基于体感技术的虚拟化学实验系统

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随着计算机技术的不断发展,相关硬件配套产业也逐渐成熟,硬件设备的成本得到了有效控制,使得体感技术的大规模应用成为了可能。体感设备的推广应用也使得计算机软件的操作方法,交互方式产生翻天覆地的变化。体感设备能够通过红外相机,深度摄像机,双相机定位系统等空间传感器,实时感受到用户在空间中所处的位置,体态姿势,甚至手指细微动作。通过读取传感器传递的信息,能够感知到的用户动作,并根据用户动作的变化产生相应交互,最终达到操作软件的效果。在这个互联网产业飞速发展的时代,教育领域也应与相关高新技术产业交流融合。国家“新课改”政策正在不断深化,同时,由于硬件技术的发展,体感设备的成本也变得越来越低廉,使得体感设备走入千家万户成为了可能。本文正是在这样的前提下,面对如何将体感设备与“新课改”政策要求进行有机结合这一问题进行细致研究,为实现“新课改”的要求提供新的参考。本文提出了一种基于体感技术的课程改革方案,主要完成了以下工作:(1)分析了当前初高中化学实验课程传统教育模式下存在的问题,以及基于体感技术的仿真实验课程相比于传统实验课程所具备的优势。(2)从用户体验以及课堂环境需要入手,研究并分析选择了适用于进行体感仿真的化学实验,提取了实验的流程以及实验过程中可能出现的各种问题,为程序开发提供方向。(3)针对时下流行的体感设备进行调研分析,选择与实验及课堂环境中最为匹配的硬件设备,研究并了解其内部运算方式,动作捕捉原理。(4)分别从实验操作与用户习惯入手,提取用户较为常用的手势,针对实验操作设计一整套交互逻辑,确定四种交互手势动作。并运用k最近邻算法实现了对手势进行分类,准确性地进行了手势识别工作。(5)运用unity平台,根据之前分析的实验流程,以及实验中可能造成的错误,构建实验逻辑,最终构建完整程序,以对体感程序在化学实验课程的效果进行验证。本文将研究总结国内外体感技术、体感设备的发展现状,细致分析每一款体感设备的优缺点,结合设备性能和产品成本,选择合适的体感设备,具体分析所选择体感设备的硬件组成、设备的运作原理和内部算法。再根据课程标准和设备特点,选择使用体感设备模拟的相关实验。分析相关实验所需的交互方式、系统功能,并规划功能算法,最终制作示例程序,为今后体感设备在教育领域的应用提供技术参考。
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