一種基于eon的輔助教學(xué)系統(tǒng)及教學(xué)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于虛擬現(xiàn)實以及教育領(lǐng)域，涉及一種教學(xué)系統(tǒng)，特別涉及一種基于EON的輔助教學(xué)系統(tǒng)及教學(xué)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的教學(xué)方式是利用課本、板書來向?qū)W生傳授知識，這種方式很容易導(dǎo)致學(xué)生尤其是工科類學(xué)生思維停留在理論層次上，不能從實際應(yīng)用角度對所學(xué)知識有一個更全面的認(rèn)識。
[0003]隨著多媒體技術(shù)的廣泛應(yīng)用，目前絕大多數(shù)高校采用多媒體教學(xué)，極大地彌補了傳統(tǒng)教學(xué)方式的不足。但是，這種教學(xué)方法對于高校工科類尤其是機(jī)械方面的學(xué)生仍然存在一定的局限性。例如:要想了解機(jī)械產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、組成部分、工作原理等，只是靠通過幻燈片講解或觀看相關(guān)視頻，是不能達(dá)到要求的，還需要實際動手對該機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行拆卸、裝配等操作，才能全面地認(rèn)識它。然而，許多高校用于學(xué)生實踐教學(xué)的機(jī)械設(shè)備有限，并且學(xué)生在實際動手操作時很容易損壞設(shè)備。因此，需要一種既有助于提高學(xué)生動手操作能力又成本低廉的輔助教學(xué)系統(tǒng)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于EON的輔助教學(xué)系統(tǒng)及教學(xué)方法，該教學(xué)系統(tǒng)能夠彌補高校在學(xué)生實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的不足，有助于提高學(xué)生的動手操作能力，具有操作簡單、成本低廉、效果顯著的特點。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0006]—種基于EON的輔助教學(xué)方法，包括以下步驟:
[0007]I)建立機(jī)械產(chǎn)品的三維模型，建好后將其導(dǎo)入EON Stud1中；
[0008]2)在EON Stud1中，利用其功能節(jié)點和元件完成運動仿真、動畫演示、3D演示的設(shè)置；
[0009]3)建立虛擬手三維模型，并且將其導(dǎo)入到EON Stud1中；
[0010]4)在Visual C++中，建立應(yīng)用程序，使Visual C++與EON Stud1建立通信；然后使數(shù)據(jù)手套與虛擬手三維模型建立通信，完成手動拆卸和手動裝配的功能；
[0011]5)將投影儀和投影屏幕分別連接在計算機(jī)上，同時將位置跟蹤器和數(shù)據(jù)手套連接在計算機(jī)上，并且使位置跟蹤器的一端連接在數(shù)據(jù)手套的腕部，虛擬手與數(shù)據(jù)手套建立通信后，通過位置跟蹤器實現(xiàn)虛擬手三維模型的上下、前后、左右的移動以及轉(zhuǎn)動，數(shù)據(jù)手套根據(jù)虛擬手的手勢變換來實現(xiàn)抓取、釋放機(jī)械產(chǎn)品三維模型的動作。
[0012]所述步驟3)中建立虛擬手三維模型的具體過程是:根據(jù)對人手結(jié)構(gòu)和運動的分析，利用Creator三維建模軟件進(jìn)行建模。
[0013]所述步驟3)建立虛擬手三維模型的具體過程是:虛擬手的形狀是根據(jù)人手的真實形狀確定的，虛擬手的形狀包含手腕、手掌、手指和關(guān)節(jié)部分；虛擬手的5個手指包括關(guān)節(jié)和指節(jié):大拇指有3個指節(jié)和2個關(guān)節(jié)，3個指節(jié)分別是近端指節(jié)、遠(yuǎn)端指節(jié)和掌骨節(jié)；2個關(guān)節(jié)分別是連接近端指節(jié)與遠(yuǎn)端指節(jié)的關(guān)節(jié)以及連接近端指節(jié)與掌骨節(jié)的關(guān)節(jié)；其余四個手指都有三個指節(jié)，分別為近端指節(jié)、中間指節(jié)和遠(yuǎn)端指節(jié)，以及連接近端指節(jié)與中間指節(jié)、中間指節(jié)與遠(yuǎn)端指節(jié)、近端指節(jié)與掌骨節(jié)的三個關(guān)節(jié)，利用Creator三維建模軟件進(jìn)行建模。
