一种魔方、魔方教学系统以及魔方教学方法与流程

本发明涉及智慧教育技术领域，尤其涉及一种基于增强现实技术的魔方教学系统和魔方教学方法。

背景技术：

增强现实技术(augmentedreality，简称ar)，是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像、视频、3d模型的技术，这种技术将虚拟场景和现实场景相结合，即将虚拟信息应用于真实世界中，即真实场景和虚拟信息实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在，从而使虚拟信息能够被人类感官所感知，因此达到超越现实的感官体验。这种技术1990年提出。随着随身电子产品cpu运算能力的提升，预期增强现实的用途将会越来越广。

魔方是由多个小方块(也称为拼块)构成的智能玩具。魔方具有多个面，在魔方复原状态下，魔方同一个面的各个小方块的色彩信息一致，使得魔方各个面呈现单一的颜色，且不同面的颜色不同。

通过旋转魔方可以改变魔方中部分小方块的相对位置，从而使得处于魔方同一个面的各个小方块的面上所呈现的颜色不同。当然，通过不断旋转魔方，还可以将魔方复原，即将魔方中各个面的颜色恢复为魔方复原状态。

将魔方复原的过程不仅是一种玩具和休闲放松的方式，还是一种体育竞技模式，通过具有挑战性的竞速、单手、脚拧、盲拧魔方等玩法，使越来越多的人开始关注魔方。

将魔方复原的过程有以下七种优点：

第一点：将魔方复原的过程中，魔方会有多种变化，需要用眼睛去观察、辨别每一块拼块的位置，从而可以做到锻炼眼力的优点；

第二点：将魔方复原的过程中，可能会出现魔方无法按照原定的步骤进行复原，甚至可能因为手忙脚乱导致魔方复原频频出错，此时需要足够的耐心将打乱步骤的魔方进行复原，从而可以做到锻炼耐心的优点；

第三点：将魔方复原的过程中，需要使用者双手并用，从而可以做到锻炼手的灵活性和协调能力；

第四点：将魔方复原的过程中，需要对魔方公式和/或魔方各个拼块的位置进行记忆，从而可以做到锻炼记忆力的优点；

第五点：将魔方复原的过程中，需要对魔方各个拼块如何复原到魔方复原位置进行空间判断，从而可以做到锻炼空间判断能力的优点；

第六点：将魔方复原的过程中，使用者一直专注于如何将魔方复原，从而可以做到锻炼专注力的优点；

第七点：将魔方复原的过程中，使用者总是希望能尽快将魔方复原，从而可以做到断粮反应速度的作用。

因此，魔方可以提高手眼脑协调度、记忆力、专注力、反应能力，锻炼使用者的空间想象力和空间思维能力，方便使用者在魔方复原过程中建立坐标系，从而增加使用者对数学，尤其是几何学的兴趣。

由此可见，学习如何将魔方复原是非常有必要的。

而传统的魔方指导通常通过魔方的指导老师一对一或一对多对使用者进行魔方复原指导，但人工教学的方式往往出现名师少，学习时间不充裕的缺点，而且经常要使用者在固定的时间亲自到固定的地点进行学习，从而不能做到自由学习，而且学习精力和学习价格消耗过大。

现有技术中的网络教学，又无法亲自指导使用者的魔方复原步骤，使用者只能通过观看视频来学习固定的魔方复原步骤，因此无法针对使用者的复原步骤进行指导，互动性和教学质量差。

申请号为201810050821.4的发明，提供一种近眼可透视头显光学系统，包括第一透镜、第二透镜和一个微型图像显示器，第一透镜与第二透镜皆与微型图像显示器贴合，且第一透镜与第二透镜皆为均厚的自由曲面透镜。藉由本发明所提供的近眼可透视头显光学系统架构，除了可以减少光在此光学系统架构中折射的次数外，还可以消除微型图像显示器所发出的光在各个方向的像差，使其在各个方向与角度看影像不会造成像差。

申请号为201821172477.8的实用新型，在上述光学系统的基础上提供一ar显示设备，其中所述ar显示设备包括至少一个显示/投影器和至少一个光学装置，实像通过所述光学装置构建，虚像通过所述显示/投影器在所述光学装置中构建，所述实像和虚像结合出现在同一视场中，其中所述光学装置包括至少一个主透镜以及至少一个自由曲面透镜，所述自由曲面透镜，用于反射所述显示/投影器投射出的影像；所述主透镜，用于再次反射所述显示/投影器投射出的影像。该ar设备能够做到大视角、小体积、轻重量，佩戴使用者能够有沉浸式ar的体验感。

申请号为201810994555.0的发明，进一步在前述ar显示设备的基础上提供了一头戴式虚实交互装置和虚实交互方法，其中所述头戴式虚实交互装置包括头戴ar显示设备，用于通过在所述头戴ar显示设备的视场中至少显示3d虚拟影像；和虚实交互器，用于获取穿戴所述头戴ar显示设备者的行为动作或者控制指令，并根据所述行为动作或者控制指令而改变或者控制所述3d虚拟影像的内容。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种旨在实现魔方教学的可控性和增加魔方的趣味性的魔方和魔方教学系统及其魔方教学方法。

