具有远程交互功能的全息投影辅助教学方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种具有远程交互功能的全息投影辅助教学方法、装置及系统。所述方法包括：操作数据模型进行移动，读取鼠标动作获取鼠标横纵坐标的偏移信息与点按信息；将所述鼠标横纵坐标的偏移信息与点按信息转化为所述模型图像的四个面的旋转信息；根据所述旋转信息将所述模型图像的四个面进行坐标变换，生成变换后的所述数据模型的坐标信息；将所述数据模型的坐标信息转换为屏幕显示窗口坐标信息，并对变换后的所述数据模型的四个面依次进行渲染，生成所述数据模型的全息投影。本发明专利技术创造性的提出一种能够使用户可以操作数据模型进行旋转、伸缩、移动模型等操作，实现了3D模型与用户的交互功能。

Holographic projection aided teaching method, device and system with remote interaction function

The invention discloses a holographic projection assistant teaching method, device and system with remote interaction function. The method includes: moving the data model, reading the mouse action to obtain the offset information and point-by-point information of the horizontal and vertical coordinates of the mouse; transforming the offset information and point-by-point information of the horizontal and vertical coordinates of the mouse into the rotation information of the four surfaces of the model image; and according to the rotation information, transforming the four surfaces of the model image. The coordinate information of the transformed data model is generated by coordinate transformation of the surface, and the coordinate information of the data model is transformed into the coordinate information of the screen display window, and the four surfaces of the transformed data model are rendered sequentially to generate the holographic projection of the data model. The invention creatively proposes a method that enables users to operate data models such as rotation, scaling, moving models, etc., and realizes the interactive function between 3D models and users.

