[发明专利]混合现实的教学环境、教师、教具互动系统及互动方法

说明书

本发明提供一种混合现实的教学环境系统及互动方法，其中，至少包括一个AR显示设备，AR显示设备根据真实环境的空间尺寸，提供用于显示覆盖于真实环境的不同教学环境相关内容选项的虚拟环境，以及根据真实教师的影像/图像，提供用于显示虚拟教师的影像/图像，以及根据真实教具，提供用于显示由真实教具触发的3D虚拟教具，用户通过使用AR显示设备分别与虚拟教师及3D虚拟教具进行教学互动。有益效果：满足多维交互体验的实践教学需求，不受时间和空间的限制，同时在教学环境内能够提升小朋友对事物的兴趣，能够吸引小朋友能够学习和参与到教学中，有效打破实景实践瓶颈，能解决城乡教育资源不均衡问题。

技术领域

本发明涉及学校教育领域，尤其涉及一种混合现实的教学环境、教师、 教具互动系统及互动方法。

背景技术

随着科技的进步，AR(augmented reality，增强现实技术)、VR(virtual reality，虚拟现实技术)及MR(mixed reality，混合现实技术)技术在中国 处于起步阶段，但市场前景却相当广阔，发展潜力巨大。并且随着互联网行 业的快速发展，AR、VR及MR技术也开始普遍发展。

在学前教育领域中，VR技术的应用却远远滞后于产业技术的发展。学 前教育是受教育者的基础教育，对其一生的影响十分深远，《中国儿童发展 纲要(2011-2020)》中明确指出，“要加快发展3-6岁儿童学前教育，优化 教育资源，拓展数字化学习的空间，全面推进教育现代化和信息化”，进一步 提升学前教育的质量，把VR技术运用到学前教育中便成为必然。

目前，传统的AR实现方式如图1所示，其AR显示系统包括显示设备、 摄像头以及运行AR软件平台终端，其过程为首先通过摄像头识别教师手持 的标识模型，然后传输至运行AR软件平台终端并对标识模型进行处理，以 通过显示设备呈现叠加在现实长金总的虚拟模型。将VR技术运用到学前教 育中还需解决以下问题，(1)如何让优质幼儿教育资源向农村地区、边远地 区、贫困地区和民族地区覆盖，其中，具体的技术问题是小朋友怎样能够感受虚拟的幼儿园环境、教师、玩伴、玩具等，并且怎样与虚拟教师、虚拟玩 伴和虚拟玩具进行互动；(2)传统培训方式受限于场地、时间、资料、经费 等因素，呈现效率不高、持续性弱，不利于学员理解、消化，深化创新；(3) 缺乏针对课程执教讨论交流和展示自我的平台，成就感、荣誉感需要舞台， 这也是教师教学能动性和创造性的动力之源；(4)受限于培训师资人力与精 力瓶颈，培训师资跟不上发展需求。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种混合现实的教学环境、教 师、教具互动系统及互动方法。

具体技术方案如下：

本发明提供一种混合现实的教学环境互动系统，其中，至少包括一个AR 显示设备，所述AR显示设备根据真实环境的空间尺寸，提供用于显示覆盖 于所述真实环境的真实地面、真实墙面和真实顶棚的不同教学环境相关内容 选项的虚拟地面、虚拟墙面和虚拟顶棚，所述虚拟地面、所述虚拟墙面及所 述虚拟顶棚组成一虚拟环境。

优选的，所述AR显示设备包括一第一图像采集模块与一第一传感器模 块；

所述第一图像采集模块，用于获取所述真实环境的图像信息；

所述第一传感器模块，用于获取所述AR显示设备的状态信息，以及相 对于所述AR显示设备的所述真实环境的状态信息。

优选的，所述第一图像采集模块包括一3D扫描仪或TOF摄像头；

所述3D扫描仪或TOF摄像头，用于采集所述真实环境内的图像信息、 距离信息及尺寸信息，并根据所述图像信息、所述距离信息及所述尺寸信息 来识别用户与所述真实环境的实时相对位置状态。

优选的，所述第一传感器模块包括一角速度传感器、一陀螺仪或IMU传 感器；