[发明专利]一种光电效应实验的虚实结合展示系统及方法

权利要求书

1.一种光电效应实验的虚实结合展示系统，其特征在于，包括：真实场景捕获模块、虚实融合模块和交互操作模块；

真实场景捕获模块，设计并制作光电效应实验的虚拟三维模型；将已划分出虚拟按钮区域的自然图像卡片置于桌面上，通过摄像头实时捕获桌面上的自然图像卡片，得到实时捕获的真实场景；

虚实融合模块，将所述虚拟三维模型叠加到实时捕获的真实场景中，进行虚实融合；虚实融合中计算所述自然图片卡片的空间位置和方向，并映射到已建立的虚拟三维模型上，使虚拟三维模型的位置和方向产生对应的变化，将变化后的所述虚拟三维模型与摄像头捕获的真实场景实时合成后得到虚实融合场景；

交互操作模块，用户用手或者笔遮挡自然图像卡片上所划分出的虚拟按钮区域中的一个，摄像头实时监控所述自然图像标记上的虚拟按钮区域中哪一个被遮挡，自动改变相应的参数即时生成对应的实验现象，并将实验数据实时显示在虚实融合场景上。

2.根据权利要求1所述的光电效应实验的虚实结合展示系统，其特征在于：真实场景捕获模块中，所述光电效应实验的虚拟三维模型包括虚拟光电效应实验的光电管、虚拟滑动变阻器、虚拟电压表、虚拟电流表以及虚拟电源；依据学习者学习需要，按电路图进行虚拟电器元件的连接，虚拟滑动变阻器和虚拟电源构成回路，虚拟光电管与虚拟电流表串联并与虚拟电压表并联联入电路回路中。

3.根据权利要求1所述的光电效应实验的虚实结合展示系统，其特征在于：真实场景捕获模块中，所述摄像头为计算机的摄像头，或手机、平板移动设备自带的摄像头。

4.根据权利要求1所述的光电效应实验的虚实结合展示系统，其特征在于：真实场景捕获模块中，所述自然图像卡片为与光电效应实验相关的表征图像，并将其划分为不同区域，中间的一个区域用以标记空间位置和方向，四周的若干个区域用作设置虚拟按钮，用以控制实验所涉及的光强、光频以及光电管两侧的电压参数。

5.根据权利要求1所述的光电效应实验的虚实结合展示系统，其特征在于：真实场景捕获模块中，所使用的自然图像卡片是彩色自然图像，而不是无意义的二维黑白条形或块状码。

6.一种光电效应实验的虚实结合展示方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)设计并制作光电效应实验的光电管、滑动变阻器、电压表、电流表以及电源的虚拟三维模型；

步骤(2)将已划分出虚拟按钮区域的自然图像卡片置于桌面上；

步骤(3)捕获自然图像卡片，将虚拟三维模型叠加到实时捕获的真实场景中；

在真实场景中，通过计算机的摄像头，或手机、平板等移动设备自带的摄像头实时捕获桌面上的自然图像卡片；在虚实融合过程中计算所述自然图片卡片的空间位置和方向，并映射到已建立的虚拟光电管、虚拟滑动变阻器、虚拟电压表、虚拟电流表以及虚拟电源等三维模型上，使虚拟三维模型的位置和方向产生对应的变化，将变化后的虚拟三维模型与摄像头捕获的真实场景实时合成后得到虚实融合场景；

步骤(4)用户用手或者笔遮挡自然图像卡片上所划分出的按钮区域中的一个，摄像头实时监控所述自然图像标记上的特定虚拟按钮区域中哪一个被遮挡，自动改变相应的参数即时生成对应的实验现象，并将实验数据实时显示在虚实融合场景上。