一种针对物理实验的裸眼3D互动系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种针对物理实验的裸眼3D互动系统，包括输入模块、三维模型建立模块、人机交互设备、裸眼3D显示模块和服务器，三维模型建立模块用于根据选择的实验仪器信息建立实验仪器的三维模型；根据选择的原材料建立原材料的三维模型；根据实验要求建立实验场景的三维模型；人机交互设备用于实现操作者与系统的互动操作；裸眼3D显示模块用于显示实验仪器的三维模型、原材料的三维模型、实验场景的三维模型和完成物理实验的操作过程。系统通过人机交互设备实现交互设备与虚拟场景中的物体进行互动操作，方便操作者进行虚拟物理实验操作，能够加深学生对物理实验的理解，提高学生的学习效率和学习兴趣，增强学生的科学探究能力和综合素养。

An Open-Eye 3D Interactive System and Method for Physical Experiments

The invention discloses a bare-eyed 3D interactive system for physical experiments, which includes input module, three-dimensional model building module, human-computer interaction device, bare-eyed 3D display module and server. The three-dimensional model building module is used to establish the three-dimensional model of experimental instruments according to the information of selected experimental instruments; and the three-dimensional model is built according to selected raw materials. Three-dimensional model of raw materials is established; three-dimensional model of experimental scene is established according to experimental requirements; human-computer interaction equipment is used to realize the interaction between operator and system; naked-eye 3D display module is used to display three-dimensional model of experimental instrument, three-dimensional model of raw materials, three-dimensional model of experimental scene and operation of physical experiment. Cheng. The system realizes interactive operation between interactive devices and objects in virtual scenes through human-computer interaction devices, facilitates operators to operate virtual physics experiments, deepens students'understanding of physical experiments, improves students' learning efficiency and interest, and enhances students'scientific inquiry ability and comprehensive literacy.

【技术实现步骤摘要】
一种针对物理实验的裸眼3D互动系统及方法
本专利技术涉及裸眼3D互动系统
，具体涉及一种针对物理实验的裸眼3D互动系统及方法。
技术介绍