具体技术方案如下：

一种魔方，包括相互拼装的多个拼块，其中，

魔方内部设置有拼块位置感应装置，拼块位置感应装置用于实时获取魔方的各个拼块的位置信息和朝向信息。

优选的，魔方，其中，拼块包括多个中心拼块、多个角拼块和多个棱拼块，拼块位置感应装置包括多个中心拼块位置感应装置、多个角拼块位置感应装置和多个棱拼块位置感应装置；

中心拼块和中心拼块位置感应装置一一对应连接，中心拼块位置感应装置用于感应中心拼块的位置信息和朝向信息；

角拼块和角拼块位置感应装置一一对应连接，角拼块位置感应装置用于感应角拼块的位置信息和朝向信息；

棱拼块和棱拼块位置感应装置一一对应连接，棱拼块位置感应装置用于感应棱拼块的位置信息和朝向信息。

优选的，魔方，其中，拼块位置感应装置包括角速度传感器、陀螺仪和/或imu传感器，

角速度传感器，用于识别每个拼块的旋转角度，根据旋转角度计算拼块的位置信息和朝向信息；

陀螺仪或imu传感器，用于识别每个拼块的位置信息和朝向信息。

本发明创造还提供一种魔方教学系统，其中，至少包括一个ar显示设备，ar显示设备用于获取魔方的实时状态，并根据实时状态来提供魔方复原提示。

优选的，魔方教学系统，其中，ar显示设备包括：一跟踪模块和一提示模块；

跟踪模块，用于获取魔方的实时状态；

提示模块，用于根据实时状态来提供魔方复原提示。

优选的，魔方教学系统，其中，跟踪模块包括图像采集单元，图像采集单元，用于采集魔方每个面的图像，并根据魔方每个面的图像来识别魔方的实时状态。

优选的，魔方教学系统，其中，跟踪模块包括动作识别单元，动作识别单元，用于采集使用者操作魔方的手势，并根据手势来识别魔方的实时状态。

优选的，魔方教学系统，其中，还包括魔方信号传感器，魔方信号传感器，用于将获取的魔方的状态变化提供给跟踪模块。

优选的，魔方教学系统，其中，还包括存储器，存储器，用于存储魔方复原步骤数据库和/或魔方实时复原影像。

优选的，魔方教学系统，其中，提示模块包括查找单元，查找单元，用于根据实时状态从存储器的魔方复原步骤数据库中查找对应的魔方复原步骤。

优选的，魔方教学系统，其中，提示模块包括提示单元，提示单元包括显示屏或者投影镜头，提示模块将魔方复原提示通过显示屏或者投影镜头投影至ar显示设备的视场中。

优选的，魔方教学系统，其中，提示单元还包括一扬声器，扬声器，用于播放魔方复原提示的语音提示。

优选的，魔方教学系统，其中，还包括虚拟模块，虚拟模块包括：虚拟魔方拧转单元，

虚拟魔方拧转单元，用于建立虚拟魔方拧转提示。

优选的，魔方教学系统，其中，虚拟模块包括：寻边拟合单元，寻边拟合单元通过ar显示设备采集魔方的影像，将虚拟魔方拧转提示覆盖在魔方的影像上。

优选的，魔方教学系统，其中，魔方复原提示包括文字提示、语音提示、图片提示、影像提示、虚拟动画提示和/或交互动画提示。

本发明创造同时还提供一种魔方教学方法，其中，包括以下步骤：

步骤s1，ar显示设备获取魔方的实时状态；

步骤s2，ar显示设备根据实时状态来提供魔方的复原提示。

优选的，魔方教学方法，其中，步骤s1具体包括：

步骤s11，采集魔方每个面的图像；

步骤s12，根据魔方每个面的图像来识别魔方的实时状态。

优选的，魔方教学方法，其中，步骤s1具体包括：

步骤s13，获取魔方的初始状态；

步骤s14，采集使用者操作魔方的手势；

步骤s15，根据手势来推算魔方的实时状态。

优选的，魔方教学方法，其中，步骤s1具体包括：

步骤s16，获取虚拟魔方的状态变化；

步骤s17，根据虚拟魔方的状态变化来识别虚拟魔方的实时状态。

优选的，魔方教学方法，其中，步骤s2前包括：存储魔方复原步骤数据库；

步骤s2具体包括以下步骤：

步骤s21，根据实时状态从魔方复原步骤数据库中查找对应的魔方复原步骤；

步骤s22，根据查找对应的魔方复原步骤进行对应的魔方复原提示。

优选的，魔方教学方法，其中，步骤s22具体包括：

步骤s221，根据魔方复原步骤提供对应的魔方复原提示；

步骤s222，将对应的魔方复原提示投影至ar显示设备的视场中。

优选的，魔方教学方法，其中，步骤s22具体包括：

步骤s231，提供魔方复原提示的文字提示；

步骤s232，将文字提示投影至ar显示设备的视场中。

优选的，魔方教学方法，其中，步骤s22具体包括：

步骤s241，提供魔方复原提示的图案提示；

步骤s242，将图案提示投影至ar显示设备的视场中。

优选的，魔方教学方法，其中，步骤s22具体包括：

步骤s251，提供魔方复原提示的视频提示；

步骤s252，将视频提示投影至ar显示设备的视场中。

优选的，魔方教学方法，其中，步骤s22具体包括：

步骤s261，提供魔方复原提示的语音提示；

步骤s262，将语音提示通过扬声器进行播放。

优选的，魔方教学方法，其中，步骤s22具体包括：

步骤s271，提供魔方复原提示的动画提示；

步骤s272，将动画提示投影至ar显示设备的视场中。

优选的，魔方教学方法，其中，步骤s272具体包括：

步骤s2721，建立虚拟魔方拧转动画提示；

步骤s2722，将虚拟魔方拧转动画提示覆盖在采集的魔方影像之上。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：

(1)设置一个带有拼块位置感应装置的魔方，实现魔方主动传递拼块的位置信息和朝向信息，从而增加了魔方功能；

(2)采用ar显示设备实现随时随地进行魔方教学，实现了魔方教学的可控性和增加魔方的趣味性。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1为本发明魔方实施例的魔方与用户的相对面位置定义的结构示意图；

图2a-2f为本发明魔方实施例的第三层复原的顶层图案的结构示意图；

图3a为本发明魔方实施例的组成结构示意图；

图3b为本发明魔方实施例的内部结构示意图；

图3c为本发明魔方实施例的棱拼块的结构示意图；

图3d为本发明魔方实施例的角拼块的结构示意图；

图4a为本发明魔方教学系统的ar显示设备实施例的结构示意图1；

图4b为本发明魔方教学系统的ar显示设备实施例的结构示意图2；

图5a为本发明魔方教学系统实施例的组合示意图；

图5b为本发明魔方教学系统实施例的ar显示设备的结构示意图1；

图5c为本发明魔方教学系统实施例的ar显示设备的结构示意图2；

图5d为本发明魔方教学系统实施例的提示单元的结构示意图；

图6为本发明魔方教学方法实施例的主流程图；

图7a为本发明魔方教学方法实施例的步骤s1的流程图1；

图7b为本发明魔方教学方法实施例的步骤s1的流程图2；

图7c为本发明魔方教学方法实施例的步骤s1的流程图3；

图8为本发明魔方教学方法实施例的步骤s2的流程图；

图9a为本发明魔方教学方法实施例的步骤s22的流程图；

图9b为本发明魔方教学方法实施例的步骤s23的流程图；

图9c为本发明魔方教学方法实施例的步骤s24的流程图；

图9d为本发明魔方教学方法实施例的步骤s25的流程图；

图9e为本发明魔方教学方法实施例的步骤s26的流程图；

图9f为本发明魔方教学方法实施例的步骤s27的流程图；

图10为本发明魔方教学方法实施例的步骤s272的流程图。

附图标记：11-中心拼块，12-棱拼块，121-第一凸出连接部，13-角拼块，131-第二凸出连接部，2-轴心部件，21-轴柱，3-存储器，4-魔方，5-ar显示设备，51-跟踪模块，511-图像采集单元，512-动作识别单元，52-提示模块，521-查找单元，522-提示单元，5221-显示屏或者投影镜头，5222-扬声器，53-虚拟模块，531-虚拟魔方拧转单元，532-寻边拟合单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明提供一种魔方，包括相互拼装的多个拼块，在魔方4中每个拼块可以有多个面，每个拼块都有显露在魔方4外面表或者说处于魔方4外表面上的面，这些面通常带有颜色，在魔方复原状态下，即魔方4的每个面为单一颜色，同时各个面的颜色均不相同，此时处在魔方4同一个面上的每个拼块的面的颜色相同。

