儿童体感交互式学习系统及方法技术方案

儿童体感交互式学习系统及方法，该系统包括体感捕捉与追踪组件、体感交互学习行为智能处理模块、体感行为与学习资源数据库、PC主机、交互显示屏、音箱；所述体感交互学习行为智能处理模块和体感行为与学习资源数据库集成在所述PC主机内；所述PC主机分别与所述体感捕捉与追踪组件、交互显示屏及音箱连接；PC主机与体感交互学习行为智能处理模块、体感行为与学习资源数据库双向连接；本发明专利技术还包括使用所述儿童体感交互式学习系统进行学习的方法。使用本发明专利技术，儿童能够以身体最自然的方式通过终端显示屏进行隔空交互学习。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及自然人机交互技术和多媒体计算机应用领域，更具体地说，涉及一种。
技术介绍
儿童教育对于提高国民素质具有重要的意义。儿童活泼好动，其心理特点是易于接受直观形象的事物，喜欢趣味性学习，喜欢以娱乐方式来学习知识。根据信息时代流行的建构主义学习理论，创建学习情境是提高学习兴趣的关键，知识不单是通过教师传授获得，更重要的是通过儿童在学习情境中主动构建事物之间的内在联系来获得。因此，儿童体感交互式学习系统十分适合于儿童对事物的探索，是儿童非常乐于接受的学习形式。特别是随着多媒体计算机应用的日益普及，利用多媒体计算机进行趣味性和寓教于乐的学习已成为儿童的主要课余学习方式。目前，各类基于计算机的儿童交互学习系统都需要儿童停留在终端显示屏前面，通过触摸终端显示屏或用键盘和鼠标才能进行交互学习，不能够以儿童身体最自然的体态方式通过终端显示屏进行隔空交互学习，互动性差，学习单调乏味，更缺乏情感的交互，易使儿童产生学习疲劳，视力损害。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有儿童交互学习系统的不足与缺陷，提供一种，从儿童知识学习、激发创造、虚拟实验和技能训练等方面，集实物仿真、创新设计和智能指导于一体，具有良好的自主性、交互性、可扩展性和安全性，让儿童在真实的学习环境中通过终端显示屏中隔空进行趣味性和寓教于乐的交互学习，操作简单，学习内容能够及时更新。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是: 儿童体感交互式学习系统，包括体感捕捉与追踪组件、体感交互学习行为智能处理模块、体感行为与学习资源数据库、PC主机、交互显示屏、音箱。所述体感交互学习行为智能处理模块和体感行为与学习资源数据库集成在所述PC主机内。所述PC主机分别与所述体感捕捉与追踪组件、交互显示屏及音箱连接；PC主机与体感交互学习行为智能处理模块、体感行为与学习资源数据库双向连接。所述体感捕捉与追踪组件为儿童体感捕捉与追踪硬件集成,体感捕捉与追踪组件内包含有红外雷射光发送器、红外摄像头、3D景深摄像头及2只麦克风，用于捕捉儿童学习中的体态交互行为(肢体动作)和思维(语音)数据。所述麦克风优选无指向矩阵麦克风。所述体感交互学习行为智能处理模块为内含算法的儿童体感捕捉与追踪的应用软件，体感交互学习行为智能处理模块内包含有体态行为智能分析与处理模块、语音特征智能分析与处理模块、交互行为综合处理与智能关联模块；体态行为智能分析与处理模块、语音特征智能分析与处理模块均与交互行为综合处理与智能关联模块双向连接；交互行为综合处理与智能关联模块分别与体态行为智能分析与处理模块及体感行为与学习资源数据库中的儿童体感行为数据库匹配后形成体态交互关联模型；交互行为综合处理与智能关联模块分别与语音特征智能分析与处理模块及儿童学习资源数据库匹配后形成语音交互关联模型。所述体感行为与学习资源数据库为儿童体感交互学习行为数据库与根据儿童生理、心理行为和认知特点而精选的多媒体科普百科知识资源库，内包含有儿童体感行为数据库、儿童学习资源数据库，用于体感交互学习行为智能处理模块构建关联模型时提供儿童交互学习行为数据和相关学习对象。