一种数学模型教具的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种数学模型教具，上面板上设置有算盘，算盘的右端设置有铁板面，铁板面的上端设置有挂钩；下面板与上面板通过销轴活动连接，下面板的右端设置有电源插口，电源插口下侧设置有USB插口，下面板的上端设置有显示屏，显示屏的左侧设置有第一凹槽，第一凹槽的左侧设置有第二凹槽，显示屏的有上端设置有电源开关。本发明提供的数学模型教具可直观的操作算盘，熟悉算盘的使用，也可通过显示屏观看有关数学的学习资料，同时第一凹槽与第二凹槽内的磁铁可以用来吸附到上面板的铁板面上，用来计算简单的数学运算。该数学模型教具结构简单，容易引发学生们的学习兴趣。
【专利说明】
一种数学模型教具
技术领域
[0001] 本发明属于教学用具领域，尤其涉及一种数学模型教具。
【背景技术】
[0002] 数学教学内容，一部分学生感到难懂、难学，教师教了很多遍但还是不懂，其原因 可能很多种，但最重要的是数学的抽象性，教学模型的使用让数学知识更加直观、形象，同 时也可以提高学生们的学习兴趣和动手能力，可以把学生从纯理论解题的思维中解放出 来。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种数学模型教具，旨在解决教师教了很多遍但还是不 懂，其原因可能很多种，但最重要的是数学的抽象性的的问题。
[0004] 本发明是这样实现的，一种数学模型教具，该数学模型教具包括:上面板、算盘、挂 钩、电源开关、电源插口、USB插口、显示屏、第一凹槽、第二凹槽、下面板；
[0005] 上面板上设置有算盘，算盘的右端设置有铁板面，铁板面的上端设置有挂钩;下面 板与上面板通过销轴活动连接，下面板的右端设置有电源插口，电源插口下侧设置有USB插 口，下面板的上端设置有显示屏，显示屏的左侧设置有第一凹槽，第一凹槽的左侧设置有第 二凹槽，显示屏的有上端设置有电源开关。
[0006] 本发明的另一目的在于提供的第一凹槽内部设置有黑色的磁铁。
[0007] 本发明的另一目的在于提供的第二凹槽内部设置有白色的磁铁。
[0008] 数学模型教具，其特征在于，所述数学模型教具包括:上面板、算盘、挂钩、电源开 关、电源插口、USB插口、显示屏、第一凹槽、第二凹槽、下面板；
[0009] 上面板上设置有算盘，算盘的右端设置有铁板面，铁板面的上端设置有挂钩;下面 板与上面板通过销轴活动连接，下面板的右端设置有电源插口，电源插口下侧设置有USB插 口，下面板的上端设置有显示屏，显示屏的左侧设置有第一凹槽，第一凹槽的左侧设置有第 二凹槽，显示屏的有上端设置有电源开关；
[0010] 所述的第一凹槽内部设置有黑色的磁铁；
[0011] 所述的第二凹槽内部设置有白色的磁铁；
[0012] 所述显示屏通过视频线与计算机连接，所述计算机内部设置有图像处理器。
[0013] 进一步，所述图像处理器设置有集成立体图像单元，所述集成立体图像单元的图 像处理方法包括：
[0014] (1)通过计算机生成三维场景信息；
[0015] (2)设定虚拟的微透镜光学参数；
[0016] (3)将三维场景信息从局域坐标转到世界坐标；
[0017] 把物体上移动变量用矢量ΔΡ表示：
[0018] ρ7 =ρ+ΛΡ；
[0019]在此，P'为转换之后的点，P为原点，Δ p为移动矢量，依据坐标关系，p(X，y)和P' (V，yy之间存在以下关系： {λγ=χ+Δχ , .： y=7+4^
[0021 ]等式中，△ x和△ y为沿着x和y方向的移动变量；
[0022]根据齐次坐标，一个点成为一个列向量，其单位为1，对三维坐标系统，写成以下齐 次坐标矩阵形式： 1 0 0 0 X ? 0 1 0 0 j
[0023] ' = ； Z 0 0 1 0 Z 1 .Δχ 却 1 1.
