一种基于移动终端的虚拟现实人机交互儿童教育体验系统的制作方法
【专利说明】
[技术领域]
[0001]本发明涉及大自然儿童教育体验技术领域，具体地说是一种基于移动终端的虚拟现实人机交互儿童教育体验系统。
[【背景技术】]
[0002]近年来，青少年科普教育被摆在了素质教育的重要位置，教育部门和学校都希望通过对青少年的科技教育，不仅让他们懂得科学知识，同时教会他们掌握科学思想、运用科学方法去处理学习、生活、工作中的问题，提升青少年的综合素质。而国内的科普教育发展的比较慢，整体的科普教育还停留在教科书和一些功能简单的科技馆。主要是一些文字，图像，视频的现实，播放与展示；在生动，有趣上已经有了很大的提升，但是一直没有很好的解决青少年参与的互动性，方便性，从而导致说教式、展示式的科普教育效果不是很好，不能很好的达到素质教育的要求。
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【发明内容】
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[0003]本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种基于移动终端的虚拟现实人机交互儿童教育体验系统，能够以动态的声音、图像、互动的方式呈现，让青少年更加形象地立体地对科学知识有更透彻的了解，增强了孩子的动手能力。
[0004]为实现上述目的设计一种基于移动终端的虚拟现实人机交互儿童教育体验系统，包括移动设备终端、大屏显示设备、体感交互设备以及后台服务器，所述移动设备终端上设有图形识别数据识别模块以及数据交互客户端，所述图形识别数据识别模块、数据交互客户端分别通过网络连接后台服务器，所述后台服务器与体感交互设备相连，所述体感交互设备、数据交互客户端分别连接大屏显示设备。
[0005]所述图形识别数据识别模块用于对准所要识别的图像或数据，数据交互客户端程序根据识别的图像或数据发送启动命令给后台服务器，后台服务器根据接收到的信息，发送指令，启动相应的客户端程序，调用对应的三维虚拟场景，等待体验者操作。
[0006]所述大屏显示设备包括电视和投影仪，移动设备终端通过html传输或无线同屏技术，将移动设备的内容推送到大屏幕显示设备上，实现将移动设备渲染的画面同步到大屏显不设备。
[0007]所述体感交互设备部署在系统前端，用于捕捉体验者的动作，所述后台服务器用于接受前端体感交互设备捕捉到的动作命令，所述移动设备相应命令操作并同步显示在大屏显不设备上。
[0008]所述体感交互设备通过捕捉体验者动作和行为，使用传感器探测力度和深度，使用麦克风采集声音，体感交互设备的摄像头采用连续光，对镜头前面的空间进行编码，经过感应器读取编码的光线，运算解码之后形成深度图像，再利用镭射光线照射到人体和物体上形成的散斑，利用空间任何散斑的不同图案，将空间划分和编号，从而识别人体的移动和动作，使得体验者通过身体的动作与系统实现人机交互，后台服务器获得每一个操作指令并反馈到三维场景中，实现体验者与大屏显示设备中的三维场景进行互动。
[0009]所述后台服务器用于处理数据交互客户端、体感交互设备的采集数据，分析体感交互设备采集的身体的运动，通过程序记录，分析人体的位置和动作，实现人机交互，后台服务器部署在独立的计算机系统中，连接体感交互设备，接受体感交互设备的体感指令，并通过网络与图形识别数据识别模块、数据交互客户端进行通信。
[0010]所述后台服务器通过蓝牙、WIF1、移动数据连接社交分享平台，所述社交分享平台包括微博、空间、朋友圈社交平台，通过调用社交分享平台的开放接口，将体验过程中的信息发布到社交分享平台。
[0011]还包括三维引擎模块，所述三维引擎模块用于完成三维虚拟现实的场景搭建、物体建模、动作制作，同时支持Android和1s平台，并结合图形绘画软件和三维影视动画制作软件完成原画、建模、渲染、动作、特效的制作，搭建虚拟的现实场景。
[0012]本发明是一款将枯燥的单向的文字、图像展示、视频播放学习教育模式，以一种动态的声音、图像、互动的方式呈现，让青少年更加形象地、立体地对科学知识有更透彻的了解，增强了孩子的动手能力，从小培养他们研宄科学的兴趣；高教育体验系统主要使用数字三维图形技术、体感交互、移动通信技术，具有如下优点:
[0013](I)人体互动，体验效果好:使用过程中主要使用人体肢体和动作参与互动，符合儿童喜好运动的个性特点；
