专利名称：用于指导学生的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及学生指导，特别是涉及用于指导的系统。该系统能使学生对照指导教师的图像观察自己。
例如，当一个学生在学打高尔夫球或其它运动项目时，由于无法在完成一项动作的同时观看到自己，所以无论他是一个初学者还是一个高水平的高尔夫球手，或是一个专业的球手，常常无法理解动作要领。当学生正从书本、图示、视频或个人课程中学习时，学生无法对照别人观看他自己正在做什么。当学生试图完成一项与运动有关的任务时，他无法看到他自己与一预定动作之间的对比。
本发明的目的在于提供一种改进的用于学生指导的系统，该系统能从实质上克服或修正上述缺点。
根据本发明的一个方面，公开了一种用于学生指导的系统。所述系统包括至少一个显示装置，用于显示指导教师与学生图像之间的对比关系；一个混合器，用于从第一源中接收；至少一个已记录下来的指导教师的图像；至少一个第二源，用于在学生观看所述显示装置并且试图模仿所述指导时，实时地提供至少一个显示一个或多个学生的学生图像；以及，所述第一源和第二源的输出，它们与所述混合器相连并分别作为所述的指导图像和所述的学生图像在所述的显示装置上同时显示。
第一源最好包括学生听得到的音频道，这样学生在模仿指导教师时就能接受指导。
最好将该系统嵌入用于指导的交互式学习系统中，该学习系统用于在以下几个方面指导学生工业、医学、科学、艺术、表演、语言治疗、运动以及所有与学习方式有关的活动，只要学生可以模仿或复制指导人员的动作。
现在结合以下附图对本发明的一些实施例进行描述。
图1(a)是表示将高尔夫课程记录在指导性记录媒介上的示意性方框图；图1(b)是表示通过使用三个监视器、一个位于指导教师左边的摄像机将高尔夫课程记录在指导性记录媒介上的部分示意性方框图；图1(c)是表示通过位于指导教师前部的摄像机将高尔夫课程与图1(b)相似地记录在指导性记录媒介上的部分示意性方框图，图2(a)是使用中的较佳实施例的系统的示意性透视图；图2(b)是使用一个摄像机和三个显示器的图2(a)所示系统的部分示意性透视图，其中，摄像机位于学生的前部；图2(c)与图2(b)相似，用于表示当摄像机位于学生左边时系统的部分示意性透视图；图3是图2使用的系统的示意性方框图；以及图4是图3所示系统的一个变型的示意性方框图。
在图2和图3中对于运动指导描述了本发明第一较佳实施例的用于指导的系统1。学生2使用的系统1包括具有分割屏幕功能的视频监视器3。视频监视器3(例如，如图2(a)所示)在屏幕5上有分割线4。监视器3在屏幕5的一边显示第一图像6，并在屏幕5的另一边显示第二图像7。第一图像6是指导教师8的图像(使用图1(a)的结构先期已记录下来)，而第二图像是通过摄像机21a实时显示的学生2的图像。
现在再参见图1(a)，使用录像机11将通过摄像机10拍摄到的指导教师8的第一图像6记录在指导带9上。在其它例子中，可以将图像6记录在盘或其它设备上。指导教师8可以通过提供键入到个人计算机(PC)12中的脚本(script)来完成“课程”的录制。PC12为音频指示声音合成器14提供信号13，而合成器14为录像机11和扩音器16提供音视信号15。指导教师8遵循由声音合成器14提供的脚本中的指示。例如，也可以通过记录在音频带上的声音或现场讲述来提供指示。当指导教师8按指示完成任务时，摄像机10为录像机11提供视频信号17。将视频信号17与音频信号15同步地记录在指导带9上，以备使用。在图1(a)中，指导人员8面对摄像机10，但他可以根据来自声音合成器14的不同指示按图1(b)和图1(c)所描述的其他视图改变其位置，例如，所要求的侧视图或前视图。与图2(a)的结构相比，在这些位置上可以使用一个以上的监视器3。在图2(b)和图2(c)中表示了相应的用于学生2的指导结构。指导带9可以使用常规技术进行编辑。可为不同任多或课程记录不同的、用于指导学生2的指导带9。
如图2(a)所示，除了位于学生2前部的摄像机21a之外，系统1还包括分别位于学生2右、后、左及上方的摄像机21b、21c、21d降21e。如图3所示，摄像机21a、21b、21c、21d和21e通过摄像机选择器25有选择地与混合器24相连。例如，根据课程期间所需的视图分别选择来自摄像机21a、21b、21c的视频信号26、27和28。一台重放录像机29重放指导带9，并将重放的视频/音频信号30提供给混合器24。混合器24根据选择和需要分别为电视监视器3a，3b…提供混合信号32a，32b…。每个混合频信号32包括指导人员8的视频/音频信号30以及所选择的视频信号26、27和/或28，它们被分别作为第一图象6和第二图像7同时显示在屏幕5上。摄像机选择器25根据指导人员8的图像6选择正确的摄像机21a、21b和21c，以使学生2的第二图像7与指导人员8相对应。