[0024] 等式中，Δχ、Ay、ΔΖ为移动矢量Δρ( Δχ，Ay，ΔΖ)的坐标变量；
[0025]依据尺度变换定义，对3D系统，齐次坐标表示如下： X1 1/ Δχ 0 0 Οχ y 0 1 ：/ Ay 0 Ο y
[0026] = ' ?! Ο Ο 1/Δζ Ο ζ ； _1」L Ο Ο Ο l」Ll_
[0027] Δχ，Ay，ΔΖ代表Χ，Υ，Ζ方向的尺度系数；
[0028]依据旋转角度和轴向及ρ点的坐标，pi点的坐标如下： αη α?2 αη Ο χ j/ α 2[ α12 α η Ο ν .
[0029] .' :， ζ αΜ α-?? Ο ζ _1」|_0 Ο Ο
[0030]公式中ain33为旋转矩阵系数；
[0031] 对于任意一个向量Q = qii+q2j+q3k，单位向量如下定义：
，其中 \0\ ='狀+(^ +读为向量幅度，i，J·，k为单位向量，因此：
[0033] 旋转矩阵： /?," ? (1 /?；2)cosΩ n{fu(\ cosT2) i n.sinll /?,/?；(l cosQ) l n.sinQ 0 " /7.//-Π -cosO)-//； sin Ω ;/-； f (1 - u~) cosΩ //-；/,(! -cosQ) -f- n. sin Ω 0
[0034] R= 1 。 ； ： 1 q/yl -cosi)) + /?，sin Ω /7,/7,(1 -cosil)-r n, sin￡2 //； - (1 - /i：)cosQ 0 0 0 0 1.J *
[0035] (4)依据虚拟微透镜相机和空间场景的位置，确定视点坐标;采用中心投影方法， 确认视点坐标、投影平面；
[0036] Zram为虚拟相机坐标，Zsurf为投射面位置，（X，Y，Z)和(XH 7 )分别为随意平面和 投影坐标面，根据三角形的相似性（ΔΡ〇Ζ_，八？1_￡2。_)，可得如下等式：
[0038] Zram为虚拟相机坐标，Zsurf为投射面位置，（Χ，Υ，Ζ)和(XH7 )分别为随意平面和 投影坐标面，到Ζ坐标轴，最终等式为：
[0040]按矩阵方式写的时候，上式变为：
[0042] (5)将虚拟3D目标进行转换成2D的变换，视点转换矩阵如下：
[0044]完成虚拟微透镜的集成立体图像的获取。
[0045] 进一步，所述显示器包括:显示面板、图像信号接收单元、图像处理单元、数据驱动 电路、扫描驱动电路、存储器和电源电路；
[0046] 所述的显示面板包括数据线和与所述数据线交叉的选通线；
[0047] 所述的图像信号接收单元用于接收外部的图像信号，并将接收到的图像信号传输 给所述图像处理单元；
[0048] 所述的图像处理单元用于估计图像数据的参差可能区域以及防止所估计的参差 可能区域的参差；图像处理单元被配置用于估计3D图像数据的参差可能区域以及防止所估 计的参差可能区域的参差；
[0049] 所述的数据驱动电路用于将接收自所述图像处理单元的所述图像数据转换成数 据电压并且将该数据电压输出到所述数据线；
[0050] 所述的扫描驱动电路用于按顺序向所述选通线输出与所述数据电压同步的扫描 脉冲；
[0051] 所述的存储器用于对所述图像处理单元处理的图像信息进行储存；
[0052] 所述的电源电路用于对所述图像处理单元提供持续的不间断电源；
[0053] 所述的电源电路包括:高频磁珠滤波电路、防电源反接电路、过电流保护电路、电 源指示灯电路；
[0054] 所述外接电源的输出端连接所述高频磁珠滤波电路的输入端，所述高频磁珠滤波 电路的输出端连接所述防电源反接电路的输入端，所述防电源反接电路的输出端连接所述 过电流保护电路的输入端，所述过电流保护电路的输出端连接所述电源指示灯电路的输入 端；
[0055]所述电源电路具体的连接为：
[0056]芯片1U1的1引脚连接到+5V电源上，电容C1与C2并联后连接在+5V电源与地之间， 同时芯片1U1的2引脚直接接地，芯片1U1的3引脚连接在电容C3与C122并联后的一端，另一 端接地，同时3引脚通过FBI、FB2与F1后连接到二极管D1的输出端，二极管D1的输入端接地， 同时连接到芯片J1的2引脚，芯片J1的1引脚连接到芯片K1的1引脚，芯片K1的2引脚连接到 二极管D1的输出端；芯片U3的1、3引脚间串联有电容C4，芯片U3的1引脚接地，芯片U3的3引 脚接到+5V电源，+5V电源通过电阻R2与发光二极管LED1后接地。