物理学是一门以实验为基础的学科，物理学中的定理定律都是通过实验的方法得到验证，同样在物理教学中为体现科学性、培养学生的科学素养，物理实验是必不可少的教学内容之一，可以说离开了实验就谈不上物理学。在教学过程中，由于条件限制，学生难以随时接触到实验仪器。在有限的实验时间中，学生也容易因不熟悉而损坏实验仪器，并且可能在安排的实验时间中学生因为不熟悉实验而不能在规定的时间内完成实验。因此，传统的实验教学模式存在的问题包括：(1)实验课程教学时间有限，致使学生对实验原理和实验方法的理解和掌握不够深入和透彻；(2)学生学习基础差异较大，致使部分学生对实验有畏难情绪；(3)学生学习主动性不足，学习兴趣不够高等。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的之一在于提供一种针对物理实验的裸眼3D互动系统，采用可视化的3D立体模型展示实验操作过程，实现沉浸性、交互性、真实性强的学习情境，提高学生的对物理实验的兴趣和学习效率。第一方面，本专利技术实施例提供的一种针对物理实验的裸眼3D互动系统，包括输入模块、三维模型建立模块、人机交互设备、裸眼3D显示模块和服务器，所述输入模块用于信息输入，所述信息包括待做物理实验名称、实验所需要的实验仪器信息和原材料信息；所述三维模型建立模块用于根据选择的实验仪器信息建立实验仪器的三维模型；根据选择的原材料建立原材料的三维模型；根据实验要求建立实验场景的三维模型；所述人机交互设备用于实现操作者与系统的互动操作，操作者通过人机交互设备与实验仪器的三维模型、原材料三维模型在实验场景的三维模型进行互动操作并将互动操作数据发送给服务器；所述裸眼3D显示模块用于显示实验仪器的三维模型、原材料的三维模型、实验场景的三维模型和完成物理实验的操作过程；所述服务器接收互动操作数据并根据互动操作数据实时更新实验场景中原材料三维模型的位置信息。可选地，所述系统还包括实验过程演示模块，所述实验过程演示模块用于根据实验要求动态演示标准的实验操作过程。可选地，所述系统还包括实验正确性判断模块，所述实验正确性判断模块根据存储的操作者完成物理实验的操作过程与标准的实验操作过程进行对比分析得到分析结果，根据分析结果判断操作者所做的实验过程是否正确，并标示出错误的操作。可选地，所述系统还包括实验评分模块，所述实验评分模块根据所述分析结果对操作者进行评分。可选地，所述系统还包括正确操作指示单元，所述正确操作指示单元用于在标示出错误的操作后，调取标准实验操作过程中的正确操作方法进行显示。可选地，所述人机交互设备包括数据手套、三维立体定位装置和连接线，所述三维立体定位装置安装在数据手套上，所述数据手套与三维立体定位装置连接，所述数据手套通过连接线与服务器通信，所述数据手套用于采集操作者的手的动作，所述三维立体定位装置根据数据手套在空间的移动，计算出数据手套的位置数据和方位数据，并将位置数据和方位数据发送给服务器；所述三维立体定位装置包括发射器、接收器和控制器，所述发射器发射电磁信号，所述接收器接收发射器发射的电磁信号，所述接收器安装在数据手套的手背位置，用于检测数据手套的位置和方向，接收器将3个位置参数和3个方向参数发送给控制器，控制器与服务器通信，控制器控制发射器的信号发射，并将接收器接收的电磁信号转换为数字信号发送给服务器；所述服务器将数字信号处理得到数据手套的当前位置和运动方向，所述服务器实时更新虚拟实验场景原材料的位置。可选地，所述数据手套采用有五个传感器的数据手套，所述数据手套通过USB接口与服务器通信。可选地，所述裸眼3D显示模块采用柱状透镜3D显示器。第二方面，本专利技术实施例提供的一种针对物理实验的裸眼3D互动方法，包括：获取通过输入模块输入的待做物理实验名称以及实验所需要的实验仪器信息和原材料信息；根据实验仪器信息建立实验仪器的三维模型；根据原材料信息建立原材料的三维模型；根据实验要求建立实验场景的三维模型；获取人机交互设备发送的与实验仪器的三维模型、原材料三维模型在实验场景的三维模型进行互动操作的数据；向裸眼3D显示模式发送显示实验仪器的三维模型、原材料的三维模型、实验场景的三维模型和完成物理实验的操作过程的指令；根据互动操作数据实时更新实验场景中原材料三维模型的位置信息。可选地，方法还包括：根据存储的操作者完成物理实验的操作过程与标准的实验操作过程进行对比分析得到分析结果，根据分析结果判断操作者所做的实验过程是否正确，并标示出错误的操作；根据所述分析结果对操作者进行评分；在标示出错误的操作后，调取标准实验操作过程中的正确操作方法进行显示。本专利技术的有益效果：本专利技术实施例提供的针对物理实验的裸眼3D互动系统，通过人机交互设备实现交互设备与虚拟场景中的物体进行互动操作，方便操作者进行虚拟物理实验操作，能够加深学生对物理实验的理解，提高学生的学习效率和学习兴趣，为学生提供立体、生动、可交互的场景，提高学生的空间想象能力，拓展学生思维、增强学生的科学探究能力和综合素养。