魔方4内部设置有拼块位置感应装置，拼块位置感应装置用于实时获取魔方4的各个拼块的位置信息和朝向信息。

进一步地，以三阶魔方为例，在上述实施例中，拼块包括多个中心拼块11、多个角拼块13和多个棱拼块12，进一步地，在优选的实施方式中，如图3a所示，可以采用常用的三阶魔方4作为本申请中魔方4设计的基础，三阶魔方4具有六个面，该魔方4六个面的颜色一般分别为白色、黄色、红色、橙色、蓝色和绿色，且每个面由9个拼块的面组成。三阶魔方4有26个拼块，其中，26个拼块中有6个拼块为中心拼块11，有8个拼块为角拼块13，有12个为棱拼块12。

如图3b所示，为了使三阶魔方4的26个拼块能够拼装在一起并维持每个拼块自由旋转，魔方4正中心设置可以有一个轴心部件2。在三阶魔方4中，该轴心部件2可以为一个中心转轴，该中心转轴包括三个相互交叉的轴，这三个相互交叉的轴的中间部位相互接合，形成中心转轴的轴连接体，同时每个轴包括两根处于同一直线上的两个轴柱21。

每个轴柱21的顶端可以设置有一个轴端头，该轴端头可以连接一个中心拼块11，从而使得6个中心拼块11分别连接中心转轴的6个轴柱21对应的6个轴端头上。

轴柱21与中心拼块11可以通过特定的连接方式可拆卸地相连。

例如，该轴端头可以设置为圆柱形，轴柱21的轴端头可以为一个圆柱形插头，而中心拼块11与中心转轴连接的一侧具有插槽，即中心拼块11朝向中心转轴连接的一侧具有插槽，通过这样设置就可以将轴端头插入到中心拼块11的插槽内，实现中心拼块11与轴柱21的可拆卸连接。

例如，该轴端头可以设置为圆柱形，轴柱21的轴端头可以为带有内螺纹的螺孔，而中心拼块11与中心转轴连接的一侧设置有和上述螺孔相适配的通孔，螺栓可以通过该通孔和该螺孔将中心拼块11与轴柱21连接。

需要说明的是，中心拼块11与轴柱21的可拆卸连接方式不限于上述两种。

通过将中心拼块11与中心转轴的轴柱21可拆卸连接方便使用者在对魔方4进行观察时，可以做到深入研究魔方4的组成结构，更有利于使用者学习如何复原魔方4。

通过将中心拼块11与中心转轴的轴柱21连接也可以实现中心拼块11随着连接该中心拼块11的对应的轴柱21的旋转而转动。

需要说明的是，随着轴心部件2的旋转带动轴柱21旋转，在该轴柱21带动与之关联的中心拼块11进行旋转的过程中，由于中心拼块11中与轴柱21相连的一端并不是属于一个平面，因此无论如何旋转，中心拼块11的内侧面被显露在魔方4的外表面上，其中每个中心拼块11只具有一个显露在魔方4外面表或者说处于魔方4外表面上的面。

如图3d所示，而8个角拼块13中的任意一个角拼块13都具有设置在角拼块13对角线的延伸线上的第二凸出连接部131，即在任意一个角拼块13的顶角上设置有第二凸出连接部131，通过该第二凸出连接部131可以将角拼块13和棱拼块12相互拼接在一起，其中每个角拼块13都设置在任一三个相近的棱拼块12之间，其中每个角拼块13都具有三个显露在魔方4外面表或者说处于魔方4外表面上的面，并且这三个面是相连的。

如图3c所示，同样的，12个棱拼块12中的任一一个拼块都具有一个设置在棱拼块12一条棱边上的第一凸出连接部121，通过该第一凸出连接部121可以将棱拼块12和中心拼块11相互拼接在一起，其中每个棱拼块12都设置在任一两个相近的中心拼块11之间，其中每个棱拼块12都具有两个显露在魔方4外面表或者说处于魔方4外表面上的面，并且这两个面是相连的。

进一步地，在具体的实施例中，三阶魔方4的“层先法”复原过程可以包括三部分：第一层复原、第二层复原和第三层复原。

第一层复原可以包括以下三步：

第一步，提醒用户以黄色中心块为目标，拧转出“黄心小花”，即黄色中心块组合四白色的棱拼块12，其中棱拼块12的另一面色需与魔方4四侧面的中心块颜色一致；(此步骤中，标定目标的坐标和四个白色棱拼块12的坐标，逐一提醒用户选择那个面，顺旋还是逆旋，旋转90/180/270/360角度)

第二步，提醒用户以白色中心块为目标，拧转出“白色十字”，即白色中心块组合四白色的棱拼块12，其中棱拼块12的另一面色需与魔方4四侧面的中心块颜色一致；(此步骤中，标定目标的坐标和四个白色棱拼块12的坐标，逐一提醒用户选择那个面，顺旋还是逆旋，旋转90/180/270/360角度)

第三步，提醒用户以“白色十字”为目标，拧转出白色层，其中角拼块13的另二面色需与其所在侧面的中心块颜色一致；(此步骤中，标定目标的坐标和四个白色角拼块13的坐标，逐一提醒用户选择那个面，顺旋还是逆旋，旋转90/180/270/360角度)

第二层复原实际上要复原的是4个棱拼块12包括以下三种情况：

第一种，自然到位的棱拼块12；

第二种，(ar显示设备5“发现”)某个要被调整的棱拼块12在第三层，提醒用户使用①uru’r’-u’f’uf或者②u’f’uf-uru’r’的两种公式之一将该棱拼块12调整至第二层的目标位(目标棱拼块12的侧面色需先调整至与其中心块颜色一致的第三层位置上，然后，该棱拼块12的顶面色与目标位-此处特指该颜色面所对应的同色面目标位的位置关系是左上右下的，用①公式；关系是右上左下的，用②公式)

第三种，(ar显示设备5“发现”)某个要被调整的棱拼块12在第二层但位置不对，提醒用户使用①uru’r’-u’f’uf或者②u’f’uf-uru’r’的两种拧转法之一将某带有黄色面的棱拼块12(无所谓哪个黄色棱拼块12)，先调整到该棱拼块12的位置，同时，该要被调整的棱拼块12被替换至了第三层，然后可以实施第一种情形。

四个目标棱拼块12被调整到位，第二层复原结束。

第三层复原包括以下四个步骤：

步骤一，黄色顶层出现下述4种图形情形之一：

“一点”、“一字”、“小拐弯”、“十字”，ar显示设备5中的摄像头可以获取上述几种魔方顶层的情形，除了“小拐弯”都只用一次frur’u’f’拧转法，“小拐弯”需使用二次该拧转法。(此步骤中，标定目标的坐标和四个白色棱拼块12的坐标，逐一提醒用户选择那个面，顺旋还是逆旋，旋转90/180/270/360角度)