[0057]本发明提供的数学模型教具可直观的操作算盘，熟悉算盘的使用，也可通过显示 屏观看有关数学的学习资料，同时第一凹槽与第二凹槽内的磁铁可以用来吸附到上面板的 铁板面上，用来计算简单的数学运算。该数学模型教具结构简单，容易引发学生们的学习兴 趣。
【附图说明】
[0058]图1是本发明实施例提供的数学模型教具结构示意图；
[0059]图中：1、上面板;2、算盘;3、挂钩;4、电源开关;5、电源插口；6、USB插口；7、显示屏； 8、第一凹槽;9、第二凹槽;10、下面板。
【具体实施方式】
[0060]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。
[0061]下面结合附图1及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
[0062] 该数学模型教具包括:上面板1、算盘2、挂钩3、电源开关4、电源插口 5、USB插口6、 显示屏7、第一凹槽8、第二凹槽9、下面板10;
[0063]上面板1上设置有算盘2,算盘2的右端设置有铁板面，铁板面的上端设置有挂钩3; 下面板10与上面板1通过销轴活动连接，下面板10的右端设置有电源插口 5,电源插口 5下侧 设置有USB插口 6，下面板10的上端设置有显示屏7，显示屏7的左侧设置有第一凹槽8，第一 凹槽8的左侧设置有第二凹槽9,显示屏7的有上端设置有电源开关4。
[0064] 本发明的另一目的在于提供的第一凹槽8内部设置有黑色的磁铁。
[0065] 本发明的另一目的在于提供的第二凹槽9内部设置有白色的磁铁。
[0066] 进一步，所述图像处理器设置有集成立体图像单元，所述集成立体图像单元的图 像处理方法包括：
[0067] (1)通过计算机生成三维场景信息；
[0068] (2)设定虚拟的微透镜光学参数；
[0069] (3)将三维场景信息从局域坐标转到世界坐标；
[0070] 把物体上移动变量用矢量ΔΡ表示：
[0071] ρ/=ρ+ΔΡ;
[0072] 在此，Ρ'为转换之后的点，Ρ为原点，Δρ为移动矢量，依据坐标关系，p(x，y)和Ρ' (V，yy之间存在以下关系： f Λ"二 χ+Δχ _ Wv
[0074] 等式中，Δ χ和Δ y为沿着χ和y方向的移动变量；
[0075] 根据齐次坐标，一个点成为一个列向量，其单位为1，对三维坐标系统，写成以下齐 次坐标矩阵形式： χ 1 0 0 0 χ / 0 1 0 0 y
[0076] = ； 0 0 1 ? ^ 1 ?χ Αζ 1 1
[0077] 等式中，Δχ、Ay、ΔΖ为移动矢量Δρ( Δχ，Ay，ΔΖ)的坐标变量；
[0078] 依据尺度变换定义，对3D系统，齐次坐标表示如下： V]「?/Λ? 0 0 〇?χ~ / 0 l/Δν Q Ον
[0079] 二 ' " ζ 0 0 1 / Δζ () ζ t 1」L 0 0 ο l」Ll_
[0080] Δχ，Ay，ΔΖ代表Χ，Υ，Ζ方向的尺度系数；
[0081] 依据旋转角度和轴向及p点的坐标，pi点的坐标如下： ￡ an a]2 a u 0 x vr ari a" a r 0 y ,
[0082] = 一 ' z1 aM an a33 0 z 1」0 0 1.11
[0083] 公式中air-a33为旋转矩阵系数；
[0084] 对于任意一个向量Q = qii+q2j+q3k，单位向量如下定义： ，:其中 |β卜士t2+g+g为向量幅度，i，j，k为单位向量，因此：
[0086] 旋转矩阵：
[0087] n[ -h(l -/i^jcosn //,/?. (I - cos Ω) - n, s i η Ω /7,/7,(1 -cosQ) + n2 sinTl 0 /?,;/, (1 - cos￡"i)-;?, sin Ω n1, -l· (1 -/?;)cosQ /7,/7,(1-cos Ω)π- n, sinQ 0 R = · ， ^ 、 0. /7,/7,(1 - cosQ) + /7, sin Ω /7-,//,(1 -cosO) + n, sin.Q n： -l· (i -/?^)cosQ 0 0 Q 0 Ij ;
