[发明专利]一种基于增强现实的实物编程方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于增强现实的实物编程方法及系统。本方法为：按照当前任务和设定的语法规则摆放实物编程块，得到一实物编程块序列；移动端增强现实编程处理单元调用移动端的摄像头捕捉当前所述实物编程块序列的图像，根据实物编程块的ID和语义的对应表将从所述图像中识别出的实物编程块序列转化为对应的程序指令，并将程序指令的运行效果叠加在真实场景中，构造增强现实的编程环境。本发明通过将实物编程和增强现实环境相结合来提高了系统的趣味性和娱乐性。在编程阶段，通过增强现实技术来为用户提供视觉实时反馈从而来帮助用户更容易地进行编程。

技术领域

本发明属于人机交互领域，具体涉及到一种基于增强现实的实物编程方法及系统。

背景技术

随着信息技术的发展和普及，计算设备已经与人们的生活越来越息息相关，越来越多的儿童从小便有接触并使用计算机等计算设备的机会。随着儿童使用计算设备的深入，他们希望自己也能使用计算机开发自己的程序创作作品，传统的软件很难满足需求。国内外研究者也提出通过编程教育来让培养计算思维这一人人必备的技能。目前的编程教育系统主要分为图像化编程和实物编程两类，而实物编程通过实物交互的方式使得儿童的学习过程更加简单容易，更加适合低龄儿童的学习。

学习编程不仅对儿童的数学和科学知识方面有帮助，而且对语言、创造力和社交能力等方面的能力培养都有着积极的作用。而实物交互技术旨在利用人们与真实的物理世界互动形成的技能直接操纵和控制数字信息。儿童可以通过实物交互直接通过操作与计算设备进行交互，并且可以简化编程的过程，使得程序的结构更加直观、具体。因此，实物编程为儿童学习计算机编程提供了一条可行的途径。另一方面，随着增强现实技术的日趋成熟，基于增强现实的系统也提供给儿童体验新的交互方式的机会。

名称“一种便携式实物编程系统”(申请号：2013104147570)的专利申请公开了一种便携式的实物编程系统，其输入和输出均采用实物的方式，完全独立于电脑。名称“一种基于事件处理的实物编程工具”(申请号:201610686180.2)的专利申请公开了一种对机器人进行编程并传达事件处理概念的实物编程系统。以上专利采用了输入和输出完全实物化的方式，简化了儿童的操作和编程过程，提高了儿童的兴趣度。但是，以上专利有以下不足：儿童编程过程中缺少足够的实时反馈。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种基于增强现实的实物编程方法及系统。该编程系统包括若干实物编程块和一个移动端的增强现实程序。本发明通过将实物编程和增强现实环境相结合来提高了系统的趣味性和娱乐性。在编程阶段，通过增强现实技术来为用户提供视觉实时反馈从而来帮助用户更容易地进行编程。

本发明的系统框架如图1所示，包括交互层、内部处理层、数据资源层。其中，交互层是系统提供给用户的用户交互界面，会将用户放的实物编程块数据交给内部处理层进行处理并提供用户语音、图像和动画的输出。内部处理层会根据数据资源层的内容对数据进行识别封装解析并给出信息反馈，最后在交互层给出输出。

本发明的技术方案为：

一种基于增强现实的实物编程系统，其包括：

1)一套基于增强现实的实物编程环境。包括若干实物编程块和一个移动端增强现实编程处理单元。其中，实物编程块为3cm³的立方体积木块，表面为彩色贴图，这样既符合儿童抓取的习惯，又能吸引儿童的兴趣。移动端增强现实编程处理单元目前主要支持安卓系统，利用安卓设备的摄像头捕捉实物编程块序列的图像，将其转化为对应的程序指令，并在真实场景中叠加程序指令的运行效果，构造增强现实的编程环境。