基于增强现实技术的智能沙盘教学演示系统

发布时间：2025-05-12 21:30

　　增强现实技术由虚拟现实技术发展而来,在军事、娱乐、旅游和教育等领域都有较成熟的应用。传统教学活动中,课堂教学的课程形式较为单一,在真实感和形象化方面有所欠缺。增强现实技术与教学活动的结合,可以为学习者创造沉浸式学习环境,有助于提高教学效率和增强学生学习热情,促进学习效果。在Unity3D平台上,将增强现实技术与地理教学活动相结合,设计并实现一个智能沙盘教学演示系统。该系统具备深度数据处理、投影矩阵变换、地形渲染、流体模拟、物理特性、沿坡添加游戏对象、日照角变化、键盘交互等基本功能。利用红外线深度传感器扫描实体沙盘的地形,将深度数据转换成依据深度渐变的彩色图像,通过投影仪投影到沙盘上。投影的成像随着沙堆深度改变而逐渐呈现大陆架、海岸、陆地、湖泊、河流、山丘、雪山等地貌。学生可以在沙盘上根据意愿堆积出如陡坡、山峰、山脊、山谷和陡崖等常见的地形部位。可以在投影校正、添加实体、季节切换、天气特效、灾害模拟等多个场景下与系统实现互动。该系统和相关地理知识点教学内容切合,学生在互动体验中,学习等高线、地形地势、日照角等知识点内容。本系统的设计与实现给基于增强现实技术的地理教学用具提供一种新的形式和思...

【文章页数】：121 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景和意义
        1.1.1 增强现实技术
        1.1.2 教学教育的发展
        1.1.3 增强现实技术与教育教学活动的结合
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
        1.2.3 国内外文献综述的简析
    1.3 研究内容及方法
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 研究方法
    1.4 论文结构
第2章 系统构建的相关技术和理论
    2.1 地理学科教学目标
    2.2 增强现实技术
        2.2.1 追踪注册
        2.2.2 视觉显示技术
        2.2.3 交互技术
    2.3 Unity3D游戏引擎
        2.3.1 C# 开发语言
        2.3.2 Unity Shader
        2.3.3 Unity3D中的主要功能和组件
    2.4 高斯模糊
    2.5 HSV色彩模型
    2.6 本章小结
第3章 系统需求分析与总体设计
    3.1 学习者特征分析
    3.2 学习需要分析
        3.2.1 地球的运动
        3.2.2 地形图的判读
        3.2.3 地形和地势
        3.2.4 天气与气候
        3.2.5 自然灾害
    3.3 系统硬件设备搭建
    3.4 系统功能模块设计
        3.4.1 基础功能
        3.4.2 场景功能
        3.4.3 交互功能
    3.5 系统架构设计
        3.5.1 相机投影校正
        3.5.2 实体控制
        3.5.3 季节轮播
        3.5.4 天气效果模拟
        3.5.5 灾害模拟
    3.6 本章小结
第4章 智能沙盘教学演示系统的实现
    4.1 开发环境
        4.1.1 硬件环境
        4.1.2 软件环境
    4.2 平台界面
    4.3 功能模块实现
        4.3.1 深度检测及数据处理
        4.3.2 地形渲染
        4.3.3 投影矩阵变换
        4.3.4 物理特性
        4.3.5 流体模拟
        4.3.6 日照角变化
        4.3.7 沿坡添加实体
        4.3.8 破坏实体
        4.3.9 键盘交互
    4.4 场景实现
        4.4.1 投影校正
        4.4.2 实体控制
        4.4.3 季节轮播
        4.4.4 天气控制
        4.4.5 灾害模拟
        4.4.6 性能优化
    4.5 调试及发布
    4.6 本章小结
第5章 智能沙盘教学演示系统用户体验分析
    5.1 可用性测试
        5.1.1 系统可用性问卷调查
        5.1.2 可用性调查结果分析
    5.2 易用性测试
        5.2.1 易用性测试
        5.2.2 易用性实验结果及数据分析
    5.3 可用价值分析
    5.4 本章小结
结论
参考文献
附录A 基于增强现实技术的智能沙盘教学演示系统可用性调查问卷
附录B 基于增强现实技术的智能沙盘教学演示系统易用性调查问卷
附录C C#代码
    C.1 Calibrate.cs
    C.2 Blur Controller.cs
    C.3 Text Controller.cs
    C.4 Kinect Manager.cs
    C.5 Terrain Height.cs
    C.6 Destroy On Collision.cs
    C.7 Cursor.cs
    C.8 Earth Revolution.cs
    C.9 Object Controller.cs
    C.10 Collision Controller.cs
    C.11 Erosion Controller.cs
    C.12 Rain.cs
    C.13 Volcano.cs
    C.14 Gaussian Blur.cs
附录D 着色器代码
    D.1 Terrain.cginc
    D.2 Terrain.shader
    D.3 Blur Effect.shader
攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果
致谢



本文编号：4045250