所述PC主机具有儿童体感交互学习功能，体感交互学习行为智能处理模块和体感行为与学习资源数据库集成在所述PC主机内，儿童体感行为数据库包含有儿童体态行为和语音特征数据，形成智慧辨识能力，可有效地理解儿童的肢体动作和语音所代表的交互学习行为的涵义；儿童学习资源数据库包含有根据儿童的学习需要设计与开发的基于面向对象技术的体感交互式学习软件资源包，如自然和谐的交互式科普实验室、实时虚拟交互学习课堂、交互式多媒体电子书模块等海量的儿童多媒体学习资源。所述交互显示屏为PC机通用显示屏，是儿童与体感交互式学习系统、多媒体科普百科知识资源库中学习对象学习交互的界面。所述音箱为高保真组合音箱，是用来呈现儿童在交互学习过程的语音及音频信肩、O儿童交互学习中存在人机互动，是儿童的体态动作与语音的融合方式。使用本专利技术之儿童体感交互式学习系统进行学习的方法，包括如下步骤:先启动PC主机一启动交互显示屏一启动音箱一启动体感捕捉与追踪组件一启动体感交互学习行为智能处理模块一启动体感行为与学习资源数据库，儿童通过交互显示屏登陆，进入儿童学习资源数据库中的基于面向对象技术的体感交互式学习软件资源包，根据自己需要进行体感交互式学习。其中，所述儿童学习资源数据库中的基于面向对象技术的体感交互式学习软件资源包，包括根据儿童的学习需要设计与开发的一系列基于面向对象技术的体感交互式学习资源软件模块，如自然和谐的交互式科普实验室模块、实时虚拟交互学习课堂模块、交互式多媒体电子书模块等。因为PC主机操作系统为多任务系统，所以基于面向对象技术的体感交互式学习软件资源包可以与移植过来的各种多媒体音视频播放等娱乐软件并行运行，并且很容易在程序间进行切换。其中，所述自然和谐的交互式科普实验室模块，包括让儿童在虚实结合的实验室中以手势互动方式解剖青娃、制作氢气、驾驭太空飞船等，这种虚实结合实时的体感交不受动作限制，更吸引儿童，更能达到实验目的。其中，所述实时虚拟交互学习课堂模块，包括儿童在实时虚拟交互学习课堂中以虚拟角色在虚拟课堂中漫游、在虚拟教室里进行互动式的学习，使儿童有身临其境的亲切感，就如同置身于真实的课堂一样，实现富有情感的交互式自主学习、探究学习及交流学习，并随时可与同伴进行协作、交流，主动进行知识意义的建构，有效地完成学习任务，从而有效地实现学习内容中虚拟世界的事物和儿童周围真实环境的结合，加上体感隔空的互动方式，符合儿童天真、好动的心理，使其脱离呆板的学习模式，全身心融入到学习内容之中，促进其手眼协调，开发其智力、锻炼其脑力，促进儿童绿色地学习与健康的成长。其中，所述交互式多媒体电子书模块，包括将科普图书中原本用文字描述的情节转换为具体形象、活灵活现的科普立体场景，儿童采用手指隔空翻页:五指张开，页面放大；手上下挥动，页面移动；双手合拢，页面关闭……，使儿童在更加自然的操控界面中进行更加自然的人机交互学习。使用本专利技术之儿童体感交互式学习系统进行学习的过程中，根据自己需要进行体感交互式学习时，可进行以儿童为中心(Children-Centered)的多模态交互学习或以儿童多媒体感知式((Multimdia Perceptive)的交互学习等自主学习模式。其中，所述以儿童为中心(Children-Centered)的多模态交互学习自主学习模式，是以儿童对人机交互的需求变化为出发点，充分利用人类多种感觉和效应通道的互补特性，使之可选择地、充分地并行和协作来捕捉儿童的交互学习意图，从而增进儿童交互学习的自然性，交互学习时实现人机交互的外在形式和内部机制都能符合不同儿童的需要，儿童可利用手势、体态、语音等自然方式，不受地点限制地与计算机进行隔空交互，既能满足儿童个性化的需要，又使得儿童不脱离自然社会关系，从而实现以儿童为中心的多模态交互学习。例如:通过模拟驾驶太空飞船的手势来进行漫游交互的操作、通过双手的伸展来达到电子图书的放大缩小等等。其中，所述以儿童多媒体感知式((Multimdia Perceptive)的交互学习自主学习模式，包括利用智能感知及推理能力对来自儿童感觉和效应通道的交互信号进行识本文档来自技高网...

