一种高准确度组合式立体几何数学教学仪

1.本发明属于教学技术领域，尤其涉及一种高准确度组合式立体几何数学教学仪


背景技术：

2.目前，高等数学在教学过程中主要注重培养学生对数学空间思维的培养，这种思维的培养十分注重学生对高等数学抽象公式背后所具有的感性认知，在高中数学的几何教学中，常常涉及多面体的立体显示，但由于缺乏必需的显示教具，只能依靠在黑板上绘制的方法来显示立体多面体，不仅绘制麻烦，而且直观性较差，给几何教学增加了难度，降低了教学质量，对于复杂抽象的数学方程很难表现具体的几何形态。但是，现有的教学工具较为落后，随着科学技术和视频效果的不断进步，三维立体成像技术发展迅速，现有的教学道具也要随着科技的进步不断进步。
3.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有计算机教学过程中产生的数学方程几何形态仍然不具有较强的感官感受，对于一些复杂的几何体只能通过老师的讲解和平面绘图引导学生认知。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高准确度组合式立体几何数学教学仪。
5.本发明是这样实现的，一种高准确度组合式立体几何数学教学仪，所述高准确度组合式立体几何数学教学仪设置有：基础模块、成像模块、信息通信模块、图像处理模块、关联模块以及配套设施。
6.其中，所述基础模块有底座、四个激光成像头、净化水瓶以及雾化喷头；所述底座通过手柄连接垂头，在垂头底面中心处通过螺栓安装雾化喷头，所述垂头边缘有凹槽，激光成像头通过旋转基座安装在凹槽内；
7.所述图像处理模块设置有触摸屏，触摸屏连接视频处理器的5号针脚，通过视频处理器的2号3号针脚连接单片机，通过触摸屏控制成像的角度；
8.其中，所述通过触摸屏控制成像的角度，包括：
9.获取用户成像指令并发送至中央处理器单片机；中央处理器单片机根据成像指令产生红外光信号并将该信号照射到所述激光成像头上进行成像；
10.利用中央处理器单片机对产生的红外光进行成像，并得到像点的坐标；
11.根据在所述激光成像头上成像坐标计算需要补偿的角度零位(α,β)，以该补偿的角度零位对所述激光成像头的角度零位进行补偿，实现成像角度的标定；
12.其中，所述需要补偿的角度零位(α,β)的计算公式如下：
13.[0014][0015]
其中，a
×
b是所述的待标定激光成像头的视场，a
×
b是视场对应的像素数，(x,y)是像点的成像坐标；
[0016]
所述关联模块单片机与控制画笔关联，通过触摸笔的运动轨迹和按键在三维图上插入几何图形；其中，所述在三维图上插入几何图形的方法，包括：
[0017]
选择需要插入图形元素的图形，并计算所选择图形的包围集；
[0018]
输入待插入图形元素的个数n，对所选择图形的包围集的外轮廓进行偏移处理，得到一个新的图形包围集的外轮廓；
[0019]
从新的图形包围集的外轮廓上选取不同组合的n个坐标点；依次以不同组合的n个坐标点为圆心绘制圆形，作为待插入的图形元素的插入位置；在用户确认的插入位置上绘制待插入的图形元素。
[0020]
进一步，所述底座内部有中央处理器单片机，所述单片机串行接口连接雾化喷头开关和旋转底座，所述净化水瓶通过螺纹安装在底座，并通过软管连接雾化喷头。
[0021]
进一步，所述单片机有无线通信模块，通过局域网络连接教室内的一体机，通过两者之间的数据传输通道将一体机显示的三维平面图通过激光显示。
[0022]
进一步，所述图像处理方法，包括对获取的图像进行图像去噪增强处理、灰度化处理、去冗余处理以及图像归一化处理，并使用优化对象将归一化处理后的图像数据转换成符合用途的最佳图像数据格式；同时采用对象中相同的方法来执行所有图像对象的产生，状态的设定和改变。
[0023]
进一步，所述底座还包括安装支架，所述安装支架设置在激光成像头的光路上，且所述安装支架安装孔的轴心与所述激光成像头的光轴重合，用于安装激光成像头。
[0024]
进一步，利用非均等处理方法获取不同组合的n个坐标点，包括：
[0025]
计算坐标轴与新的图形包围集的外轮廓的交点，根据所选择图形的长度与宽度的乘积大小，将所述交点沿坐标轴平移获取不同的平移点；
[0026]
从新的图形包围集的外轮廓的所有顶点、坐标轴与新的图形包围集的外轮廓的交点和所述平移点中选取不同组合n个坐标点。
[0027]
进一步，所述配套设施有遥控器，利用单片机的无线通道，通过按下遥控器上对应的按键改变三维图像的颜色和大小。
[0028]
本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以应用所述的高准确度组合式立体几何数学教学仪。
[0029]
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机应用所述的高准确度组合式立体几何数学教学仪。
[0030]
本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现所述的高准确度组合式立体几何数学教学仪。
[0031]
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的高准确度组合式立体几何数学教学仪，通过基础模块的四个激光成像头和雾化喷头，可以显示出三维立体图；经过底座内部的单片机，单片机串行接口连接雾化喷头开关和旋转底座，
净化水瓶通过螺纹安装在底座，并通过软管连接雾化喷头，控制成像的效果。
[0032]
本发明利用单片机有无线通信模块，通过局域网络连接教室内的一体机，通过两者之间的数据传输通道将一体机显示的三维平面图通过激光显示，使得三维立体图更加的智能和明显。
[0033]