[0088] (4)依据虚拟微透镜相机和空间场景的位置，确定视点坐标;采用中心投影方法， 确认视点坐标、投影平面；
[0089] 为虚拟相机坐标，Zsurf为投射面位置，（X，Y，Z)和(XHJ分别为随意平面和 投影坐标面，根据三角形的相似性（ΔΡ〇Ζ_，APlsurfZg)，可得如下等式：
[0091] Zram为虚拟相机坐标，Zsurf为投射面位置，（X，Y，Z)和(XH 7 )分别为随意平面和 投影坐标面，到Ζ坐标轴，最终等式为：
[0093]按矩阵方式写的时候，上式变为：
[0095] (5)将虚拟3D目标进行转换成2D的变换，视点转换矩阵如下：
[0097]完成虚拟微透镜的集成立体图像的获取。
[0098] 进一步，所述显示器包括:显示面板、图像信号接收单元、图像处理单元、数据驱动 电路、扫描驱动电路、存储器和电源电路；
[0099] 所述的显示面板包括数据线和与所述数据线交叉的选通线；
[0100] 所述的图像信号接收单元用于接收外部的图像信号，并将接收到的图像信号传输 给所述图像处理单元；
[0101] 所述的图像处理单元用于估计图像数据的参差可能区域以及防止所估计的参差 可能区域的参差；图像处理单元被配置用于估计3D图像数据的参差可能区域以及防止所估 计的参差可能区域的参差；
[0102] 所述的数据驱动电路用于将接收自所述图像处理单元的所述图像数据转换成数 据电压并且将该数据电压输出到所述数据线；
[0103] 所述的扫描驱动电路用于按顺序向所述选通线输出与所述数据电压同步的扫描 脉冲；
[0104] 所述的存储器用于对所述图像处理单元处理的图像信息进行储存；
[0105] 所述的电源电路用于对所述图像处理单元提供持续的不间断电源；
[0106] 所述的电源电路包括:高频磁珠滤波电路、防电源反接电路、过电流保护电路、电 源指示灯电路；
[0107] 所述外接电源的输出端连接所述高频磁珠滤波电路的输入端，所述高频磁珠滤波 电路的输出端连接所述防电源反接电路的输入端，所述防电源反接电路的输出端连接所述 过电流保护电路的输入端，所述过电流保护电路的输出端连接所述电源指示灯电路的输入 端；
[0108] 所述电源电路具体的连接为：
[0109] 芯片1U1的1引脚连接到+5V电源上，电容Cl与C2并联后连接在+5V电源与地之间， 同时芯片1U1的2引脚直接接地，芯片1U1的3引脚连接在电容C3与C122并联后的一端，另一 端接地，同时3引脚通过FBI、FB2与F1后连接到二极管D1的输出端，二极管D1的输入端接地， 同时连接到芯片J1的2引脚，芯片J1的1引脚连接到芯片K1的1引脚，芯片K1的2引脚连接到 二极管D1的输出端；芯片U3的1、3引脚间串联有电容C4，芯片U3的1引脚接地，芯片U3的3引 脚接到+5V电源，+5V电源通过电阻R2与发光二极管LED1后接地。
[0110] 学生们可以通过USB插口 6将有关数学教学的资料拷贝到系统内部，通过下面板10 的显示屏7显示出来，普通的计算可以通过使用第一凹槽8内的黑色的磁铁与第二凹槽9内 的白色的磁铁吸附到上面板1的铁板面进行数数计算，上面板1上的挂钩3可以用来悬挂记 事本，用来书写有关的计算过程和方法，还可以通过上面板1的算盘2提高自己对算盘2的认 识和使用能力。