步骤二，(ar显示设备5中的摄像头可以获取下述几种魔方顶层的情形)黄色顶层出现下述4种图形情形之一：

“小鱼a”(如图2a所示)、“小鱼b”(如图2b所示)、“没有鱼头”(如图2c-2d所示)、“双鱼头”(如图2e-2f所示)；“小鱼a(鱼头冲左后，距离鱼头最近的黄角拼块13中有一个的黄色面朝后)”，对应r'u'ru'-r'u'u'r拧转法；“小鱼b(鱼头冲左后，距离鱼头最近的黄角拼块13中有一个的黄色面朝左)”，对应fuf'u-fuuf'拧转法；“没有鱼头”、“双鱼头”的2种情形，根据“2后4左”的朝向摆放，用小鱼a公式过度成小鱼a情形或者小鱼b情形。

其中：

r为魔方4右面锁定的9色块的顺时针旋转90度；

r’为魔方4右面锁定的9色块的逆时针旋转90度；

u为魔方4顶面锁定的9色块的顺时针旋转90度；

u’为魔方4顶面锁定的9色块的逆时针旋转90度；

f为魔方4前面锁定的9色块的顺时针旋转90度；

f’为魔方4前面锁定的9色块的逆时针旋转90度。

步骤三，此时第三层已经是黄色面对齐了，但是很多角拼块13和棱拼块12的侧面并没有对齐，此时检测(摄像头和/或颜色传感器)第三层的4个侧面，有如下4种情形：

3块不同色、1角拼块131和棱拼块12同色、2角拼块13同色、2角拼块131和棱拼块12同色；

最好是选择第4种情形，其次是第3种情形，最差就选择第2种情形，让这3种情形之一的侧面朝右，使用r2-f2-r’b’r-f2-r’br’公式一次或者多次，直到出现第三层的4个角拼块13都已基本复位。

步骤四，第三层的全部复位，此时有2大类情况，第一类是3个棱拼块12未复位；第二类是4个棱拼块12未复位，检测第一类3个棱拼块12未复位的错误关系，又分为顺时针错位和逆时针错位两种，

顺时针错位：将全复位的一面朝向右侧，使用小鱼b公式，接着将魔方4整体调整，让第三层上的鱼头冲左后，再使用小鱼a公式，即可整体复位；

逆时针错位：将全复位的一面朝向前侧，使用小鱼a公式，接着将魔方4整体调整，让第三层上的鱼头冲左后，再使用小鱼b公式，即可整体复位。

(ar显示设备5中的摄像头)检测第二类4个棱拼块12未复位的错误关系，又分为对称错位和平行错位两种，

对称错位：使用m2u-m2u-um2-um2公式，即可整体复位，其中m2为左面和右面所夹中间层旋转180°；

平行错位：使用ur'-u'ru'r-uru'r'-urur-ru'r'u公式，即可整体复位。

注：以下表示法为美国魔方4大师辛马斯特的算子表法：

如图1所示，通常以英文up(上)、down(下)、front(前)、back(后)、left(左)、right(右)的第一个字母分别来表示魔方4的上、下、前、后、左、右六个面，即u(上)、d(下)、f(前)、b(后)、l(左)、r(右)。当旋转魔方4的右层时，从右侧看，若按顺时针方向转动90°,则用r表示这一旋转动作,若按反时针方向转动90°,则用r'表示这一旋转动作,若按顺时针方向转动180°,则用r2来表示。另外，将夹层的运动rl'简单记作rs(表示左右两层同时以右层为基准的顺时针方向转动90°)，并将夹层的运动rl简单记作ra(即右层顺时针转90°，左层则与之反方向旋转90°)，而(rsfs)3则表示将rsfs的动作重复做3次。

需要说明的是，上述具体实施例中举例的魔方4复原方式只是一部分的魔方4复原方法。

其中，魔方4各种拧转公式如下所示：

六面回字公式u’df’blr’u’d

四色回字公式b2lrbl2bfdu’bfr2f’lr

对称棋盘公式l2r2f2b2u2d2

循环棋盘公式d2f2u'b2f2l2r2dr’bfd'ulrd2u2f'u2

六面十字公式b2f’l2r2d2b2f2l2r2u2f'

四面十字公式df2r2f2d’ur2f2r2u'

双色十字公式u’df’blr’u’dl2r2f2b2u2d2

三色十字公式bf’l2r2ud'

四色十字公式u2rbdbf’l’u’bf’lfl’rdu2f’r’u2

五彩十字公式l2d’f2dbdlfr’u’r’d’fl2bf2l

六面皇后公式r2b2u2l2b2u2f2l2dl’rfl2f’u’dl

六面五色公式ub2l2bf’uf’d2ld2fdr2f2r’b’u’r’

六面六色公式d2u2l2br2d’l2r2d2b2f2u’r2b’r2

六面彩条公式f2u2f2b2u2fb

六面三条公式(u2l2)3(u2r2)3udl2r2

六面凹字公式f2l’rb2u2lr’d2

还有其他诸多公式，现在不做详细阐述。

进一步地，在上述实施例中，拼块位置感应装置包括多个中心拼块11位置感应装置、多个角拼块13位置感应装置和多个棱拼块12位置感应装置；

进一步地，在上述实施例中，中心拼块11和中心拼块11位置感应装置一一对应连接，中心拼块11位置感应装置用于感应中心拼块11的位置信息和朝向信息；

进一步地，在优选的实施方式中，在三阶魔方4中设置有6个中心拼块11位置感应装置，每个中心拼块11与每个中心拼块11位置感应装置一一对应设置，即每个中心拼块11位置感应装置设置在连接每个对应的中心拼块11上的轴柱21上，通过一一对应设置的中心拼块11位置感应装置来感应每一个中心拼块11的旋转角度，简单明了。

其中，当一个中心拼块11位置感应装置损坏时，由于处于轴心部件2的每根轴上的两个中心拼块11中的其中一个中心拼块11与一个三轴加速度传感器对应设置，因为两个中心拼块11设置在同一根轴的两端，因此可以通过一个三轴加速度传感器来感应其中一个中心拼块11的旋转角度来计算得到另外一个中心拼块11的旋转角度，从而可以做到即使任一一个中心拼块11位置感应装置损坏也不影响获取该中心拼块11位置感应装置对应的中心拼块11的旋转角度。

由此可见，当其中三个均不在同一根轴上的中心拼块11位置感应装置损坏时，都可以通过设置在同一根轴上的三轴加速度传感器来感应其中一个中心拼块11的旋转角度来计算得到另外一个中心拼块11的旋转角度，增加了该魔方4的可靠性。

