[发明专利]一种基于图像素材的虚拟实验教学场景的构建方法

权利要求书

1.一种基于图像素材的虚拟实验教学场景的构建方法，其特征在于包含以下步骤：

(1)在教学实验仪器图像素材中，利用基于测地线的交互式图像对象提取算法，快速、准确的从教学实验仪器图像素材中提取出教学实验仪器图像对象；

(2)基于虚拟教学实验构件逻辑表示模型，以教学实验仪器图像对象为主体，结合简单几何图形元素，快速建立逼真、可复用的虚拟教学实验构件，即建模该虚拟教学实验构件的可视化信息，并使用可缩放矢量图形表示，然后，与虚拟教学实验构件的逻辑表示模型相组合，并使用规范的可扩展标记语言描述，加入到多学科的虚拟教学实验构件库；

(3)本地发送实验学科或实验器件名称关键词检索虚拟教学实验构件库，检索的结果信息包括虚拟教学实验构件标识、虚拟教学实验构件中文名称、英文名称、所属学科及课程的简要描述；

(4)本地发送虚拟教学实验构件标识，请求该虚拟教学实验构件标识标识的虚拟教学实验构件的详细信息，然后可视化的展示返回的相应的虚拟教学实验构件的详细描述信息，包括该虚拟教学实验构件的基本描述、可视化信息及功能属性，以辅助用户对候选虚拟教学实验构件的选择；

(5)本地初始化虚拟实验教学场景，用户将候选虚拟教学实验构件组合到已初始化的虚拟实验教学场景中，用户以可视化的方式编辑所选虚拟教学实验构件的逻辑属性和外观属性；

(6)基于虚拟实验教学场景坐标系与虚拟教学实验构件局部坐标系之间的对应与变换关系，虚拟教学实验构件可做平移、旋转及缩放的操作，虚拟实验教学场景可在不同尺度下观察；

(7)通过用户交互的方式指定虚拟教学实验构件之间的连接关系，利用基于等价连接线的连接线生成算法，自动构造并可视化连接关系，使得虚拟实验教学场景易读、美观；

(8)本地根据虚拟实验教学场景中的逻辑模型与可视化模型的映射关系，将虚拟实验教学场景描述为可扩展标记语言格式，以实现通用的虚拟实验教学场景构建。

2.根据权利要求1所述的一种基于图像素材的虚拟实验教学场景的构建方法，其特征在于：虚拟教学实验构件建模使用实验仪器图像素材为主体，其中步骤(1)中所述的快速、准确的从教学实验仪器图像素材中提取出教学实验仪器图像对象具体包含以下步骤：

(A1)用户简单交互指定图像对象前景和背景采样点；

(A2)使用期望最大化颜色分布估计算法统计前景与背景的颜色概率密度函数，作为前景与背景的判别式特征；

(A3)将图像抽象为四邻域结构，每个像素为图节点，构造带权图，并定义在颜色特征空间上的离散型测地线距离函数；

(A4)在图结构上计算各像素点到前景或背景的测地线距离；迭代从节点中选择出当前具有最小测地线距离的节点，将其设置为已标记状态，并根据该节点测地线距离更新其邻居节点，直到图上的所有节点全部被标记；

(A5)依据测地线距离，生成待提取的实验仪器图像对象掩码图像，提取出该图像对象，同时将结果反馈给用户。

3.根据权利要求1所述的一种基于图像素材的虚拟实验教学场景的构建方法，其特征在于，步骤(3)和(4)中检索以及虚拟教学实验构件请求消息发送与返回结果的可视化展示均采用多线程进行数据的收发，每接收到返回消息即进行可视化的展示。

4.根据权利要求1所述的一种基于图像素材的虚拟实验教学场景的构建方法，其特征在于，步骤(5)的虚拟构件组合到虚拟场景过程中，本地自动生成该构件在虚拟场景中的唯一的标识与名称，并建立该构件在虚拟场景中的逻辑模型与可视化模型的一一映射关系，保持虚拟实验场景逻辑信息与可视化信息的一致性，并以虚拟实验构件组为最小单位实现虚拟实验教学场景的组织管理。

5.根据权利要求1所述的一种基于图像素材的虚拟实验教学场景的构建方法，其特征在于：步骤(6)所述的虚拟实验构件与虚拟实验场景可视化展示实现了一个可缩放矢量图形绘制组件，实现快速、逼真的虚拟实验场景绘制，同时具有友好的用户交互体验。