学生2可以带耳机33或听扩音器16，它们中的每一个都如图中所示接收由混合器24提供的音频信号34，或接收来自电视监视器3中的音频信号34。信号34通过红外信号或任何合适的通信信号(例如通过硬件线路)来传送。学生2可以带着耳机33站在电视监视器3的前边，并接收红外音频信号34或收听扩音器16，这样，他就能遵循指导带9中的指示，并且在身体不受限制的情况下将其形为与在分屏5的另半部分上的指导人员8的图象作比较。重要的指示部分可以通过显示器上的闪光箭头或光标符号来指示，亦可通过音频信号或音调来指示。
通过指导图像来指示学生2完成任何命令或已接收的指导。当播放指导图像时，学生2应试图模仿。在接收任何给定指导后，应在指导中包括一段时间间隔，以使学生2能模仿指导人员8。对于任何给定命令，在指导带9上还应包括其它时间间隔以用于解释的“评述周期”。在指导上提供了休止与暂停周期，以用于指导图像的演示。
如图3所示，前述系统的变型是其它传感器22和扩音器23也能通过选择器25将相应的信号26a和26b输入到混合器24中；也可以使用诸如包含在激光影蝶29a、计算机视频29b和计算机ROM 29c中的其它记录来提供指导信号30。在合适的情况下，其它传感器22可包括压力传感器、位置传感器、速度传感器及类似设备。
如图4所示，描述了系统1的另一变型使用计算机控制系统36分别为重放录像机29、摄像机选择器25和混合器24提供控制信号37、38和39。系统1的所有其它部件与在图2和图3中描述过的部件相同。使用计算机36来控制系统1的操作。
图3所示系统的操作的再一种变型是例如，当指导图像来自激光影蝶29a时，可以将学生图像记录在VCR29上。在指导课之后可以跟随一节评述课。VCR29也能将指导图像与学生图像一起记录，这就可以通过为学生2重放“课程”节期间的全部或部分已记录的“课程”，从而允许在评述或课程期间进行更高级的指导反馈。
学生2使用系统1时，通过观看视频监视器来将其姿势和动作与指导人员8做比较，以模仿指导人员8。可以从一些不同指导带9学习不同任务或课程。
目前为止已描述了本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来说，很明显在不背离本发明的范围内可以对其做一些修改。
例如，系统1使用视频监视器3，但也可以用视频投影仪来代替监视器3为学生2提供更大的、便于观看的图像。
也可以使用一个摄像机和3个视频监视器来代替一个视频监视器和三个视频摄像机21、22和23。在这种结构中，可以将视频监视器安排在相对摄像机的不同角度上，并且在学生转向不同的视频监视器时，也应相应地改变由学生摄像机观察到的角度。
在前述较佳实施例中，系统1使用音频信号。但是，系统也可以不使用声音，而仅仅使用视觉比较。
以上参照指导打高尔夫球描述了系统1，但亦可将该系统用在对诸如棒球、板球、网球等其它体育项目的指导，也可用于其它诸如医学、工业等领域中。
在另一种变型中，指导人员8的第一图像6被记录在紧凑型光盘或其它装置(未描述)上，而不是记录在指导带上。
上述系统的另一变型是使用电子记录装置通过只提供指导人员的轮廓或使其图像变淡或半透明来修改指导人员8的图像6。可以使用已知的视频编辑技术来完成上述工作。使用已知技术修改的系统可以将指导人员8的外轮廓图像与学生2的图像7合并。用此方式，学生2可以在其自己的姿势、动作和指导人员8的修改图像相重叠时，对它们进行比较。
已通过指导学生打高尔夫球公开了较佳实施例的系统。所描述的系统也可以用在其它非运动指导的领域中。例如，可在肢体或设备出现动作或移动的情况下，教授一些规则。一个这样的应用领域是用于教授外科医生或理疗医生的动作或程序。
使用本系统的另一领域是教育。可以使用本系统来教书写，或通过与指导教师的动作对比来教聋学生说话。
系统使用可以按要求分割成许多部分的屏幕，以产生希望多的说明图象，如头部或其一部分、躯干、肢体、手等目标的图象，以教授书写、打印、数字、符号、设计、医学、工作产品、翻译、语言、艺术、绘画和绘图等等。可以使用常规技术将屏幕的任何部分或所有部分与音频叠加、语音或其它声音(合成的或非合成的)进行集成，用作屏幕的指导部分。