【技术实现步骤摘要】
具有远程交互功能的全息投影辅助教学方法、装置及系统
本专利技术涉及全息投影
，特别是指一种具有远程交互功能的全息投影辅助教学方法、装置及系统。
技术介绍
裸眼3D显示投影技术在近几年来获得了广泛的关注，其目标是使观察者在不佩戴任何辅助设备的情况下，直接使用裸眼观察到与现实中物体近乎一致的三维图像。目前在校园课堂中，尤其是在各高校，在数学、物理、机械等需要三维图形理解的课程中，学生可以通过对模型的观察感受三维模型的特点。现有的技术中的3D投影主要是在设备上直接播放制作完毕的视频，因此只能实现通过视频播放展示三维模型，而无法自由地控制投影方向和光影效果，即无法直接操作模型进行旋转、伸缩、移动等操作，没有任何的可定制性，更谈不上与用户的交互。因此该技术应用领域比较狭窄，不能自主地从各个方向展示教学模型的状况与细节。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种具有远程交互功能的全息投影辅助教学方法、装置及系统，使用可定制的模型、易于操作的用户界面，实现三维图形的展示，用户可以方便地旋转、伸缩、移动模型，理解展示模型的每一个细节。基于上述目的本专利技术提供的一种具有远程交互功能的全息投影辅助教学方法，包括：操作数据模型进行移动，读取鼠标动作获取鼠标横纵坐标的偏移信息与点按信息；将所述鼠标横纵坐标的偏移信息与点按信息转化为所述模型图像的四个面的旋转信息；根据所述旋转信息将所述模型图像的四个面进行坐标变换，生成变换后的所述数据模型的坐标信息；将所述数据模型的坐标信息转换为屏幕显示窗口坐标信息，并对变换后的所述数据模型的四个面依次进行渲染，生成所述数据模型的全息投影。进一步，所述操作所述数据模型进行移动之前，还包括：获取数据模型的模型数据文件以及纹理数据文件，根据所述纹理数据文件以及所述模型数据文件对所述数据模型进行渲染，得到渲染后的模型图像，将所述模型图像的四个面分别显示生成所述数据模型的初始全息投影。进一步，所述获取数据模型的模型数据文件以及纹理数据文件包括：读取所述模型数据文件的路径，读取与所述模型数据文件对应的所述纹理数据文件并打开；将所述模型数据文件中的每一个模型点作为三元数组保存在模型数据结构中，针对每个所述模型点获取对应的所述纹理数据文件，用与所述模型点相同的索引号保存所述纹理数据文件，并用指针数据保存所述模型数据文件的地址信息。进一步，获取所述鼠标横纵坐标的偏移信息过程包括：获取鼠标移动的x轴坐标之差a(t)1、y轴坐标之差a(t)2；根据鼠标移动的x轴坐标之差a(t)1、y轴坐标之差a(t)2，计算鼠标真实速度的x轴分量y轴分量其中：在频域完成鼠标真实速度的二阶滤波操作，获取滤波操作后的鼠标真实速度的x轴分量V1(ω)、y轴分量V2(ω)，ω＝2π·f表示鼠标移动速度函数中频率的角频率，ωc表示截止频率的角频率；将滤波操作后的鼠标真实速度的x轴分量V1(ω)、y轴分量V2(ω)变换回时域，得到鼠标平滑处理后的速度的x轴分量v1(t)、y轴分量v2(t)，v1(t)＝∫V1(ω)·ejωtdω,v2(t)＝∫V2(ω)·ejωtdω；根据鼠标平滑处理后的速度的x轴分量v1(t)、y轴分量v2(t)生成鼠标横坐标偏移信息ΔLx2(t)、鼠标纵坐标偏移信息ΔLy2(t)，ΔLx2(t)＝∫v1(t)dt，ΔLy2(t)＝∫v2(t)dt。进一步，所述将所述鼠标横纵坐标的偏移与点按信息转化为所述模型图像的四个面的旋转信息，包括：获得所述模型图像的四个面的切向旋转角θ和法相旋转角φ，其中θ(t)＝2π·v1(t),φ(t)＝2π·v2(t)。进一步，变换后的所述数据模型的坐标信息(xn,yn)包括：xn＝P*[(x*cos(∫φ(t)dt)*cos(∫θ(t)dt)+y*cos(∫φ(t)dt)*sin(∫θ(t)dt)+z*sin(∫φ(t)dt)]*sin(∫θ(t)dt)yn＝P*[(x*cos(∫φ(t)dt)*cos(∫θ(t)dt)+y*cos(∫φ(t)dt)*sin(∫θ(t)dt)+z*sin(∫φ(t)dt)]*cos(∫θ(t)dt)其中，P为图像范围大小占比。进一步，将所述数据模型的坐标信息转换为屏幕显示窗口坐标信息包括：获取变换后的所述数据模型的坐标信息(xn,yn)；获取所述数据模型的坐标信息(xn,yn)的最大值(W，H)，其中：W＝P*[(Xm*cos(∫φ(t)dt)*cos(∫θ(t)dt)+Ym*cos(∫φ(t)dt)*sin(∫θ(t)dt)+Zm*sin(∫φ(t)dt)]*sin(∫θ(t)dt)H＝P*[(Xm*cos(∫φ(t)dt)*cos(∫θ(t)dt)+Ym*cos(∫φ(t)dt)*sin(∫θ(t)dt)+Zm*sin(∫φ(t)dt)]*cos(∫θ(t)dt)；将所述数据模型的坐标信息(xn,yn)转化为转换为屏幕显示窗口坐标信息(xp,yp)，其转化公式满足W/Wp＝xn/(xp-x0),H/Hp＝yn/(yp-y0)，其中Hp为屏幕显示窗口的最大高度，Wp为屏幕显示窗口的最大宽度，(x0,y0)为屏幕显示窗口坐标原点。进一步，所述生成所述数据模型的全息投影之后，还包括复位所述模型图像的四个面的切向旋转角θ和法相旋转角φ。本专利技术还提供一种具有远程交互功能的全息投影辅助教学装置，包括：读取模块，用于操作数据模型进行移动，读取鼠标动作获取鼠标横纵坐标的偏移信息与点按信息；转化模块，用于将所述鼠标横纵坐标的偏移信息与点按信息转化为所述模型图像的四个面的旋转信息；变换模块，用于根据所述旋转信息将所述模型图像的四个面进行坐标变换，生成变换后的所述数据模型的坐标信息；生成模块，用于将所述数据模型的坐标信息转换为屏幕显示窗口坐标信息，并对变换后的所述数据模型的四个面依次进行渲染，生成所述数据模型的全息投影。本专利技术还提供一种具有远程交互功能的全息投影辅助教学系统，包括：主机端，包括上述所述的具有远程交互功能的全息投影辅助教学装置；四棱锥体亚克力，用于实现所述数据模型的全息显示；屏幕，设置在所述四棱锥体亚克力底部且与所述主机端连接，具有四个屏幕显示窗口，用于显示所述数据模型的四个面；移动终端，与所述主机端无线连接，用于远程控制所述数据模型的全息显示。从上面所述可以看出，本专利技术提供的具有远程交互功能的全息投影辅助教学方法、装置及系统，开发了全新的相关教育领域的3D模型，使我们的项目可以直接应用于课堂，创造性地将本套系统与教育领域相融合；解决了此前的全息投影设备只能播放视频导致的无法与观看者产生交互的问题，创造性的提出一种能够使用户可以操作数据模型进行旋转、伸缩、移动模型等操作，实现了与用户的交互功能。附图说明图1为本专利技术实施例一种具有远程交互功能的全息投影辅助教学方法的流程图；图2为本专利技术实施例一种具有远程交互功能的全息投影辅助教学装置的结构图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。需要说明的是，本专利技术实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本专利技术实施例的限定，后续实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有远程交互功能的全息投影辅助教学方法，其特征在于，包括：操作数据模型进行移动，读取鼠标动作获取鼠标横纵坐标的偏移信息与点按信息；将所述鼠标横纵坐标的偏移信息与点按信息转化为所述模型图像的四个面的旋转信息；根据所述旋转信息将所述模型图像的四个面进行坐标变换，生成变换后的所述数据模型的坐标信息；将所述数据模型的坐标信息转换为屏幕显示窗口坐标信息，并对变换后的所述数据模型的四个面依次进行渲染，生成所述数据模型的全息投影。

