间移动效果的统一;采用线段标注教师的移动过程,高亮显示虚拟模型的选中状态;(2
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1)追踪教师的移动,采用BlazePose算法追踪教学过程中教师的躯干姿态和动作;使用BlazePlam算法定位、识别教师手势及其移动;基于头部姿态估计和视线追踪技术,确定教师的视场范围和视线关注的对象;(2
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2)构建移动策略响应规则,针对采集到教师的移动动作,包括行走、摆臂、抓握、抬头,构建一系列混合增强教学环境中移动响应策略规则,实现虚实空间的移动增益统一,应用瞬间传送策略实现虚拟场景的快速切换;(2
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3)标注移动触发信息,追踪真实空间中教师的动作,并在虚拟场景中绘制线段,实时动态地表示其移动路径,当教师的视线、手势移动到虚拟模型碰撞体时,高亮显示该虚拟模型,触发选中状...
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