[发明专利]一种平抛运动虚实融合实验平台及方法

说明书

本发明公开了一种平抛运动虚实融合实验平台，包括平抛运动仪、高速相机、计算机和投影仪；还公开了一种平抛运动虚实融合方法，包括以下步骤：S1、高速相机连续拍摄小球下落的图像；S2、计算机对所述图像进行识别，获取小球各时刻在高速相机图像坐标系中的位置；S3、计算机将获取的小球各时刻在高速相机图像坐标系中的中心点位置转换成投影仪图像坐标系中的位置，并将投影仪图像坐标系中各位置对应的点拟合成曲线；S4、投影仪将拟合成的曲线投影至平抛运动仪上，进行虚实融合的呈现。本发明基于真实的实验设备与操作，在真实的实验数据基础上拓展实验，进行虚拟呈现。

技术领域

本发明涉及增强现实技术领域，具体涉及一种平抛运动虚实融合实验平台及方法。

背景技术

增强现实(简称AR)，是一种实时地计算摄像机影像的位置角度并加上相应图像的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。

目前市面上以增强现实技术为基础的实验教具应用仍不广泛，大多数还是通过点击手机屏幕或者使用电脑鼠标、键盘达到互动功能，现实感不强、互动效果差。通过该发明的教学资源辅助实验教学，学生可以利用真实的实验仪器的交互功能完成实验操作，并且在课下可以反复练习，弥补对实验过程认识的不足。

虚拟实验是指借助于多媒体、仿真和虚拟现实(简称VR)等技术在计算机上营造可辅助、部分替代甚至全部替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环境，实验者可以像在真实的环境中一样完成各种实验项目，所取得的实验效果等价于甚至优于在真实环境中所取得的效果。

现有的虚拟实验教学技术存在以下不足之处：现有的虚拟实验大多忽略了用户在实际操作中的手感，体验感不强，不便于中小学的实验教学。然而，本发明的这种平抛运动虚实融合实验平台很好的解决了这个问题。

例如公告号为CN207799975U的专利说明书中公开了一种物体移动轨迹演示系统，该系统包括图像采集模块、控制系统、图像处理模块、数据传输模块、多媒体教学系统，所述的图像采集模块与控制系统连接，所述的控制系统与图像处理模块连接，所述的控制系统、图像处理模块分别通过数据传输模块与多媒体教学系统连接。上述方案不足之处在于忽略了用户在实际操作中的手感，体验感不强。

随着我国经济的不断发展，对教育的重视程度也越来越高。教育部于2019年11月20日发布《关于加强和改进中小学实验教学的意见》，文中指出“对于因受时空限制而在现实世界中无法观察和控制的事物和现象、变化太快或太慢的过程，可用增强现实、虚拟现实等技术手段呈现”。

基于此背景，我们设计了《平抛运动虚实融合实验平台》，“实”——实体的实验设备、实际的实验操作、真实的实验数据；“虚”——虚拟的数据处理、虚拟的拟合曲线、虚拟的增强呈现。“基于现实，超越现实”是我们作品的核心设计理念。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种平抛运动虚实融合实验平台，能够基于真实的实验设备与操作，在真实的实验数据基础上拓展实验，增强实际操作中的手感和体验感。

本发明的另一个目的在于提供一种平抛运动虚实融合方法，能够通过增强现实技术将真实环境中不容易观察到的运动轨迹以虚实结合的方式呈现出来，让学生仍然保留实际操作的感受。

一种平抛运动虚实融合实验平台，包括：

平抛运动仪，用于进行小球平抛运动实验；

高速相机，用于连续拍摄小球下落的图像，并将图像传输到计算机；

计算机，用于分析高速相机连续拍摄的图像,获得小球各时刻的位置，并转换成投影仪图像坐标系中的点，最后将点拟合成曲线；

投影仪，用于将在计算机中拟合的曲线投影至平抛运动仪相应位置上。