[发明专利]基于MAR的机械制图移动端助学系统

说明书

本发明提出基于MAR的机械制图移动端助学系统，包括虚拟三维模型资源库、二维工程图样资源库、AR图形识别模块、人机交互模块；虚拟三维模型资源库存储有机械制图的学习所需机械实例的三维模型，该三维模型各视角的二维视图存储于二维工程图样资源库中；AR图形识别模块通过摄像头采集课程中二维的视图信息，并根据所采集的视图信息检索二维工程图样资源库中对应的机械实例，然后根据检索结果从虚拟三维模型资源库查询对应的三维模型并在移动终端展示，用户通过对移动终端的人机交互模块的触控操作来与展示的三维模型进行人机交互；本发明可供学生随时随地进行练习，增加了学校课堂教学的延伸性，为机械制图课程的教学提供一种全新的教学手段和方法。

技术领域

本发明涉及教学辅助技术领域，尤其是基于MAR的机械制图移动端助学系统。

背景技术

机械制图课程是普通高等院校工科专业一门重要的技术基础课，它主要研究工程与产品信息表达、交流与传递设计思想，目的是培养学生具有一定的识图、读图和制图的能力，重点和难点是二维视图与三维模型之间的转换，尤其是从二维视图到三维模型之间的映射。很多学生很难从平面的视图想像出其三维的效果。

当前教学实践过程中，为了提高学生在二维视图与三维模型之间转换的能力，加强学习者对立体模型的理解，主要有以下途径：（1）老师携带木模进行课堂教学演示和多媒体课件播放；（2）建立基于VR或AR的虚拟实验室；（3）利用三维CAD软件创建对应的三维模型。尽管上述手段也极大地提高了教学效果，但木模资源有限、携带不方便且成本高；基于VR或AR的虚拟实验室或三维CAD软件的展示环境都依赖PC终端，甚至需要智能显示设备的帮助，因此在易用性和交互方式上仍有很大的改善空间。

MAR是将AR技术应用到智能手机和IPAD上的新阶段产物，近几年随着智能手机的爆发式增长，MAR成为人们的研究热点，其在教育、机械、维修、工程、军事、娱乐、旅游等领域上有诸多应用。

本发明通过将MAR技术引入机械制图教学，开发机械制图移动端助学系统，运用AR技术将模型呈现在移动端，结合实际教学需要增加相应的交互操作，为学生提供一种沉浸式学习环境，提高学习效率。

发明内容

本发明提出基于MAR的机械制图移动端助学系统，可供学生随时随地进行练习，增加了学校课堂教学的延伸性，在推动教学基础设备的质量提升，降低教学成本的情况下，提高机械制图的教学效果，为机械制图课程的教学提供一种全新的教学手段和方法。

本发明采用以下技术方案。

基于MAR的机械制图移动端助学系统，采用基于移动终端的AR技术来辅助机械制图课程的学习，包括虚拟三维模型资源库、二维工程图样资源库、AR图形识别模块、人机交互模块；所述虚拟三维模型资源库存储有机械制图的学习所需机械实例的三维模型，该三维模型各视角的二维视图存储于二维工程图样资源库中；所述AR图形识别模块通过移动终端摄像头采集课程中二维的视图信息，并根据所采集的视图信息检索二维工程图样资源库中对应的机械实例，然后根据检索结果从虚拟三维模型资源库查询对应的三维模型并在移动终端展示，所述用户通过对移动终端的人机交互模块的触控操作来与展示的三维模型进行人机交互。

所述虚拟三维模型资源库中的三维模型为机械制图课程的教材和习题册中例题及习题所对应的机械实例形体的三维模型，由三维建模软件SolidWorks和3DS Max建立；所述二维工程图样资源库中的二维视图利用绘图软件AutoCAD绘制；所述移动终端为Android移动智能手机或IPAD。

所述助学系统还包括题目选择模块，其用于根据机械制图课程的习题册中的章节、页码和题目创建相对应的选择按钮，以及“开始使用”按钮、“返回”按钮和“退出”按钮。

所述助学系统还包括用于演示装配体的拆装过程和工作原理动画的装配体拆装与工作原理演示模块；当机械实例的三维模型为装配体时，用户通过装配体拆装与工作原理演示模块，以人机交互方式自由拖拽装配体的零件进行虚拟拆装，以及控制装配体的运动。