[发明专利]一种桌面3D教育系统

说明书

本申请公开了一种桌面3D教育系统。该桌面3D教育系统包括：动作捕捉模块，通过光学动作捕捉技术获取桌面3D眼镜的六自由度信息和3D交互控制笔的六自由度信息，其中，桌面3D眼镜，包括快门式主动3D眼镜和4个反光标记点组成的刚体；桌面3D显示载体模块，与动作捕捉模块连接，并由主动式3D显示器组成；交互控制模块，包括3D交互控制笔，3D交互控制笔包括2个LED光源、惯性传感单元IMU和控制电路；显示模块，包括3D显示运算部分，与增强现实AR显示部分，3D显示算法部分用于获取桌面3D眼镜的位置信息，AR显示部分，包括高清摄像头，以捕捉真实的场景，并显示虚拟物体与真实场景相结合的画面。

技术领域

本发明涉及虚拟现实领域，尤其涉及一种桌面3D教育系统。

背景技术

桌面3D交互系统，是一种显示屏上的3D交互，是沉浸式虚拟现实(virtualreality，VR)的一种表现形式。它牺牲了一部分的沉浸感，使用更加轻便和开放的3D显示设备，让原有的平面的三维模型，有一种出屏感。获得一种较为真实的立体视觉。桌面3D交互系统是一个能在现实感官环境下与虚拟物体交互的新型教育实训平台，将传统平面化教育立体化展现。通过增强现实(augmented reality，AR)显示模块丰富3D立体展示形式，除了操作者可以直观感受虚拟的3D物体，其他人也可以通过AR显示模块观察立体的操作过程，极大的丰富了桌面3D交互系统作为教育平台的应用，丰富教育手段。

而现在有的桌面3D技术，大多采用被动立体技术，立体感不强。因为技术原理的问题，要牺牲一半的亮度，使用环境较为局限，需要环境光较暗。用户的体验感不佳，且现在大多数桌面3D交互系统都是采用一体化设计，配置固定，不能随着技术的进步进行升级，且成本过于高昂不利于教学等环境。交互功能中的定位技术较差，不能满足高精度定位，精细操作要求。

发明内容

本申请的目的在于提供一种桌面3D教育系统，能够立体地在桌面呈现教育过程。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种桌面3D教育系统。该桌面3D教育系统包括：动作捕捉模块，通过光学动作捕捉技术获取桌面3D眼镜的六自由度信息和3D交互控制笔的六自由度信息，其中，所述桌面3D眼镜，包括快门式主动3D眼镜和4个反光标记点组成的刚体；桌面3D显示载体模块，与所述动作捕捉模块连接，并由主动式3D显示器组成；交互控制模块，包括所述3D交互控制笔，所述3D交互控制笔包括2个LED光源、惯性传感单元IMU和控制电路；显示模块，包括3D显示运算部分，与增强现实AR显示部分，所述3D显示算法部分用于获取所述桌面3D眼镜的位置信息，所述AR显示部分，包括高清摄像头，以捕捉真实的场景，并显示虚拟物体与真实场景相结合的画面。从而能够立体地在桌面呈现教育过程。而且不需要牺牲一半的亮度，提高用户的体验感。

可选的，结合第一方面，所述桌面3D教育系统还包括：控制模块，包括运算主机，以及与所述运算主机相应的计算软件，用于数据计算、合成处理的数据，以及运行相应的软件。

可选的，结合第一方面，所述显示模块，还包括：桌面3D视角跟踪部分，用于获取所述3D眼镜的六自由度信息，以结合3D立体显示技术计算合适的画面，并根据所述3D眼镜的位置信息实时调整画面，将虚拟的内容在显示载体屏幕前方立体化呈现。

可选的，结合第一方面，所述3D交互控制笔，采用光惯融合的技术方案，以获取稳定的六自由度信息，其中，采用动作捕捉方式捕捉所述3D交互控制笔的标记点，以获得所述3D交互控制笔的位置三自由度信息，采用交互笔中的IMU提供旋转三自由度信息。

可选的，结合第一方面，所述桌面3D教育系统还包括，3D交互内容，通过所述交互控制笔的六自由度信息和按键控制命令，以控制所述3D交互内容虚拟物体的选取、移动、旋转操作。

可选的，结合第一方面，所述动作捕捉模块，具体包括双目相机和数据处理软件，用于捕捉所述桌面3D眼镜的位置信息，以提供高精度低延迟的三自由度位置信息。