【技术保护点】
儿童体感交互式学习系统，其特征在于，包括体感捕捉与追踪组件、体感交互学习行为智能处理模块、体感行为与学习资源数据库、PC主机、交互显示屏、音箱；所述体感交互学习行为智能处理模块和体感行为与学习资源数据库集成在所述PC主机内；所述PC主机分别与所述体感捕捉与追踪组件、交互显示屏及音箱连接；PC主机与体感交互学习行为智能处理模块、体感行为与学习资源数据库双向连接。

【技术特征摘要】
1.儿童体感交互式学习系统，其特征在于，包括体感捕捉与追踪组件、体感交互学习行为智能处理模块、体感行为与学习资源数据库、PC主机、交互显示屏、音箱； 所述体感交互学习行为智能处理模块和体感行为与学习资源数据库集成在所述PC主机内； 所述PC主机分别与所述体感捕捉与追踪组件、交互显示屏及音箱连接；PC主机与体感交互学习行为智能处理模块、体感行为与学习资源数据库双向连接。2.如权利要求1所述的儿童体感交互式学习系统，其特征在于，所述体感捕捉与追踪组件为儿童体感捕捉与追踪硬件集成，体感捕捉与追踪组件内包含有红外雷射光发送器、红外摄像头、3D景深摄像头及2只麦克风，用于捕捉儿童学习中的体态交互行为和思维数据； 所述体感交互学习行为智能处理模块为内含算法的儿童体感捕捉与追踪的应用软件，体感交互学习行为智能处理模块内包含有体态行为智能分析与处理模块、语音特征智能分析与处理模块、交互行为综合处理与智能关联模块；体态行为智能分析与处理模块、语音特征智能分析与处理模块均与交互行为综合处理与智能关联模块双向连接；交互行为综合处理与智能关联模块分别与体态行为智能分析与处理模块及体感行为与学习资源数据库中的儿童体感行为数据库匹配后形成体态交互关联模型；交互行为综合处理与智能关联模块分别与语音特征智能分析与处理模块及儿童学习资源数据库匹配后形成语音交互关联模型； 所述体感行为与学习资源数据库为儿童体感交互学习行为数据库与根据儿童生理、心理行为和认知特点而精选的多媒体科普百科知识资源库，包含有儿童体感行为数据库、儿童学习资源数据库，用于体感交互学习行为智能处理模块构建关联模型时提供儿童交互学习行为数据和学习对象。3.如权利要求1所述的儿童体感交互式学习系统，其特征在于，所述PC主机具有儿童体感交互学习功能,体感交互学 习行为智能处理模块和体感行为与学习资源数据库集成在所述PC主机内，儿童体感行为数据库包含有儿童体态行为和语音特征数据；儿童学习资源数据库包含有根据儿童的学习需要设计与开发的基于面向对象技术的体感交互式学习软件资源包。4.使用如权利要求1-3任一项所述儿童体感交互式学习系统进行学习的方法，其特征在于，包括如下步骤:先启动PC主机一启动交互显示屏一启动音箱一启动体感捕捉与追踪组件一启动体感交互学习行为智能处理模块一启动体感行为与学习资源数据库，儿童通过交互显示屏登陆，进入儿童学习资源数据库中的基于面向对象技术的体感交互式学习软件资源包，根据自己需要进行体感交互式学习。5.如权利要求4所述的使用儿童体感交互式学习系统进行学习的方法，其特征在于，所述儿童学习资源数据库中的基于面向对象技术的体感交互式学习软件资源包，包括根据儿童的学习需要设计与开发的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇帆，李里程，
申请(专利权)人：湖南第一师范学院，李勇帆，李里程，
类型：发明
国别省市：