[发明专利]一种多感官可重构的有形桌面交互系统

说明书

本发明涉及一种多感官可重构的有形桌面交互系统。本发明包括有形桌面实体交互模块，扫描软件端和应用程序端，有形桌面实体交互模块作为信号输入端，包括智能底板和智能积木模块；智能底板用于识别放在其表面的智能积木模块并将信息通过串口传给扫描软件。扫描软件端用于信号处理，接收有形桌面实体交互模块传输的信号，将信息处理后发给应用程序端，再将应用程序端的信号传回给有形桌面实体交互模块。应用程序端作为信息输出端，多感官交互应用可根据需求进行定制。本发明可以重构智能积木模块，不同积木顶片和底片的组合可拼接出多种功能的智能积木，堆叠层数不受限制。利用磁吸原理使积木堆叠更加简单易上手的同时保证了电力和通讯的稳定连接。

技术领域

本发明属于人机交互技术领域，涉及一种多感官可重构的有形桌面交互系统。

背景技术

在孩子的早期大脑发育期间，许多认知、社会和情感的发展都是通过建设性的游戏和探索环境来培养的。例如，玩具积木有助于提高儿童的空间想象力和动手能力。尽管传统积木玩具有这些好处，但如果这些积木能够被赋予智能感知能力和多感官的反馈，这将会更好地帮助孩子们探索周围的世界，使儿童能够自然地学习、探索和发现世界，同时获得身体、社交、智力和创造性的好处。目前市面上有一些电子积木相关的产品，但是现有的电子积木反馈形式单一，缺少互动性。而且积木模块的外观和功能结构固定，缺乏灵活性的配置。

有形用户界面(TUIs)提供了一种新型的交互方式，在增强现实的视角下将物理对象与数字对象结合起来，形成一个物理和虚拟世界之间的无缝融合的交互空间。TUIs的理念是让数字信息变得有形，有形用户界面“试图使计算机交互更像与真实的、非数字世界的交互”。TUIs的优势之一是其简单直观的操作，允许用户通过与物体之间自然的、触觉的交互来操纵数字信息。有形桌面系统利用嵌入互动元素和多感官反馈的有形模块，是一个允许与真实物体互动的界面，可被用于促进孩子们的精细动作协调和认知发展。这些智能模块有能力感知孩子的抓握、插拔等手部操作，在学习过程中利用儿童的多种感官，通过视觉、听觉和触觉等形式的提示提供情境感知反馈。

数字增强可以传达物理世界中不可能表现的信息，这也提供了加强儿童进一步的探索、发现、反思和合作的机会。然而，要做到鼓励孩子通过新颖的物理-数字耦合来促进学习和理解，需要设计开放式的、具有启发性的系统。但是目前几乎没有相关的有形交互产品和系统，可以用来设计丰富多样的教育游戏，提供量身定制的多感官教学。因此，本发明提供一种多感官可重构的有形桌面交互系统，通过触觉、物理感知与实物交互实现自由的3D堆叠、交互控制和上下文感知反馈。富有创造力的教育者和应用程序设计者可以通过该有形桌面交互系统创造独一无二的交互体验。

发明内容

本发明的目的就是提供一种多感官可重构的有形桌面交互系统，用于量身定制多感官(视觉、听觉、触觉)交互游戏，操作简单，配置灵活，可玩性高。

本发明包括有形桌面实体交互模块，扫描软件端和应用程序端，所述的有形桌面实体交互模块作为信号输入端，包括智能底板和智能积木模块；智能底板用于识别放在其表面的智能积木模块并将信息通过串口传给扫描软件。所述扫描软件端用于信号处理，扫描软件接收有形桌面实体交互模块传输的信号，将信息处理后发送给应用程序端，再将应用程序端的信号传回给有形桌面实体交互模块。所述应用程序端作为信息输出端，根据用户需求设置不同场景和功能应用程序。

所述的智能底板包括感应模块和通信模块，感应模块包括多个导电触面，用于定位、识别放在其表面的智能积木，通信模块用于实现与扫描软件的信息通讯。

所述的智能积木模块包括基础底片、堆叠底片、基础顶片和堆叠顶片，根据用户需求进行积木拼接。基础底片、堆叠底片内设置有用于存储信息的微控制器，微控制器用于存储积木的ID信息，并通过弹簧顶针与智能底板通信模块连接，实现信号通讯；基础顶片上设置有用于感应手指触摸的触摸开关和震动马达；堆叠顶片上设置有用于感应堆叠在上方的积木模块的导电触面。基础底片和基础顶片、堆叠底片和堆叠顶片通过上下插拔的方式拼接。