[0014]所述步驟4)中數(shù)據(jù)手套與虛擬手建立通信的過程具體如下:首先，識別數(shù)據(jù)手套以及選定一個USB接口來接入數(shù)據(jù)手套，然后使數(shù)據(jù)手套的每一個手指及其關(guān)節(jié)與虛擬手三維模型相對應(yīng)的手指及關(guān)節(jié)建立通信，從而實現(xiàn)人的手指運動與虛擬手三維模型的手指運動的同步。
[0015]進(jìn)行步驟5)前，設(shè)置碰撞檢測機(jī)制，使得虛擬手接觸到機(jī)械產(chǎn)品時，虛擬手不穿透與它接觸的機(jī)械產(chǎn)品。
[0016]包括計算機(jī)、投影儀、投影屏幕、數(shù)據(jù)手套、3D眼鏡以及位置跟蹤器，投影儀分別與計算機(jī)、投影屏幕連接，數(shù)據(jù)手套、3D眼鏡以及位置跟蹤器都分別連接在計算機(jī)上，并且位置跟蹤器與數(shù)據(jù)手套相連。
[0017]所述位置跟蹤器連接在數(shù)據(jù)手套的腕部。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0019]I)本發(fā)明通過建立機(jī)械產(chǎn)品的三維模型和虛擬手的三維模型，通過位置跟蹤器實現(xiàn)虛擬手三維模型的上下、前后、左右的移動以及轉(zhuǎn)動，數(shù)據(jù)手套根據(jù)虛擬手的手勢變換來實現(xiàn)抓取、釋放機(jī)械產(chǎn)品三維模型的動作，即通過動畫演示，使學(xué)生對老師所講述內(nèi)容，如機(jī)械產(chǎn)品(零件、模具、汽車模型等)的組成部分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、拆裝順序等，從整體上有一個了解，為進(jìn)一步地學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)；通過3D演示部分，學(xué)生可以通過3D眼鏡，對機(jī)械產(chǎn)品的組成部分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、拆卸過程、裝配過程等從立體的角度，有一個全新地認(rèn)識。學(xué)生可以模擬機(jī)械產(chǎn)品的運動方式，掌握它的工作原理；通過手動裝配和手動拆卸，使得學(xué)生可以對機(jī)械產(chǎn)品的裝配過程有一個全面的認(rèn)識；本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)動畫演示、手動拆卸、手動裝配、運動仿真、3D演示的目的，彌補了目前高校在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的不足，使學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識的同時可以動手操作，有助于學(xué)生深化理論知識、提高實踐應(yīng)用能力。
[0020]2)本發(fā)明與同類虛擬現(xiàn)實教學(xué)系統(tǒng)相比，所需部件較少，并且可以極大地減少編程的數(shù)量，原理易于理解，極適宜推廣，可以面向大多數(shù)機(jī)械類高校、與機(jī)械相關(guān)的企業(yè)等企事業(yè)單位。
[0021]3)本發(fā)明的教學(xué)系統(tǒng)不需要特別昂貴的設(shè)備、成本較低，具有易學(xué)易用的優(yōu)勢，并且沉浸性好、人機(jī)交互性強(qiáng)，極適合用于機(jī)械類高校學(xué)生的實踐教學(xué)部分。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明一種基于EON的輔助教學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0024]參見圖1，一種基于EON的輔助教學(xué)系統(tǒng)，包括計算機(jī)1、投影儀2、投影屏幕3、數(shù)據(jù)手套4、位置跟蹤器6和3D眼鏡5。投影儀2分別與計算機(jī)1、投影屏幕3連接，數(shù)據(jù)手套4、3D眼鏡5以及位置跟蹤器6都分別連接在計算機(jī)I上，并且位置跟蹤器6與數(shù)據(jù)手套4相連，同時位置跟蹤器6連接于數(shù)據(jù)手套4的腕部。所述計算機(jī)上安裝有EON Stud1和Visual C++這兩個軟件，EON Stud1用于機(jī)械產(chǎn)品的三維模型的“運動仿真”、“動畫演示”、“3D演示”、手動拆卸、手動裝配這五個教學(xué)功能的設(shè)置；ViSiml C++—方面用于Windows應(yīng)用程序的開發(fā)，另一方面用于與EON Stud1進(jìn)行通信，將EON文件集成起來。