学生可以通过视力、声音、书写、所说的词、唇或肢体的表示、或人体任何合部位或工具的任何合适部分来模仿。
以上参照传统的视频技术描述了本系统，但也可以使用诸如编程模仿指导等技术。
已存在被称之为“虚拟现实”的计算机技术，其中，学生带上多维观看装置(例如，扩目镜)并“带上”其它装置以刺激他的其它感官，这样学生就可以处于“虚拟环境”中。学生可以携带传感器，它可以将信号馈送到系统中，以表明学生的移动。指导人员的动作与指导已被编程到系统中，或通过其它装置记录下来，这样，学生能在多维“虚拟环境”中模仿指导人员。在这样系统中，所有指导的角度如，左、右、前、后、顶、底角度均被涵盖。可以使用显示护目镜或其它显示中的闪光箭头或光标符号，或通过可听见的音调以及刺激学生感官任何部分来强调指导中的重点部分。
虚拟现实表示方法可以提供完整的感觉反馈，因为它能刺激身体的任何感觉如视力、声音、气味、触摸及味觉等等。
在虚拟空间中，可将关于指导人员的信息(他/她的图像)放置在学生边上或与学生图像重叠。
在某些应用中，还可以通过诸如有线电视线路、光纤或卫星网络等允许交互式观察的设备，按远程方式提供授课。
权利要求
1.一种用于指导学生的系统，所述系统包括至少一个显示装置，用于以对比方式显示教员与学生图像；混合器，从第一源中接收；至少一个已记录下来的指导人员的教学图像；至少一个第二源，用于在学生观看所述显示装置并且试图模仿所述指导时，实时地提供至少一个显示一个或多个学生的学生图像；以及，所述第一与第二源的输出，与所述混合器相连接，并分别作为所述指导图像和所述学生图像在所述显示装置上同时显示。
2.根据权利要求1的系统，其中，所述显示装置包括具有分屏功能的视频监视器，以同时显示所述图像。
3.根据权利要求1的系统，其中，所述显示装置包括视频监视器，该监视器使用视频图像技术显示教学图像的外轮廓或变淡拷贝，其中可将所述学生图像叠加在其上，或反之。
4.根据前述权利要求中任何一个权利要求的系统，其中所述第二源包括至少一个摄像机，从该摄像机中可以获得至少一个所述的学生图像。
5.根据权利要求4的系统，其中所述第二源包括多个在位置上与所述学生相对应的所述摄像机，每个所述摄像机通过摄像机选择器有选择地与所述混合器相连。
6.根据权利要求4或5的系统，进一步包括用于从所述摄像机中记录至少一个学生图像的录像装置。
7.如前述权利要求中的任意一个权利要求的系统，其中，所述第一源包括从由录像带播放器、激光盘播放器或其它合适设备组成的组中选择出的视频图像重放结构。
8.根据权利要求1-6的任意一个权利要求的系统，其中，所述指导人员的所述教学图像与由作为第一源的计算机或电子控制装置产生的图像合成。
9.根据权利要求7或8的系统，当根据权利要求6时，其中所述录像装置可以同时记录所述教学图像和所述学生图像。
10.根据前述权利要求中任意一个权利要求的系统，其中，所述显示装置包括在位置上与所述学生相对的多个视频监视器，每个所述监视器通过所述混合器有选择地与所述第二源相连。
11.根据前述权利要求中任意一个权利要求的系统，其中，所述第一源包括录音，学生可以收听此录音，以在模仿指导人员的同时，接收指导或进一步反馈。
12.根据权利要求11的系统，其中所述录音通过至少一个扩音装置传送给学生。
13.根据权利要求12的系统，其中所述扩音装置包括一组头带耳机，安排其可以接收携带所述录音的音频信号，所述学生可以携带所述耳机。
14.根据前述权利要求中任意一个权利要求的系统，其中可以通过包括至少所述显示装置的感官刺激装置，将教学图像与学生图像传送给所述学生。
15.根据前述权利要求中任意一个权利要求的系统，其中使用电子控制装置来控制所述系统的操作。
全文摘要
本发明公开了一种用于学生指导的系统(1)。系统包括至少一个具有分屏功能的视频监视器(3)，用于显示指导教师(8)图像与学生(2)图像之间的对比关系。系统还提供用于接收已记录下来的指导教师(8)的教学图像的混合器，以及用于在学生观看监视器(3)时直接记录学生(2)图像的摄像机(21)。摄像机(21)的输出与混合器(24)相连，并与指导教师(8)的图像一起显示在监示器(3)上。
文档编号G09B5/02GK1139388SQ94193476
公开日1997年1月1日 申请日期1994年8月9日 优先权日1993年8月24日
发明者诺曼·约翰·易斯特布鲁克 申请人:诺曼·约翰·易斯特布鲁克