进一步地，在上述实施例中，角拼块13和角拼块13位置感应装置一一对应连接，角拼块13位置感应装置用于感应角拼块13的位置信息和朝向信息；

进一步地，在优选的实施方式中，在三阶魔方4中设置有8个角拼块13位置感应装置，每个角拼块13与每个角拼块13位置感应装置一一对应设置，即每个角拼块13位置感应装置设置在每个角拼块13的第二凸出连接部131上，通过一一对应设置的角拼块13位置感应装置来感应每一个角拼块13的旋转角度，简单明了。

其中，当一个角拼块13位置感应装置时，通过感应得到的其他7个角拼块13的旋转角度来计算得到损坏的角拼块13的旋转角度，从而可以做到即使任一一个角拼块13位置感应装置损坏也不影响获取该角拼块13位置感应装置对应的角拼块13的旋转角度，增加了该魔方4的可靠性。

进一步地，在上述实施例中，棱拼块12和棱拼块12位置感应装置一一对应连接，棱拼块12位置感应装置用于感应棱拼块12的位置信息和朝向信息。

进一步地，在优选的实施方式中，在三阶魔方4中设置有12个棱拼块12位置感应装置，每个棱拼块12与每个棱拼块12位置感应装置一一对应设置，即每个棱拼块12位置感应装置设置在每个棱拼块12的第一凸出连接部121上，通过一一对应设置的棱拼块12位置感应装置来感应每一个棱拼块12的旋转角度，简单明了。

其中，当一个棱拼块12位置感应装置损坏时，可以通过感应得到的其他11个棱拼块12的旋转角度来计算得到损坏的角拼块13的旋转角度，从而可以做到即使任意一个棱拼块12位置感应装置损坏也不影响获取该棱拼块12位置感应装置对应的棱拼块12的旋转角度，增加了该魔方4的可靠性。

进一步地，在上述实施例中，拼块位置感应装置包括角速度传感器、陀螺仪和/或imu(inertialmeasurementunit，惯性测量装置)传感器，

角速度传感器，用于识别每个拼块的旋转角度，根据旋转角度计算拼块的位置信息和朝向信息。

进一步地，在优选的实施方式中，设置有至少1个中心拼块11陀螺仪传感器来识别魔方4的每个拼块的旋转角度，根据旋转角度计算拼块的位置信息和朝向信息，简单明了。

陀螺仪或imu传感器，用于识别每个拼块的位置信息和朝向信息。

进一步地，在优选的实施方式中，设置有至少1个陀螺仪或imu传感器来识别魔方4的每个拼块的位置信息和朝向信息，简单明了。

进一步地，在优选的实施方式中，上述传感器均可以通过接触(凹凸感应面)、电压(对应26个不同电源)、电阻(对应26个不同电阻值)、符号(对应26个微型摄像头，或者1个摄像头可以在26个方向上循环扫描获取信息)等等，来获取每个拼块的位置信息和朝向信息。

本发明创造提供一种魔方教学系统，如图5a所示，魔方教学系统至少包括一个ar显示设备5和魔方4，ar显示设备5用于获取魔方4的实时状态，并根据实时状态来提供魔方复原提示。

进一步地，在上述实施例中，ar显示设备5用于获取魔方4的实时状态的魔方4可以为普通魔方，虚拟魔方和上述带有拼块位置感应装置的魔方的任意一种。

进一步地，在上述实施例中，ar显示设备5包括影像式ar显示设备5(如图4a所示)和透光式ar显示设备5(如图4b所示)。

其中，透光式ar显示设备5的显示屏包括反射镜和主透镜，反射镜上用于显示虚拟信息，主透镜用于透视真实场景，通过反射镜和主透镜可以实现真实图像和虚拟信息的叠加。

进一步地，在上述实施例中，如图5b和图5c所示，ar显示设备5包括：一跟踪模块51和一提示模块52；跟踪模块51，用于获取魔方4的实时状态；提示模块52，用于根据实时状态来提供魔方复原提示。

进一步地，作为优选的实施方式，魔方教学系统包括操作界面，使用者可以选择进入认识魔方模块、教学指导模块等，当使用者进入认识魔方模块时，例如在真实魔方上用文字或图案，还可以结合采用扬声器5222的方式从视觉和听觉上引导使用者认识魔方4，例如引导使用者中心拼块11、角拼块13和棱拼块12的位置，并进一步告诉使用者黄白、红橙、蓝绿这三组中心块永远在一个轴线的正负方向上，还可以根据使用者的需求讲解任一公式的代表含义，还可以对某魔方4旋转体(顶层相关的9个色块)拧转方向的渲染提示。

进一步地，在上述实施例中，如图5c所示，跟踪模块51包括图像采集单元511，采集魔方4每个面的图像，并根据魔方4每个面的图像来识别魔方4的实时状态。

进一步地，在优选的实施方式中，图像采集装置包括扫描仪和/或摄像头；

例如，可以通过扫描仪对魔方4的各个面进行图像采集，其中扫描仪可以为2d/3d激光轮廓扫描仪。

例如，可以通过摄像头对魔方4的各个面进行图像采集。

例如，可以通过扫描仪和摄像头同时对魔方4的各个面进行图像采集。

进一步地，在上述实施例中，如图5c所示，跟踪模块51包括动作识别单元512，动作识别单元512与图像采集单元511连接，用于采集使用者操作魔方4的手势，并根据手势来识别魔方4的实时状态。

其中，如图4a和图4b所示，动作识别单元512可以由ar显示设备5既有的组件来实现，也可以由安装在ar显示设备5上可分离的模块实现。

进一步地，在优选的实施方式中，图像采集单元511包括体感传感器，体感传感器主要通过感应使用者的指尖信息进而采集使用者操作魔方4的手势。

进一步地，作为优选的实施方式，体感传感器可以采用leapmotion或者usensfingo等(也称：体感控制器、手势控制器或者手势传感器)，采用该设备的有益效果在于可以追踪到小至0.01毫米的动作，拥有150度的视角，可以跟踪1个人的10个手指的动作，最大频率是每秒290帧。因此可以通过体感传感器准确地采集使用者的手势信息。

进一步地，在上述实施例中，还包括魔方信号传感器，魔方信号传感器将获取的魔方4的状态变化提供给跟踪模块51。

需要说明的是，魔方信号传感器可以为本实施例中的魔方4。

进一步地，在上述实施例中，还包括存储器3，存储器3与提示模块52连接，存储器3用于存储魔方复原步骤数据库和/或魔方实时复原影像。

进一步地，作为优选的实施方式，魔方复原步骤可以为各级难度的魔方公式库。

进一步地，在上述实施例中，提示模块52包括查找单元521，查找单元521根据实时状态从存储器3的魔方复原步骤数据库中查找对应的魔方复原步骤。

进一步地，在上述实施例中，提示模块52包括提示单元522，提示单元522与查找单元521连接，提示单元522根据魔方复原步骤提供对应的魔方复原提示。

进一步地，在上述实施例中，如图5d所示，提示单元522包括显示屏或者投影镜头5221，提示模块52将魔方复原提示通过显示屏或者投影镜头5221投影至ar显示设备5的视场中。