[0014](2)画面生动真实，富有立体感:使用三维虚拟数字技术，图形形象生动，富有立体感；使用数字图形技术，可以根据需要对场景、物体、任务、动物、植物进行真实、可爱、想象、科幻的各种表现手法，也可以方便的增加阳光、光影、雾气、水波、下雪等各种效果从而使画面展现效果多样、丰富生动；
[0015](3)使用简单:该教育体验系统客户端都部署在移动手机，携带方便，只要部署一套体感和后台服务器，每个人携带的手机都可以成为终端，随时启动产品，体验活动的乐趣；
[0016](4)产品更新方便:该教育体验系统本质是一款移动软件产品，可以通过更新程序的方式完善，增加内容，增强效果，只需要更新软件即可。
[【附图说明】]
[0017]图1是本发明的原理框图。
[【具体实施方式】]
[0018]下面结合附图对本发明作以下进一步说明:
[0019]如附图1所示，本发明包括:移动设备终端、大屏显示设备、体感交互设备以及后台服务器，移动设备终端上设有图形识别数据识别模块以及数据交互客户端，图形识别数据识别模块、数据交互客户端分别通过网络连接后台服务器，后台服务器与体感交互设备相连，体感交互设备、数据交互客户端分别连接大屏显示设备。
[0020]其中，图形识别数据识别模块用于对准所要识别的图像或数据，数据交互客户端程序根据识别的图像或数据发送启动命令给后台服务器，后台服务器根据接收到的信息，发送指令，启动相应的客户端程序，调用对应的三维虚拟场景，等待体验者操作。大屏显示设备包括电视和投影仪，移动设备终端通过html传输或无线同屏技术，将移动设备的内容推送到大屏幕显示设备上，实现将移动设备渲染的画面同步到大屏显示设备。体感交互设备部署在系统前端，用于捕捉体验者的动作，后台服务器用于接受前端体感交互设备捕捉到的动作命令，移动设备相应命令操作并同步显示在大屏显示设备上。该体感交互设备通过捕捉体验者动作和行为，使用传感器探测力度和深度，使用麦克风采集声音，体感交互设备的摄像头采用连续光，对镜头前面的空间进行编码，经过感应器读取编码的光线，运算解码之后形成深度图像，再利用镭射光线照射到人体和物体上形成的散斑，利用空间任何散斑的不同图案，将空间划分和编号，从而识别人体的移动和动作，使得体验者通过身体的动作与系统实现人机交互，后台服务器获得每一个操作指令并反馈到三维场景中，实现体验者与大屏显示设备中的三维场景进行互动。
[0021]后台服务器用于处理数据交互客户端、体感交互设备的采集数据，分析体感交互设备采集的身体的运动，通过程序记录，分析人体的位置和动作，实现人机交互，后台服务器部署在独立的计算机系统中，连接体感交互设备，接受体感交互设备的体感指令，并通过网络与图形识别数据识别模块、数据交互客户端进行通信。后台服务器通过蓝牙、WIF1、移动数据连接社交分享平台，社交分享平台包括微博、空间、朋友圈社交平台，通过调用社交分享平台的开放接口，将体验过程中的信息发布到社交分享平台。该教育体验系统还包括三维引擎模块，三维引擎模块用于完成三维虚拟现实的场景搭建、物体建模、动作制作，同时支持Android和1s平台，并结合图形绘画软件和三维影视动画制作软件完成原画、建模、渲染、动作、特效的制作，搭建虚拟的现实场景。
[0022]本发明所述的教育体验系统先进的图像识别技术、虚拟现实技术、三维动画技术、室内定位技术等技术为基础，结合移动手机、体感交互设备，计算机网络、大屏显示技术，电子技术，以投影、触摸、鼠标、摇杆、红外感应、4D、虚拟现实、增强现实等各种现代化高科技设备和互动手段，提供操作简单，体验真实，有趣快乐的体验过程。将此虚拟现实交互体验和科普内容、教育学习内容结合在一起，从而在一定程度上提升了科普、教育学习的效果和乐趣。
[0023]青少年儿童参与到科普教育、学习的过程，展示的内容，方式，角度，步骤都由他们自己指定，并可以将成功，知识，点评通过社交平台与同学、朋友、家人分享，互动。该教育体验系统总结架构采用c/架构。C/S (Client/Server)网络开发技术是上世纪九十年代发展起来的一种较为先进的网络开发技术，这种模式将应用一分为二，服务器负责数据管理，客户机完成与用户的交互任务，应用此技术开发出来的系统，可分布式的运行于系统中的各服务器或客户机中。客户端程序部署在移动手机，主要利用移动手机摄像头扫描图像和手机操作系统渲染三维场景；后台服务器程序采用visual c++开发，处理智能手机客户端，kinect体感设备的采集数据。分析kinect采集的身体的运动，通过程序记录，分析人体在室内环境的位置和人体动作，实现人机交互；通过判断青少