[发明专利]儿童体感交互式学习系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及自然人机交互技术和多媒体计算机应用领域，更具体地说，涉及一种儿童体感交互式学习系统及方法。

背景技术

儿童教育对于提高国民素质具有重要的意义。儿童活泼好动，其心理特点是易于接受直观形象的事物，喜欢趣味性学习，喜欢以娱乐方式来学习知识。根据信息时代流行的建构主义学习理论，创建学习情境是提高学习兴趣的关键，知识不单是通过教师传授获得，更重要的是通过儿童在学习情境中主动构建事物之间的内在联系来获得。因此，儿童体感交互式学习系统十分适合于儿童对事物的探索，是儿童非常乐于接受的学习形式。特别是随着多媒体计算机应用的日益普及，利用多媒体计算机进行趣味性和寓教于乐的学习已成为儿童的主要课余学习方式。

目前，各类基于计算机的儿童交互学习系统都需要儿童停留在终端显示屏前面，通过触摸终端显示屏或用键盘和鼠标才能进行交互学习，不能够以儿童身体最自然的体态方式通过终端显示屏进行隔空交互学习，互动性差，学习单调乏味，更缺乏情感的交互，易使儿童产生学习疲劳，视力损害。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有儿童交互学习系统的不足与缺陷，提供一种儿童体感交互式学习系统及方法，从儿童知识学习、激发创造、虚拟实验和技能训练等方面，集实物仿真、创新设计和智能指导于一体，具有良好的自主性、交互性、可扩展性和安全性，让儿童在真实的学习环境中通过终端显示屏中隔空进行趣味性和寓教于乐的交互学习，操作简单，学习内容能够及时更新。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

儿童体感交互式学习系统，包括体感捕捉与追踪组件、体感交互学习行为智能处理模块、体感行为与学习资源数据库、PC主机、交互显示屏、音箱。

所述体感交互学习行为智能处理模块和体感行为与学习资源数据库集成在所述PC主机内。

所述PC主机分别与所述体感捕捉与追踪组件、交互显示屏及音箱连接；PC主机与体感交互学习行为智能处理模块、体感行为与学习资源数据库双向连接。

所述体感捕捉与追踪组件为儿童体感捕捉与追踪硬件集成，体感捕捉与追踪组件内包含有红外雷射光发送器、红外摄像头、3D景深摄像头及2只麦克风，用于捕捉儿童学习中的体态交互行为(肢体动作)和思维(语音)数据。

所述麦克风优选无指向矩阵麦克风。 

所述体感交互学习行为智能处理模块为内含算法的儿童体感捕捉与追踪的应用软件，体感交互学习行为智能处理模块内包含有体态行为智能分析与处理模块、语音特征智能分析与处理模块、交互行为综合处理与智能关联模块；体态行为智能分析与处理模块、语音特征智能分析与处理模块均与交互行为综合处理与智能关联模块双向连接；交互行为综合处理与智能关联模块分别与体态行为智能分析与处理模块及体感行为与学习资源数据库中的儿童体感行为数据库匹配后形成体态交互关联模型；交互行为综合处理与智能关联模块分别与语音特征智能分析与处理模块及儿童学习资源数据库匹配后形成语音交互关联模型。

所述体感行为与学习资源数据库为儿童体感交互学习行为数据库与根据儿童生理、心理行为和认知特点而精选的多媒体科普百科知识资源库，内包含有儿童体感行为数据库、儿童学习资源数据库，用于体感交互学习行为智能处理模块构建关联模型时提供儿童交互学习行为数据和相关学习对象。

所述PC主机具有儿童体感交互学习功能，体感交互学习行为智能处理模块和体感行为与学习资源数据库集成在所述PC主机内，儿童体感行为数据库包含有儿童体态行为和语音特征数据，形成智慧辨识能力，可有效地理解儿童的肢体动作和语音所代表的交互学习行为的涵义；儿童学习资源数据库包含有根据儿童的学习需要设计与开发的基于面向对象技术的体感交互式学习软件资源包，如自然和谐的交互式科普实验室、实时虚拟交互学习课堂、交互式多媒体电子书模块等海量的儿童多媒体学习资源。

所述交互显示屏为PC机通用显示屏，是儿童与体感交互式学习系统、多媒体科普百科知识资源库中学习对象学习交互的界面。

所述音箱为高保真组合音箱，是用来呈现儿童在交互学习过程的语音及音频信息。

儿童交互学习中存在人机互动，是儿童的体态动作与语音的融合方式。