进一步地，在上述实施例中，如图5d所示，提示单元522还包括一扬声器5222，扬声器5222，用于播放魔方复原提示的语音提示。

进一步地，在上述实施例中，魔方复原提示包括文字提示、语音提示、图片提示、影像提示、虚拟动画提示和/或交互动画提示。

进一步地，在上述实施例中，还包括虚拟模块53，分别与提示模块52和跟踪模块51连接，虚拟模块53包括：虚拟魔方拧转单元531，建立虚拟魔方拧转提示。

进一步地，作为优选的实施方式，使用者选择进行魔方4复原教学时，虚拟魔方拧转单元531生成的虚拟魔方拧转提示包括魔方实时复原影像。

进一步地，作为优选的实施方式，上述魔方实时复原影像的整体尺寸参数和各个拼块尺寸参数以及每个拼块的颜色参数均和当前魔方的整体尺寸参数和各个拼块尺寸参数以及每个拼块的颜色参数一致，可以魔方实时复原影像完美地覆盖在当前魔方的影像上，从而更方便地对使用者进行魔方复原指导。

其中，当前魔方的整体尺寸参数和各个拼块尺寸参数可以通过图像采集装置直接获得，也可以通过设置高度计获取当前魔方的整体尺寸参数和各个拼块尺寸参数。

进一步地，在上述实施例中，虚拟模块53包括：寻边拟合单元532，与虚拟魔方拧转单元531连接，寻边拟合单元532通过ar显示设备5采集魔方4的影像，将虚拟魔方拧转提示覆盖在魔方4的影像上。

进一步地，作为优选的实施方式，虚拟魔方拧转提示还包括用于拧转魔方实时复原影像的虚拟手势。通过同一时态的魔方实时复原影像和虚拟手势提供动态的虚拟魔方拧转提示，使魔方4的复原提示更直观。

进一步地，作为优选的实施方式，寻边拟合单元532对当前魔方进行寻边操作即寻边拟合单元532通过ar显示设备5采集魔方4的影像，并得到操作区域，其中操作区域可以为当前魔方的影像处，即操作区域为当前魔方的空间立体位置处，紧接着，虚拟模块53中的图像覆盖单元将虚拟魔方拧转单元531生成的虚拟魔方拧转提示覆盖到上述操作区域中，从而实现系统直接将虚拟魔方拧转提示中的魔方实时复原影像通过寻边拟合单元532这届覆盖在当前魔方上，由于魔方实时复原影像和当前魔方在颜色饱和度、亮度上存在差异，使用者可以明确分辨出魔方实时复原影像和当前魔方。

需要说明的是，寻边拟合单元532可以采用opencv(opensourcecomputervisionlibrary-开放源代码的计算机视觉库)技术，将魔方4的特征点可以通过sift(scaleinvariantfeaturetransform-尺度不变特征变换)进行提取，然后将特征点输入到特征匹配库中，通过设备的摄像头拍摄出视野的所见的照片，然后将原始图像转为单通道灰度图像，进行二值化处理，通过黑白像素值差得到边缘点，在边缘点找到合适的区域，通过处理的2d图片和3dof相结合，计算出和魔方4的相对距离和坐标，将虚拟魔方拧转提示的坐标移动到和当前魔方重合。

进一步地，作为优选的实施方式，根据使用者的需要，ar显示设备5可以设置有调节控制开关，使用者可以通过调节控制开关对虚拟魔方拧转提示的位置进行调节。

需要说明的是，上述调节控制开关对应设置有前、后、上、下等方向按钮以及确认、取消等去判断按钮。

进一步地，作为优选的实施方式，虚拟魔方拧转单元531可以直接在显示屏或者投影镜头5221的中心位置(也可以为其他位置，本实施方式采用中心位置，方便后续调节)生成虚拟魔方拧转提示，此时虚拟魔方拧转提示中的魔方实时复原影像不一定覆盖在当前魔方的空间位置处，此时需要根据使用者需求，通过调节控制开关对虚拟魔方的位置进行调节。

一种特殊的实施方式，虚拟模块53包括虚拟魔方生成单元，虚拟魔方生成单元可以直接生成虚拟魔方，虚拟魔方悬停与虚拟空间的半空之中，使用者通过ar显示设备可以看到虚拟魔方，通过手势传感器可以直接拧转虚拟魔方，即无需真实魔方。

具体的，首先体感传感器(本实施例中采用leapmotion-体感控制器)主要对使用者的拇指和食指/中指进行感应，当感应到拇指和食指/中指的空间位置同时与虚拟魔方某层(横层或侧层)的2个棱拼块12对应面的空间位置相切或相交时，则2个棱拼块12所在的虚拟魔方层为激活状态，即该虚拟魔方层可以被使用者的双手拧转，同时该虚拟魔方层中的9个拼块的相对位置是相对固定的。

当同时2个虚拟魔方层(比如某横层和垂层)同时处于激活状态时，一般使用习惯是一手负责固定(虚拟)魔方，另一只手负责拧转(虚拟)魔方。体感传感器感应负责拧转虚拟魔方的手的拇指和食指/中指，被拧转的魔方层的激活级别高于被固定魔方层，级别高的对应魔方层进行拧转，级别低的对应魔方层的位置相对不变，相对变的是这2层相交的一个棱拼块12和两个角拼块13随着高级别层也进行了拧转(空间位置变迁)。其中，虚拟魔方不需要特别用手去固定，也就是说，虚拟魔方，可以实现单手拧转魔方4，因为虚拟魔方4可以悬停显示在双手可及的三维空间中，增加趣味性，这样就可以不用使用实物魔方4，即只需携带ar设备就可以实现魔方教学和魔方复原提示。

开通“记录和解读功能”的时候，用户在拧转实体/虚拟魔方，ar系统的摄像头记录着拧转过程，也解读着拧转过程，系统能够记录完整的拧转时间、拧转步骤，可将识别的拧转步骤生成拧转公式。记入用户使用存档记录，供之后的调用、学习、观察和研究。

本发明创造还提供一种魔方教学方法，进一步地，在具体的实施例中，使用者穿戴好上述魔方教学系统，即ar设备，如图6所示，包括以下步骤：

步骤s1，ar显示设备5获取魔方4的实时状态；

步骤s2，ar显示设备5根据实时状态来提供魔方4的复原提示。

上述实施例的有益效果在于，借助于增强现实技术结合魔方教学，使魔方教学过程更加直观，而且可以实现共享与复制，借助于互联网进行传播，教学成本较低，便于大规模推广。

进一步地，在具体的实施例中，使用者穿戴好上述魔方教学系统，即ar设备，如图7a所示，魔方教学方法包括以下步骤：

步骤s11，将魔方4放置在图像采集装置的采集区域内，将魔方4按照前、后、左、右、下、上的顺序依次正对使用者，让ar显示装备的图像采集装置对魔方4的各个面进行图像采集；