采用裸眼3D显示学生不佩戴如何设备就可以直接观看到3D效果，提高沉浸感，可避免长时间戴头盔给人体带来的不适。针对物理实验的裸眼3D互动系统可作为物理实验的辅助工具，学生可通过该系统进行预习、复习实验，操作安全，不消耗任何实验耗材成本，降低实验成本。本专利技术实施例提供的针对物理实验的裸眼3D互动方法，通过人机交互设备实现交互设备与虚拟场景中的物体进行互动操作，方便操作者进行虚拟物理实验操作，能够加深学生对物理实验的理解，提高学生的学习效率和学习兴趣，为学生提供立体、生动、可交互的场景，提高学生的空间想象能力，拓展学生思维、增强学生的科学探究能力和综合素养。采用裸眼3D显示学生不佩戴如何设备就可以直接观看到3D效果，提高沉浸感，可避免长时间戴头盔给人体带来的不适。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。图1示出了本专利技术所提供的一种针对物理实验的裸眼3D互动系统的第一实施例的结构示意图；图2示出了本专利技术所提供的一种针对物理实验的裸眼3D互动系统的另一实施例的结构示意图；图3示出了本专利技术所提供的一种针对物理实验的裸眼3D互动系统的另一实施例的人机交互模块的结构示意图；图4示出了图3中的三维立体定位装置的结构示意图；图5示出了本专利技术所提供的一种针对物理实验的裸眼3D互动方法第一实施例的流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针对物理实验的裸眼3D互动系统，其特征在于，包括输入模块、三维模型建立模块、人机交互设备、服务器和裸眼3D显示模块，所述输入模块用于信息输入，所述信息包括待做物理实验名称、实验所需要的实验仪器信息和原材料信息；所述三维模型建立模块用于根据选择的实验仪器信息建立实验仪器的三维模型；根据选择的原材料建立原材料的三维模型；根据实验要求建立实验场景的三维模型；所述人机交互设备用于实现操作者与系统的互动操作，操作者通过人机交互设备与实验仪器的三维模型、原材料三维模型在实验场景的三维模型进行互动操作并将互动操作数据发送给服务器；所述服务器接收互动操作数据并根据互动操作数据实时更新实验场景中原材料三维模型的位置信息；所述裸眼3D显示模块用于显示实验仪器的三维模型、原材料的三维模型、实验场景的三维模型和完成物理实验的操作过程。

【技术特征摘要】
1.一种针对物理实验的裸眼3D互动系统，其特征在于，包括输入模块、三维模型建立模块、人机交互设备、服务器和裸眼3D显示模块，所述输入模块用于信息输入，所述信息包括待做物理实验名称、实验所需要的实验仪器信息和原材料信息；所述三维模型建立模块用于根据选择的实验仪器信息建立实验仪器的三维模型；根据选择的原材料建立原材料的三维模型；根据实验要求建立实验场景的三维模型；所述人机交互设备用于实现操作者与系统的互动操作，操作者通过人机交互设备与实验仪器的三维模型、原材料三维模型在实验场景的三维模型进行互动操作并将互动操作数据发送给服务器；所述服务器接收互动操作数据并根据互动操作数据实时更新实验场景中原材料三维模型的位置信息；所述裸眼3D显示模块用于显示实验仪器的三维模型、原材料的三维模型、实验场景的三维模型和完成物理实验的操作过程。2.如权利要求1所述的针对物理实验的裸眼3D互动系统，其特征在于，所述系统还包括实验过程演示模块，所述实验过程演示模块用于根据实验名称和实验要求动态演示标准的实验操作过程。3.如权利要求2所述的针对物理实验的裸眼3D互动系统，其特征在于，所述系统还包括实验正确性判断模块，所述实验正确性判断模块根据存储的操作者完成物理实验的操作过程与标准的实验操作过程进行对比分析得到分析结果，根据分析结果判断操作者所做的实验过程是否正确，并标示出错误的操作。4.如权利要求3所述的针对物理实验的裸眼3D互动系统，其特征在于，所述系统还包括实验评分模块，所述实验评分模块根据所述分析结果对操作者进行评分。5.如权利要求3所述的针对物理实验的裸眼3D互动系统，其特征在于，所述系统还包括正确操作指示单元，所述正确操作指示单元用于在标示出错误的操作后，调取标准实验操作过程中的正确操作方法进行显示。6.如权利要求1所述的针对物理实验的裸眼3D互动系统，其特征在于，所述人机交互设备包括数据手套、三维立体定位装置和连接线，所述三维立体定位装置安装在数据手套上，所述数据手套与三维立体定位装置连接，所述数据手套通过连接线与服务器通信，所述数据手套用于采集...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊燚，
申请(专利权)人：杭州行开科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33