一种光影互动技术的能量方程实验教学装置

本发明涉及水利工程，水力学领域，尤其涉及一种光影互动技术的能量方程实验教学装置。

背景技术：

1、自2000年左右，国内研究中心就已经成功开发了一个虚拟现实应用系统的应用程序，可以实现与管理机构或在线合作社的远程指挥和通信。2004年上半年，成都电子科技大学国家重点电子工程实验室成功开发了电子工程领域的示范系统，基于快速加载图像和虚拟环境模块的3d立体视觉等先进成像技术，开发了交互式实时数据手套，深化参与者与虚拟环境的融合，该系统的成功开发为我国虚拟现实技术的发展开辟了新的方向。

2、

3、我国互动投影技术有着广泛的发展前景与应用领域[6]。通过互动投影技术，将传统教学与现代科技结合，是对传统知识的传承与拓展。近年来，随着互动投影技术的不断成熟，国内陆续出现了很多专注于互动多媒体的研究和应用[7]。互动投影技术的应用在国内有着许多成功案例，这是对这项新时期新媒体技术的不断探索，也为其接下来的发展打下了良好基础。

4、参考文献

5、[1]张坤.老曲新唱——谈辽视春晚《金猴闹春》的诞生[j].影视制作,2016,22(8):21-22.

6、[2]演艺装备助力上合峰会灯光焰火艺术表演[j].演艺科技,2018(6):64.

7、[3]张胤,侯鹏强.三维威亚和飞灯控制系统解析——以上合峰会灯光焰火艺术表演为例[j].演艺科技,2018(12):38-41.

8、[4]常碧罗.看！千里江山图“动”起来[n].人民日报,2022-01-13(12).

9、[5]百度.冬奥赛场|裸眼3d秀出赛场.(2022-02-15).

10、[6]吴思瑶.新兴技术在展示设计中的应用研究[j].美术文献,2021(11):142-143.

11、[7]陈涛.互动投影技术在展馆室内设计中的具体运用[j].建筑科学,2021,37(3):152.

技术实现思路

1、本发明提供了一种光影互动技术的能量方程实验教学装置，本发明通过互动光学信号将传统实验中无法观测到的速度头和总水头变化呈现于光影互动墙上，使参与者通过改变能量和位能等相关实验因素，直接观测到速度头和总水头的变化以及能头间的转化，弥补了传统能量方程实验的不足，增强了学生对能量方程实验的兴趣与理解力，提高了实验教学效果，详见下文描述：

2、一种光影互动技术的能量方程实验教学装置，该实验教学装置由光影互动融合系统与能量方程实验相关墙面设备两部分组成，其中，光影互动融合系统包括：激光投影仪、工控主机、投影移动支架、辅助线材、投影融合模块、雷达；能量方程实验相关墙面设备包括：标题模块、实验讲解模块、总开关、平水箱、入水阀门、实验管路模块、测压管排、出水阀门、位置水头调节模块、测压管水头与速度头显示按钮。

3、其中，激光投影仪，采用dlp投影技术，尺寸为382×318×88mm，投射比为0.25，支持几何校正、内置融合等功能；工控主机，包括：无线键鼠、蓝牙音响；投影移动支架，用于安装幕布或者显示面，顶部安装投影机支架；辅助线材模块，包括15m以内hdmi线及转接头等；投影融合模块，基于成熟的图像几何矫正和边缘融合技术，对directx，opengl和windows桌面进行融合，可以矫正规则画面和非规则的投影屏幕；雷达，为20m半径雷达。

4、本发明结合智能光学信号及虚拟场景实现水力学知识的综合应用，提高学生对水力学教学实验兴趣和科普应用；相比较于传统的粉笔教学模式，这种应用互动投影技术的新型教育模式既可以传播更加广泛全面的知识内容，又如同广告宣传一样抓人眼球、深入人心，具有以下有益效果：

5、(1)真实性：本发明紧密结合传统实验装置，光影图案均参考于真实实验数据，注重虚实结合，通过智能光学信号将传统实验中无法直接观测的能头之间的相互转化以不同颜色与形状呈现于光影互动墙上；

6、(2)可视性：传统能量方程实验需利用“重量法”测得流量后，根据管中各段面面积推求出速度，再推求出速度头；本装置旨在利用这一互动投影技术新形式，将传统实验中不可视的速度头转变为可视的光学图形投影于显示器上，使速度头随流量变化产生的变化趋势更加直观；

7、(3)灵活性：由于传统能量方程实验的管路固定，即各管路相同位置的位能固定不变，由于无法轻松改变管路位能，无法观测在不同的管轴线高度下，压能与位能的相互转化；本装置通过在互动投影系统软件中加入预先设定好的多组数据，直观的表现出能头之间的相互转化，有助于参与者对能量方程实验的更深理解；

8、(4)交互性：本发明具有良好的交互操作和界面，直观反映实验参数改变过程、速度头随流量变化过程、能头之间相互转化过程等；具有良好的人人交互特性，培养操作者思考和解决实际问题的能力；

9、(5)经济性：本发明可重复使用，且没有时间、地点和使用次数的限制，突破传统实体实验的时空限制和周期长、不可逆等问题，提高实验效率。

技术特征：

1.一种光影互动技术的能量方程实验教学装置，其特征在于，所述实验教学装置包括：由光影互动融合系统与能量方程实验相关墙面设备两部分组成，

2.根据权利要求1所述的一种光影互动技术的能量方程实验教学装置，其特征在于，所述激光投影仪，采用dlp投影技术，尺寸为382×318×88mm，投射比为0.25，用于几何校正、内置融合。

3.根据权利要求1所述的一种光影互动技术的能量方程实验教学装置，其特征在于，所述工控主机包括：无线键鼠、蓝牙音响；投影移动支架，用于安装幕布或者显示面，顶部安装投影机支架。

4.根据权利要求1所述的一种光影互动技术的能量方程实验教学装置，其特征在于，所述辅助线材模块包括：15m以内hdmi线及转接头等。

5.根据权利要求1所述的一种光影互动技术的能量方程实验教学装置，其特征在于，所述投影融合模块，基于图像几何矫正和边缘融合技术，对directx，opengl和windows桌面进行融合，矫正规则画面和非规则的投影屏幕。

6.根据权利要求1所述的一种光影互动技术的能量方程实验教学装置，其特征在于，所述雷达的半径为20m。

技术总结
本发明公开了一种光影互动技术的能量方程实验教学装置，所述实验教学装置包括：由光影互动融合系统与能量方程实验相关墙面设备两部分组成，其中，光影互动融合系统包括：激光投影仪、工控主机、投影移动支架、辅助线材模块、投影融合模块、雷达；能量方程实验相关墙面设备包括：标题模块、实验讲解模块、总开关、平水箱、入水阀门、实验管路模块、测压管排、出水阀门、位置水头调节模块、测压管水头与速度头显示按钮。本发明使参与者通过改变能量和位能等相关实验因素，直接观测到速度头和总水头的变化以及能头间的转化，弥补了传统能量方程实验的不足，增强了学生对能量方程实验的兴趣与理解力，提高了实验教学效果。

技术研发人员：张晨,孙美琪,刘殷竹
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13