[发明专利]适用于AR教育应用的教学内容配置与交互方案实施的方法

说明书

本发明涉及一种适用于AR教育应用的教学内容配置与交互方案实施的方法。首先，系统开发者预先在客户端进行交互方案的设计，随后由教师在服务端通过Web页面进行教学内容的配置与规范，最后将教学数据发送至客户端，由客户端采用相应的交互方案进行实施，渲染生成的虚拟场景交由学生使用。本发明采用了客户端/服务端的架构与增强现实教育应用的理念，通过服务端网页配置教学内容并在客户端实施交互方案，进而呈现出一套可供学生学习的增强现实场景，最终根据教师的意愿对学生所学习的增强现实课程进行自主设计与管理。

技术领域

本发明涉及一种适用于AR教育应用的教学内容配置与交互方案实施的方法。

背景技术

现有增强现实教育相关专利：

1、专利号：CN201911221301.6，专利名称：一种基于智能手机的便携式增强现实医学图像观察辅助设备。

该专利提供了一种基于智能手机的便携式增强现实医学图像观察辅助设备，通过设备内置的数据处理系统，将智能手机屏幕呈现出的图像源和现实环境中物体与现实物体同时呈现在人眼中，达到增强现实的交互效果。该专利注重对医学图像处理与呈现，但是信息数据与AR效果全部都由辅助设备来实现，这无疑增加了设备的重量与运行负担。而本发明所设计的方案为前后端分离的架构模式，大部分资源的存储和数据的处理都在服务器端实现，减小了客户端应用程序的体积，降低了客户端硬件设备的运行开销，有利于应用程序的普及。

2、专利号：CN201911049722.5，专利名称：一种基于增强现实技术的智慧课堂。

该专利提供一种基于增强现实技术的智慧课堂，通过增强现实、图像 识别和大数据等技术实现移动设备上的3D动态效果，通过动画、微课、仿真模型的交互操作等形式为学生提供了较好的学习体验。该专利注重AR交互的实现效果，然而定制化的教学交互方案在一定程度上也失去灵活性，即无法满足教师随时对已有方案进行调整的需求。本方案中对于AR交互效果进行了通用化的设计，教师可以通过服务器端的Web页面直接对交互方案进行及时修改，无需通过专门的教学内容制作方对应用进行重新开发。这能够极大地提高了教学调整的可操作性，同时体现了AR交互效果的多样性。此外也降低了教学内容的定制成本，减少了教学内容的制作周期。

增强现实（Augmented Reality，AR）技术是一种将计算机的数字信息与真实环境相结合的一种技术，通过将虚拟物体与真实场景相叠加，使得体验者完全沉浸在虚实结合的情境中。该技术的沉浸体验、虚实结合、浸润学习的特点使得越来越多的人将其运用到教育领域。教育专家通过AR技术与教育相结合，孕育出新形态的教学方法，借此提高教学质量。

对于如何配置增强现实教育应用系统中对教学内容的存储、处理与呈现，现有的技术方案存在下列两点问题：

（1）为了强化交互体验的视听知觉感官刺激的效果，现有的增强现实教育应用系统大多数针对教师具体的教学需要进行封闭式的开发与制作，从客观上难以兼顾教师对教学内容再创新的潜在需求。其原因在于，教师对教学内容的设计意见只能在应用程序开发完成之前提出。在应用程序完成定制并投入教学运用后，当出现问题需要对教学内容进行调整时，教师只能把新的需求提供给系统开发者重新调整与部署。此过程大大增加了增强现实教育应用系统的开发时间与使用成本，从另一个角度上限制了教学策略的灵活实施。

（2）现有的增强现实教育应用系统多数采用“离线模式”，即无需云端的数据支持，教学内容的配置与交互的部署在客户端无法及时修改。这导致许多教学内容的存储和处理都分布于客户端，一方面使得客户端程序较为臃肿；另一方面，数据处理与渲染并行使得尤其硬件资源本就有限的移动终端的任务执行效率降低，影响用户的使用体验。此外，教育数字化的发展态势促进了人工智能、大数据等新技术与教育领域的紧密结合，而这些技术有赖于分布式计算与高性能数据处理的硬件支持，从技术迭代与进化的角度上看，原有的教学内容配置与交互方案实施的固有缺陷更需要云端的数据处理能力来分担客户端的运行成本。

发明内容