同时，本发明通过单片机和三维成像技术使得平面三维图经过计算和建模，通过激光和雾化的空气展示成三维立体图，解决了原有的通过平面教学三维空间知识与图形的问题，同时解决了现有的教学道具不具智能化的问题。
附图说明
[0034]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0035]
图1是本发明实施例提供的高准确度组合式立体几何数学教学仪示意图。
[0036]
图2是本发明实施例提供的激光头示意图。
[0037]
图3是本发明实施例提供的雾化喷头示意图。
[0038]
图4是本发明实施例提供的通过触摸屏控制成像角度的方法流程图。
[0039]
图5是本发明实施例提供的在三维图上插入几何图形的方法流程图。
[0040]
图中：1、底座；2、手柄；3、垂头；4、旋转基座；5、激光头；6、旋转块；7、水平滑块；8、雾化喷头。
具体实施方式
[0041]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0042]
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高准确度组合式立体几何数学教学仪，下面结合附图对本发明作详细的描述。
[0043]
如图1～图3所示，本发明实施例提供的几何数学教学仪设置有：底座1、手柄2、垂头3、旋转基座4、激光头5、旋转块6、水平滑块7、雾化喷头8。其中，底座1通过手柄2连接垂头，在垂头3底面中心处通过螺栓安装雾化喷头8，所述垂3头边缘有凹槽，激光成像头通过旋转基座安装在凹槽内，旋转基座4由水平滑块7和旋转块6组成，激光头5安装在旋转基座4上。
[0044]
本发明实施例提供的基础模块有底座、四个激光成像头、净化水瓶以及雾化喷头；所述底座通过手柄连接垂头，在垂头底面中心处通过螺栓安装雾化喷头，所述垂头边缘有凹槽，激光成像头通过旋转基座安装在凹槽内；
[0045]
本发明实施例提供的图像处理模块设置有触摸屏，触摸屏连接视频处理器的5号针脚，通过视频处理器的2号3号针脚连接单片机，通过触摸屏控制成像的角度。
[0046]
本发明实施例提供的图像处理方法，包括对获取的图像进行图像去噪增强处理、灰度化处理、去冗余处理以及图像归一化处理，并使用优化对象将归一化处理后的图像数
据转换成符合用途的最佳图像数据格式；同时采用对象中相同的方法来执行所有图像对象的产生，状态的设定和改变。
[0047]
如图4所示，本发明实施例提供的通过触摸屏控制成像的角度，包括：
[0048]
s101，获取用户成像指令并发送至中央处理器单片机；中央处理器单片机根据成像指令产生红外光信号并将该信号照射到所述激光成像头上进行成像；
[0049]
s102，利用中央处理器单片机对产生的红外光进行成像，得到像点的坐标；
[0050]
s103，根据在所述激光成像头上成像坐标计算需要补偿的角度零位(α,β)，以该补偿的角度零位对所述激光成像头的角度零位进行补偿，实现成像角度的标定。
[0051]
本发明实施例提供的需要补偿的角度零位(α,β)的计算公式如下：
[0052][0053][0054]
其中，a
×
b是所述的待标定激光成像头的视场，a
×
b是视场对应的像素数，(x,y)是像点的成像坐标；
[0055]
本发明实施例提供的关联模块单片机与控制画笔关联，通过触摸笔的运动轨迹和按键在三维图上插入几何图形。
[0056]
如图5所示，本发明实施例提供的在三维图上插入几何图形的方法，包括：
[0057]
s201，选择需要插入图形元素的图形，并计算所选择图形的包围集；
[0058]
s202，输入待插入图形元素的个数n，对所选择图形的包围集的外轮廓进行偏移处理，得到一个新的图形包围集的外轮廓；
[0059]
s203，从新的图形包围集的外轮廓上选取不同组合的n个坐标点；依次以不同组合的n个坐标点为圆心绘制圆形，作为待插入的图形元素的插入位置；在用户确认的插入位置上绘制待插入的图形元素。
[0060]
本发明实施例提供的利用非均等处理方法获取不同组合的n个坐标点为：计算坐标轴与新的图形包围集的外轮廓的交点，根据所选择图形的长度与宽度的乘积大小，将所述交点沿坐标轴平移获取不同的平移点；
[0061]
从新的图形包围集的外轮廓的所有顶点、坐标轴与新的图形包围集的外轮廓的交点和所述平移点中选取不同组合n个坐标点。
[0062]
本发明实施例提供的底座内部有中央处理器单片机，所述单片机串行接口连接雾化喷头开关和旋转底座，所述净化水瓶通过螺纹安装在底座，并通过软管连接雾化喷头。
[0063]
本发明实施例提供的单片机有无线通信模块，通过局域网络连接教室内的一体机，通过两者之间的数据传输通道将一体机显示的三维平面图通过激光显示。
[0064]
本发明实施例提供的底座还包括安装支架，所述安装支架设置在激光成像头的光路上，且所述安装支架安装孔的轴心与所述激光成像头的光轴重合，用于安装激光成像头。
[0065]
本发明实施例提供的配套设施有遥控器，利用单片机的无线通道，通过按下遥控器上对应的按键改变三维图像的颜色和大小。
[0066]
工作原理部分：本发明通过单片机无线通信模块将各个渠道的数据发送到单片机，通过单片机控制旋转块6和水平块7的角度调整好激光头5，通过雾化喷头8喷出雾气，将
三维立体图显示。
[0067]
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0068]
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(dsl)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘solid state disk(ssd))等。
[0069]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。