步骤s12，根据魔方4每个面的图像来识别魔方4的实时状态；

步骤s2，ar显示设备5根据实时状态来提供魔方4的复原提示。

进一步地，在优选的实施方式中，步骤s11的图像采集可以有以下方式：

方式一：通过图像采集装置中的位置扫描仪和/或颜色扫描仪对魔方4的各个面进行图像采集。

方式二：通过图像采集装置中的摄像头对魔方4的各个面进行图像采集。

方式三：通过图像采集装置中的扫描仪和摄像头同时对魔方4的各个面进行图像采集。

进一步地，在优选的实施方式中，采用上述的三阶魔方4作为实例，步骤s12具体包括以下步骤：

步骤一：建立三维笛卡尔坐标系和对应的色彩坐标系；

具体的：将任何状态下的魔方4的正中心位置(即轴心部件2的中心处)设置为原点，建立三维笛卡尔坐标系和对应的色彩坐标系，为了便于区分，将该魔方4的白色记为w，黄色记为y，红色记为r，橙色记为o，蓝色记为b，绿色记为g。

当魔方4处于魔方复原状态时，魔方4的6色中心拼块11的初始三维坐标值和对应的初始色彩坐标值分别为：(1，0，0)g，(-1，0，0)b，(0，0，1)o，(0，0，-1)r，(0，1，0)y，(0，-1，0)w，也就是说这6个中心拼块11的移动位置在(-1，-1，-1)～(1，1，1)之间，且其中2个方向上是0数值。

魔方4的8个角拼块13的初始三维坐标值和对应的初始色彩坐标值分别为：(1，1，1)gyo，(-1，-1，-1)bwr，(1，1，-1)gyr，(-1，-1，1)bwo，(1，-1，1)rwo，(-1，1，-1)byr，(1，-1，-1)gwr，(-1，1，1)byo，也就是说这8个角拼块13的移动位置在(-1，-1，-1)～(1，1，1)之间，且至少2个方向上是同样的数值。

魔方4的12个棱拼块12的初始三维坐标值和对应的初始色彩坐标值分别为(从下往上，三阶魔方4一共有三层)：

第一层：(1，-1，0)gw，(-1，-1，0)bw，(0，-1，-1)rw，(0，-1，1)ow；

第二层：(1，0，1)go，(1，0，-1)gr，(-1，0，1)bo，(-1，0，-1)br；

第三层：(1，1，0)gy，(-1，1，0)by，(0，1，-1)ry，(0，1，1)or，也就是说这12个棱拼块12的移动位置在(-1，-1，-1)～(1，1，1)之间，且不会与中心拼块11或角拼块13的参数是同样的数值。

将魔方复原状态下的魔方4各个拼块的初始三维坐标值和对应的初始色彩坐标值作为判断魔方4的状态为复原状态的判断标准保存在存储器3中。

步骤二：根据魔方4每个面的图像获取每个拼块的对应的三维坐标值和对应的色彩坐标值；

具体的：图像采集装置获取各个拼块的三维坐标值和应的色彩坐标值。

为了方便建立三维坐标值和色彩坐标值的关联关系，可以将三维坐标值和对应的色彩坐标值一对一映射在三维数组a(3，3，3)和三维数组b(3，3，3)中。

需要说明的是，无论魔方4怎么被拧转，魔方4的各个拼块的三维坐标值和色彩坐标值都对应三维数组a(3，3，3)和三维数组b(3，3，3)的映射关系的调整算法，其中，调整算法为：

旋转运动关联指向的调整，非旋转运动关联指向不得调整(保持原映射)；

其中，控制系统将映射调整的过程保存到存储器3的使用者使用存档记录中；

控制系统包括计算模块，上述计算模块可以随时读取使用者使用存档记录中的映射关系，了解拼块的色彩信息和空间位置关系。

例如：f(前面锁定的9色块的顺时针旋转90度)、r(右面锁定的9色块的顺时针旋转90度)、u’(顶面锁定的9色块的逆时针旋转90度)、b2(后面锁定的9色块的顺时针旋转180度)，这些旋转结束以后，三维数组a(3，3，3)和三维数组b(3，3，3)映射关系即开始调整，请注意这些旋转是绕轴心的，即没有增量引入，只是对应的数组之间的元素相互替换，所有三维数组a(3，3，3)和三维数组b(3，3，3)中各有一个空元素是用来作为缓存，通常采用位于魔方4中心位置处的元素。例如，将需要替换的两个元素记为a和b，其中位于魔方4中心位置处的元素记为c；

c＝a；a＝b；b＝c；

上述对换公式表示：首先将a赋值到c处，再将b赋值到a处，最后将新的c赋值到b处，即实现了a和b的相互替换。

步骤三：将上述色彩坐标值，同一拼块的三维坐标值与标准坐标进行比对，得到对应拼块的三维坐标变化。

上述实施例的有益效果在于，设置采集区域更方便通过图像采集装置进行图像采集，利用增强现实技术结合魔方教学，可以借助于互联网进行传播，方便大规模推广。

进一步地，在上述实施例中，如图7b所示，步骤s1具体包括：

步骤s13，获取魔方4的初始状态；

步骤s14，采集使用者操作魔方4的手势；

步骤s15，根据手势来推算魔方4的实时状态。

基于获取魔方4的初始状态，再根据采集使用者操作魔方4的手势来跟踪拼块的位置变化，使追踪效果更直接。

需要说明的是，由于采集使用者操作魔方4的手势中，会存在使用者做出了操作魔方4的手势，但没有对魔方4进行拧转，此时根据手势无法正确识别魔方4的实时状态。当出现上述问题时，可以采用获取魔方4的初始状态的方式周期性获取魔方4的当前状态，并判断魔方4的当前状态是否与进行魔方复原步骤后的魔方4的状态一致，如果一致则认为使用者做出了操作魔方4的手势同时对魔方4进行拧转，并根据上述手势来识别魔方4的实时状态；如果不一致则认为使用者做出了操作魔方4的手势，却没有对魔方4进行拧转或拧转错误，则根据魔方4的当前状态给出麻烦的复原提示。