[0025]—種基于上述教學(xué)系統(tǒng)的基于EON的輔助教學(xué)方法，包括以下步驟:
[0026]I)首先，將虛擬現(xiàn)實軟件EON Stud1安裝在計算機(jī)上，并且將其激活；同時，把Visual C++也安裝在計算機(jī)上。
[0027]2)在CAD軟件、Solidfforks或Pro/E中建立機(jī)械產(chǎn)品的三維模型，建好后將其導(dǎo)AEON Stud1中；在導(dǎo)入過程中EON Stud1利用其自帶的格式轉(zhuǎn)換插件(這個插件是EONStud1自帶的用于格式轉(zhuǎn)換的一個插件)將CAD文件的格式轉(zhuǎn)換為所需的面片格式，不需要再利用其它軟件進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換。
[0028]3)在EON Stud1中，利用其功能節(jié)點和元件完成“運動仿真”、“動畫演示”、“3D演示”這三個模塊的設(shè)置。其中:
[0029]EON Stud1中的功能節(jié)點和元件是被封裝的一段程序代碼，因此可以不用通過編程就可以完成所需要的功能。
[0030]下面是“運動仿真”、“動畫演示”、“3D演示”這三個模塊的具體設(shè)置過程:
[0031]在運動仿真模塊，主要用到Rotate節(jié)點、Place節(jié)點、ClickSensor節(jié)點。將Rotate節(jié)點、Place節(jié)點這兩個節(jié)點分別拖動到需要仿真的零件節(jié)點下，雙擊Rotate節(jié)點，在彈出的屬性窗口中設(shè)置零件繞X軸、Y軸或者Z軸做旋轉(zhuǎn)運動的旋轉(zhuǎn)軸以及時間；雙擊Place節(jié)點，在彈出的屬性窗口中設(shè)置零件沿X軸、Y軸或者Z軸做直線運動的距離以及時間；將ClickSensor節(jié)點拖動到場景節(jié)點下，然后雙擊ClickSensor節(jié)點，在彈出的屬性窗口中設(shè)置以鼠標(biāo)的哪個按鍵(左鍵、右鍵或者中鍵)，觸發(fā)零件的仿真運動。
[0032]在動畫演示模塊，主要用到Place節(jié)點、2DText節(jié)點以及ClickSensor節(jié)點。同樣，將這三個節(jié)點拖動到零件節(jié)點下，然后對其屬性進(jìn)行設(shè)置。雙擊Place節(jié)點，在彈出的屬性窗口中設(shè)置零件沿X軸、Y軸或者Z軸做直線運動的距離以及時間；雙擊2DText節(jié)點，在彈出的屬性窗口中設(shè)置文本框的大小、位置以及字體的大小、顏色；雙擊ClickSensor節(jié)點，在彈出的屬性窗口中設(shè)置以鼠標(biāo)的哪個按鍵(左鍵、右鍵或者中鍵)，觸發(fā)零件的動畫演示模塊。
[0033]在3D演示模塊，需要將EON Stud1的顯示屬性設(shè)置為3D形式，這一部分需要用到Viewport節(jié)點，將其拖動到場景節(jié)點下，雙擊該節(jié)點，在彈出的屬性窗口中設(shè)置顯示形式為3D形式；同時在NVIDIA控制面板中設(shè)置以3D形式顯示，并且需要用到立體投影儀和3D眼
Ho
[0034]4)在Visual C++中，建立應(yīng)用程序，并且將EON Stud1提供的EonX控件添加到應(yīng)用程序的控件工具箱中，使Visual C++與EON Stud1建立通信。在Visual C++中，設(shè)置應(yīng)用程序的界面，這里主要用到按鈕控件、標(biāo)簽控件。具體方式如下:在基于對話框的MFC應(yīng)用程序中，將控件工具箱中的按鈕控件、標(biāo)簽控件拖動到窗體中，左鍵單擊該控件，然后在右側(cè)的屬性窗口中可以設(shè)置它的字體大小、顏色、背景等。
[0035]下面是建立應(yīng)用程序使Visual C++與EON Stud1建立通信的具體過程:
[0036]打開VC++6.0，在菜單中依次選擇“文件一新建”;在彈出的對話框左側(cè)部分選擇“MFC Appffiz