[0111] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种数学模型教具，其特征在于，所述数学模型教具包括:上面板、算盘、挂钩、电源 开关、电源插口、USB插口、显示屏、第一凹槽、第二凹槽、下面板； 上面板上设置有算盘，算盘的右端设置有铁板面，铁板面的上端设置有挂钩;下面板与 上面板通过销轴活动连接，下面板的右端设置有电源插口，电源插口下侧设置有USB插口， 下面板的上端设置有显示屏，显示屏的左侧设置有第一凹槽，第一凹槽的左侧设置有第二 凹槽，显示屏的有上端设置有电源开关； 所述的第一凹槽内部设置有黑色的磁铁； 所述的第二凹槽内部设置有白色的磁铁； 所述显示屏通过视频线与计算机连接，所述计算机内部设置有图像处理器。2. 如权利要求1所述的数学模型教具，其特征在于，所述图像处理器设置有集成立体图 像单元，所述集成立体图像单元的图像处理方法包括： (1) 通过计算机生成Ξ维场景信息； (2) 设定虚拟的微透镜光学参数； (3) 将Ξ维场景信息从局域坐标转到世界坐标； 把物体上移动变量用矢量A P表示： P' =Ρ+ΛΡ; 在此，Ρ/为转换之后的点，Ρ为原点，Αρ为移动矢量，依据坐标关系，p(x，y)和ρ/(χ/， /)之间存在W下关系：等式中，Δ X和Δ y为沿着X和y方向的移动变量； 根据齐次坐标，一个点成为一个列向量，其单位为1，对Ξ维坐标系统，写成W下齐次 坐标矩阵形式：等式中，Δχ、Δγ、Az为移动矢量Δρ(Δχ，Ay, Δζ)的坐标变量； 依据尺度变换定义，对3D系统，齐次坐标表示如下：Δχ，Ay, Αζ代表Χ，Υ，Ζ方向的尺度系数； 依据旋转角度和轴向及Ρ点的坐标，Ρ1点的坐标如下：公式中ail·· ·333为旋转矩阵系数； Q 对于任意一个向量Q = qii + q2j + q3k，单位向量如下定义：心=·^，·其中为向量幅度，i，j，k为单位向量，因此：(4)依据虚拟微透镜相机和空间场景的位置，确定视点坐标;采用中屯、投影方法，确认 视点坐标、投影平面； Zcam为虚拟相机坐标，Zsurf为投射面位置，（Χ，Υ，Ζ)和(χ/γ/Ζ/)分别为随意平面和投影坐 标面，根据Ξ角形的相似性（Δ POZcam，Δ ρ/ ZsurfZcam)，可得如下等式：Zcam为虚拟相机坐标，Zsurf为投射面位置，（Χ，Υ，Ζ)和(Χ/Υ/Ζ/)分别为随意平面和投影坐 标面，到Ζ坐标轴，最终等式为：按矩阵方式写的时候，上式变为：完成虚拟微透镜的集成立体图像的获取。3.如权利要求1所述的数学模型教具，其特征在于，所述显示器包括:显示面板、图像信 号接收单元、图像处理单元、数据驱动电路、扫描驱动电路、存储器和电源电路； 所述的显示面板包括数据线和与所述数据线交叉的选通线； 所述的图像信号接收单元用于接收外部的图像信号，并将接收到的图像信号传输给所 述图像处理单元； 所述的图像处理单元用于估计图像数据的参差可能区域W及防止所估计的参差可能 区域的参差；图像处理单元被配置用于估计3D图像数据的参差可能区域W及防止所估计的 参差可能区域的参差； 所述的数据驱动电路用于将接收自所述图像处理单元的所述图像数据转换成数据电 压并且将该数据电压输出到所述数据线； 所述的扫描驱动电路用于按顺序向所述选通线输出与所述数据电压同步的扫描脉冲； 所述的存储器用于对所述图像处理单元处理的图像信息进行储存； 所述的电源电路用于对所述图像处理单元提供持续的不间断电源； 所述的电源电路包括:高频磁珠滤波电路、防电源反接电路、过电流保护电路、电源指 示灯电路； 所述外接电源的输出端连接所述高频磁珠滤波电路的输入端，所述高频磁珠滤波电路 的输出端连接所述防电源反接电路的输入端，所述防电源反接电路的输出端连接所述过电 流保护电路的输入端，所述过电流保护电路的输出端连接所述电源指示灯电路的输入端； 所述电源电路具体的连接为： 忍片1U1的1引脚连接到巧V电源上，电容C1与C2并联后连接在巧V电源与地之间，同时 忍片1U1的2引脚直接接地，忍片1U1的3引脚连接在电容C3与C122并联后的一端，另一端接 地，同时3引脚通过FBUFB2与FI后连接到二极管D1的输出端，二极管D1的输入端接地，同时 连接到忍片J1的巧侧，忍片J1的1引脚连接到忍片K1的1引脚，忍片K1的巧I脚连接到二极 管D1的输出端;忍片U3的1、3引脚间串联有电容C4，忍片U3的1引脚接地，忍片U3的3引脚接 到巧V电源，+5V电源通过电阻R2与发光二极管LED1后接地。
【文档编号】G09B23/02GK106097838SQ201610489563
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月28日
【发明人】李心妍
【申请人】李心妍