[发明专利]基于增强现实的课堂教学混合技术应用系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机增强现实技术和交互技术在课堂教学中的混合应用，具体涉及一种基于增强现实的课堂教学混合技术应用系统及方法。

背景技术

传统的课堂故事教学通常是以书本及录像带或者幻灯片的形式进行，教育手段比较单一。虽然使用录像带或者幻灯片，相对于书本教学，课堂的标准化程度得到了一定的提高，但是毫无互动性的播放之后，依然以教师讲授为主，还是停留在信息的单向传输阶段。这种教学对学生的操作能力，社会品质、情感意志等方面的培养效果甚微。由于传统的教学方式互动性很差，单方面由教师讲授，令很多学生失去学习兴趣。所学知识不能灵活运用，也就无法转变为能力。因为其单方面的教学性质，导致教学过程中高度依赖老师，使得教学质量不够稳定。

现有的课堂互动反馈系统一般是通过电子载具(如PDA、手机或遥控器)，让课堂中所有学生可以互动反馈信息给教师的一种教学应用系统。由教师遥控器、学生遥控器(每人一个)、接收器以及配套的软件等组成。其可以将课堂教学、课堂测试、投票表决、游戏活动、竟猜学习教学评估等有机的结合起来，在现有大部分教室“一台电脑一部投影机”的基础上，既可实现传统课堂所不能实现的数位互动教学，又能自动批改、统计并生成各种报表等。例如，ChinaIRS互动反馈系统(China Interactive Response System，简称：ChinaIRS)，或者其他同类产品。

现有的课堂互动反馈系统虽然改变了传统的“填鸭”式教学模式，突显课堂师生灵活互动的特色，但是，其硬件设施的投入成本相对较高，教师以及每个学生都需要分配一个电子遥控器，而且还要设置相应的信号接收及处理装置，这些硬件设施的功能单一，形式固定，无法带来更加灵活的课堂应用效果。

发明内容

本发明的目的在于针对传统教学方式以及现有课堂互动反馈系统的缺陷，提供一种基于增强现实的课堂教学混合技术应用系统及方法，提高课堂教学的互动性，使学生在富有情趣的教学环境中，增强对知识的理解和兴趣。

本发明的技术方案如下：一种基于增强现实的课堂教学混合技术应用系统，包括：

印有标记面的对象，置于课堂环境中，所印标记面的影像能够被有效的采集和识别；

影像采集设备，用于采集所述印有标记面的对象在课堂环境中的影像，并将采集到的影像传输给计算机；

影像处理模块，用于对采集到的影像进行处理和分析，得到图像中与模板相匹配的标记，并识别该标记所代表的含义；

影像定位模块，用于分析计算所识别的标记在采集到的影像中的坐标；

影像生成模块，用于将所识别的标记对应的虚拟对象置于影像中该标记的坐标位置，并与影像中的真实环境相融合；

数据统计和分析模块，用于在教学的问答环节中对影像处理模块识别出的学生的答案内容进行统计和分析；

显示设备，用于显示影像生成模块最终生成的虚拟对象和真实环境融为一体的图像或者数据统计分析结果。

进一步，如上所述的基于增强现实的课堂教学混合技术应用系统，其中，所述的印有标记面的对象中的标记与背景颜色之间存在高对比度，优选方案为黑白图码标记，黑白图码标记位于标识区域内；所述的标识区域为一个具有预定形状的边界图形，优选的方案为一边带有缺口的矩形边界框。

更进一步，所述的印有标记面的对象中的标记代表的含义还包含以下信息：学生身份、答案内容。

更进一步，所述的印有标记面的对象上还包括问答的选项内容和/或学生身份的直接表现信息。

更进一步，所述的印有标记面的对象为静止状态或者运动状态。

进一步，如上所述的基于增强现实的课堂教学混合技术应用系统，其中，所述的影像采集设备为摄像头或其他摄像装置；计算机设有与影像采集设备相适配的接口模块。

更进一步，所述的影像采集设备采集的影像中包含一个或多个印有标记面的对象。

进一步，如上所述的基于增强现实的课堂教学混合技术应用系统，其中，所述的影像处理模块针对影像采集设备输入的每帧影像进行数据处理，利用图像轮廓搜索技术识别影像中印有标记面的对象的标识区域，对标识区域内的图像进行分析，得到像素点与模板的像素点相吻合的图像内容，并确定该图像内容所代表的信息。

进一步，如上所述的基于增强现实的课堂教学混合技术应用系统，其中，所述的影像定位模块针对每帧影像中的标记进行三维坐标的计算；并根据标记的特征点计算转换矩阵。