进一步地，在上述实施例中，如图7c所示，步骤s1具体包括：

步骤s16，获取虚拟魔方的状态变化；

步骤s17，根据虚拟魔方的状态变化来识别虚拟魔方的实时状态。

其中，虚拟魔方的初始状态可以自设定，也可以直接随机获取，但是初始状态信息是已知的，而且虚拟魔方的状态变化可以直接通过实时计算来获取。

进一步地，在上述实施例中，步骤s2前包括：存储魔方复原步骤数据库；

如图8所示，步骤s2具体包括以下步骤：

步骤s21，根据实时状态从魔方复原步骤数据库中查找对应的魔方复原步骤；

步骤s22，根据查找对应的魔方复原步骤进行对应的魔方复原提示。

进一步地，在上述实施例中，如图9a所示，步骤s22具体包括：

步骤s221，根据魔方复原步骤提供对应的魔方复原提示；

步骤s222，将对应的魔方复原提示投影至ar显示设备5的视场中。

进一步地，在优选的实施方式中，当魔方复原步骤为具体实施例中的六面回字公式u’df’blr’u’d时，建立虚拟魔方拧转动画显示六面回字公式中的第一步，即显示魔方4顶面锁定的9色块的逆时针旋转90度的虚拟魔方拧转动画。

进一步地，在上述实施例中，如图9b所示，步骤s22具体包括：

步骤s231，提供魔方复原提示的文字提示；

步骤s232，将文字提示投影至ar显示设备5的视场中。

即在显示屏或者投影镜头5221的显示区域上直接出现公式字符等文字提示帮助使用者复原魔方4。

进一步地，在优选的实施方式中，当魔方复原步骤为具体实施例中的六面回字公式u’df’blr’u’d时，ar显示设备5的视场显示六面回字公式中的第一步，即ar显示设备5的视场出现u’的文字提示，并给出关于u’步骤的详细说明，例如ar显示设备5的视场直接出现u’(魔方4顶面锁定的9色块的逆时针旋转90度)的文字提示。

进一步地，在上述实施例中，如图9c所示，步骤s22具体包括：

步骤s241，提供魔方复原提示的图案提示；

步骤s242，将图案提示投影至ar显示设备5的视场中。

即在显示屏或者投影镜头5221的显示区域上直接出现提示箭头等图案提示，比较简单明了。

进一步地，在优选的实施方式中，当魔方复原步骤为具体实施例中的六面回字公式u’df’blr’u’d时，ar显示设备5的视场显示六面回字公式中的第一步，即ar显示设备5的视场出现关于u’步骤的图案提示，例如在ar显示设备5的视场中出现整个魔方4，并在魔方4顶面锁定的9色块上方出现逆时针旋转90度的箭头提示。

进一步地，在上述实施例中，如图9d所示，步骤s22具体包括：

步骤s251，提供魔方复原提示的视频提示；

步骤s252，将视频提示投影至ar显示设备5的视场中。

进一步地，在优选的实施方式中，当魔方复原步骤为具体实施例中的六面回字公式u’df’blr’u’d时，ar显示设备5的视场中显示六面回字公式中的第一步，即显示魔方4顶面锁定的9色块的逆时针旋转90度的视频提示。

进一步地，在上述实施例中，如图9e所示，步骤s22具体包括：

步骤s261，提供魔方复原提示的语音提示；

步骤s262，将语音提示通过扬声器5222进行播放。

即通过扬声器5222、耳麦等发声设备通知使用者按照魔方复原提示进行魔方复原步骤，

采用扬声器5222的方式通知使用者可以实现在使用者耳边就可以对使用者进行魔方复原提示，容易使使用者更专注地完成魔方4复原操作。

其中扬声器5222的声音可以根据使用者的使用习惯进行自设定。

进一步地，在优选的实施方式中，当魔方复原步骤为具体实施例中的六面回字公式u’df’blr’u’d时，直接播放请将魔方4顶面锁定的9色块的逆时针旋转90度的语音提示。

进一步地，在上述实施例中，如图9f所示，步骤s22具体包括：

步骤s271，提供魔方复原提示的动画提示；

步骤s272，将动画提示投影至ar显示设备5的视场中。

进一步地，在上述实施例中，如图10所示，步骤s222具体包括：

步骤s2721，建立虚拟魔方拧转动画提示；

步骤s2722，将虚拟魔方拧转动画提示覆盖在采集的魔方4影像之上。

进一步地，在优选的实施方式中，当魔方复原步骤为具体实施例中的六面回字公式u’df’blr’u’d时，ar显示设备5的视场中可以显示六面回字公式中的第一步，即显示魔方4顶面锁定的9色块的逆时针旋转90度的动画提示。

需要说明的是，本申请中的魔方4不仅限于魔方4的每个面只有单一颜色的无向魔方，本申请中的魔方4还可以是带有数字、字母、日历等等图案的有向魔方，其中，有向魔方需要还原中心拼块11的旋转角度，也适用于上述所有魔方教学方法的步骤，只需要控制系统根据魔方4的状态查找复原有向魔方的魔方复原步骤即可。

基于ar显示设备的魔方、魔方教学系统和教学方法，有如下益处：

1.机器教学代替老师教学，教学质量可以保证；教学地点不受教育场所的限制。

2.ar机器教具通过声音和ar手段进行演示教育，效果更直观。

3.ar魔方教具存储了入门级至竞赛级所以的公开公式，ar机器教具可以进行出题，并进行考题核对，解决了只教学，不对教学进行验证反馈的问题，同时也解决了升级提高的教学问题，以及竞赛训练的指导问题。

4.ar机器教具拥有手势指法库，可以正确指导用户的拧转手势，促进用户的手眼脑协同工作，提高用户的反应和思维能力。

5ar机器教具可以对用户的魔方手势进行识别，除了指出用户的错误转拧手法外，还可以进行转拧手法演示。

6.ar机器教具中设有，(公式记忆的)转拧练习，颜色覆盖技术，颜色跟踪覆盖欺骗使用者的眼睛，即魔方(图形)右脑记忆和右脑想象，通过潜移默化通过眼看、脑记、手捏、耳听等多感官刺激，培养和训练用户的空间定位能力、空间想象能力、空间记忆能力和逻辑思维能力是极好的辅助工具的工具。

7.如果是参赛选手(盲拧/速拧)或者普通人有意挑战一下自己的记忆力/速度极限，可以通过ar机器进行录像伴有计时，更加方便了选手。ar魔方工具不仅是很好的教学工具，也是很好的训练工具。

8.学生可以在每一步，都寻求援助(当然要通过选择告知ar教具，使用的是什么方法进行的复原)，不必从一开始就求助，这样才能循序渐进，最终学习好魔方复原。

9.比赛型训练各种公式拧转时，通过颜色覆盖技术和虚拟演示技术可以观摩转拧过程和结果，方便学生跟踪和模仿。

而上总结中，作为竞赛选手，一定要给自己录像，比较自己和高手或者电脑演示的差距。ar魔方工具无疑是最好的，它从第一视角记录下魔方的转动过程，比较现有记录技术的摄像头在对视角度的录像，然后训练这需空间思维中拧转180°再思考拧转公式，要强上许多。ar魔方工具在记录的同时还在计时，更加方便了选手。ar魔方工具不仅是很好的教学工具，也是很好的训练工具。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。