【技术特征摘要】
1.一种具有远程交互功能的全息投影辅助教学方法，其特征在于，包括：操作数据模型进行移动，读取鼠标动作获取鼠标横纵坐标的偏移信息与点按信息；将所述鼠标横纵坐标的偏移信息与点按信息转化为所述模型图像的四个面的旋转信息；根据所述旋转信息将所述模型图像的四个面进行坐标变换，生成变换后的所述数据模型的坐标信息；将所述数据模型的坐标信息转换为屏幕显示窗口坐标信息，并对变换后的所述数据模型的四个面依次进行渲染，生成所述数据模型的全息投影。2.根据权利要求1所述的具有远程交互功能的全息投影辅助教学方法，其特征在于，所述操作所述数据模型进行移动之前，还包括：获取数据模型的模型数据文件以及纹理数据文件，根据所述纹理数据文件以及所述模型数据文件对所述数据模型进行渲染，得到渲染后的模型图像，将所述模型图像的四个面分别显示生成所述数据模型的初始全息投影。3.根据权利要求2所述的具有远程交互功能的全息投影辅助教学方法，其特征在于，所述获取数据模型的模型数据文件以及纹理数据文件包括：读取所述模型数据文件的路径，读取与所述模型数据文件对应的所述纹理数据文件并打开；将所述模型数据文件中的每一个模型点作为三元数组保存在模型数据结构中，针对每个所述模型点获取对应的所述纹理数据文件，用与所述模型点相同的索引号保存所述纹理数据文件，并用指针数据保存所述模型数据文件的地址信息。4.根据权利要求1所述的具有远程交互功能的全息投影辅助教学方法，其特征在于，获取所述鼠标横纵坐标的偏移信息的过程包括：获取鼠标移动的x轴坐标之差a(t)1、y轴坐标之差a(t)2；根据鼠标移动的x轴坐标之差a(t)1、y轴坐标之差a(t)2，计算鼠标真实速度的x轴分量y轴分量其中：在频域完成鼠标真实速度的二阶滤波操作，获取滤波操作后的鼠标真实速度的x轴分量V1(ω)、y轴分量V2(ω)，ω＝2π·f表示鼠标移动速度函数中频率的角频率，ωc表示截止频率的角频率；将滤波操作后的鼠标真实速度的x轴分量V1(ω)、y轴分量V2(ω)变换回时域，得到鼠标平滑处理后的速度的x轴分量v1(t)、y轴分量v2(t)，v1(t)＝∫V1(ω)·ejωtdω,v2(t)＝∫V2(ω)·ejωtdω；根据鼠标平滑处理后的速度的x轴分量v1(t)、y轴分量v2(t)生成鼠标横坐标偏移信息ΔLx2(t)、鼠标纵坐标偏移信息ΔLy2(t)，ΔLx2(t)＝∫v1(t)dt，ΔLy2(t)＝∫v2(t)dt。5.根据权利要求4所述的具有远程交互功能的全息投影辅助教学方法，其特征在于，所述将所述鼠标横纵坐标的偏移与点按信息转化为所述模型图像的四...

【专利技术属性】
技术研发人员：董钰舜，桑潮，陶志远，郑远，吴思雷，孙文生，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11