[发明专利]一种基于前置式的移动增强现实型实验的设计方法

权利要求书

1.一种基于前置式的移动增强现实型实验的设计方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)前置式实验环境设计；该实验环境由反光镜、基座和AR应用组成，AR应用包括移动终端、识别图、虚拟实验内容和App应用，基座固定移动终端，通过设计合理的反光镜尺寸与外壳附合面的角度、基座倾斜度，再由前置摄像头与反光镜配合确定移动终端前的实验操作区域，该区域供实验过程中识别图卡片放置；

(2)AR型实验内容设计；根据实验教学内容，将实验仪器和内容分解出来，设计其对应的识别图和三维虚拟信息；按照实验步骤，设计实验操作区域内不同识别图的组合方式；依照实验目标，设计实验流程，支持学习者在实验操作区域完成操作；

(3)AR型实验的交互设计；在实验操作区域完成识别图的布局，实现实验操作过程中器材内容的虚实同步；学习者与场景交互时，模型及其相互关系均会随之发生变化；通过触控交互实现对虚拟实验器材与过程的操作。

2.根据权利要求1所述的基于前置式的移动增强现实型实验的设计方法，其特征在于步骤(1)所述的前置式实验环境设计具体包括如下步骤：

(1-1)移动终端基座的设计，基座用于将移动终端以一定的角度固定到实验操作台上，移动终端的前置摄像头采集基座前方实验操作区域内的识别图，基座的设计如下：

(1-1-1)基座应具有一定的稳定性，能够确保长时间支撑移动终端；

(1-1-2)基座与实验操作台之间的角度要能调节，该角度可影响移动终端采集的实验操作区域范围；

(1-2)反光镜设计，反光镜由平面镜和外壳两部分组成，放置在前置摄像头上方，利用反射原理使移动终端采集到基座前方区域内的识别图，调整外壳位置可获取不同的区域范围；反光镜的设计如下：

(1-2-1)平面镜设计，选取矩形作为标准形状，为了不遮挡前置摄像头的视锥体，其顶端要与移动终端的顶端保持一致；

(1-2-2)外壳设计，外壳要能够完全覆盖移动终端的前置摄像头，同时也要控制反光镜的识别区域，长方体外壳的长X、宽Y、高Z与平面镜长L、宽W、平面镜与外壳的夹角θ以及移动终端的厚度T有关，关系如下：

X＝L

Y＝cosθ*W+T

Z＝sinθ*Z；

(1-2-3)卡槽设计，在外壳上设置与移动终端厚度相等的空隙作为卡槽，用于将外壳固定在前置摄像头前；

(1-2-4)平面镜与外壳嵌入设计，在长方体外壳的内部内置一个倾斜的平面镜附合面，用于嵌入平面镜；

(1-3)实验操作区域，由移动终端、反光镜、基座、AR应用共同作用得到的区域，也是学习者进行交互操作的区域，该区域设计如下：

(1-3-1)前置环境生成，在移动终端的前置摄像头上放置反光镜，利用反射原理采集到屏幕前方实验操作区域的信息；

(1-3-2)移动终端的倾斜度设计，在实验操作台上以一定的角度倾斜放置移动终端，使学习者与移动终端之间保持一个良好的视角，该倾斜角度可以根据学习者的需要灵活调整；

(1-3-3)实验区域背景色设计，为了提高识别成功率，避免对实验操作产生干扰，实验操作台应尽量使用纯色背景；

(1-4)识别图卡片设计，基于“帧标记”的设计原则，制作带有黑白锯齿的识别图并在锯齿以外的其他区域绘制相应的实物器材，在此基础上设计实物卡片的材质，便于AR识别：识别图卡片设计如下：

(1-4-1)识别面的制作，基于“帧标记”的设计原则，制作带有黑白锯齿特征识别标志的识别图，在标志以外的区域绘制具有鲜明色彩的实物器材，提升实物卡片的美观和辨识度，方便AR识别；

(1-4-2)卡片背面设计，结合实验教学内容在背面上添加文字提示，提高实验操作效率；

(1-4-3)适配移动终端的实物卡片设计，为获取良好的实验操作体验，每个实物卡片的尺寸统一按照1:1的比例设计；

(1-4-4)实物卡片材质设计，采用磨砂材质设计实物卡片；

(1-4-5)实验操作区域可容纳实物卡片的数量，通过面积公式计算可得，投影区域为长方形，两组对边分别平行和垂直于移动终端，实验操作区域面积的计算公式为：

S＝a·b

a、b为实验操作区域的边长；

假设实物卡片数量n(n＝1,2,3...)为整数，面积设为S₁，得出计算公式为：

n＝S/S₁。