CN108961867A - 一种基于幼儿教育的多媒体交互系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于幼儿教育的多媒体交互系统，包括视频采集模块、身高数据获取模块、教学发起模块、控制器、显示控制模块、评价模块、数据库、数据获取模块和第一建模单元；本发明通过第一建模单元接收控制器传输到身体数据信息并根据身体数据信息自动建立与身体数据一致的虚拟模型，之后将第一建模单元在接收到数据获取模块传输的教学舞蹈视频并对其进行数字化处理获取得到舞蹈轨迹数据，之后利用缩放公式对舞蹈轨迹数据进行转换并形成教学舞蹈轨迹数据，形成与幼儿身高一致的虚拟模型进行教学。

Description

一种基于幼儿教育的多媒体交互系统
技术领域
本发明属于幼儿教育领域，涉及一种多媒体交互技术，具体是一种基于幼儿教育的多媒体交互系统。
背景技术
目前，对于幼儿的早教随着家长对教育的重视也越来越重要，当前市面上也出现了不少智能的幼儿早教设备，各式各样的早教玩具、设备层出不穷；但是当前大部分早教玩具或者设备基本上都是单方面的给幼儿灌输一些东西，没有形成一个良好的互动；而幼儿一般会处于好奇简单接触一下这些设备和玩具，但是随着幼儿好动的天性，和发泄不完的精力，对于这些玩具基本上都是浅尝辄止，很难长久玩下去，也达不到一个教育意义；
而当前舞蹈对于幼儿发育，和精力的发泄是一个很好的方式，但是缺乏一种有效的交互装置和系统，能够和小孩形成互动；而为了解决上述缺陷，现提供一种解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于幼儿教育的多媒体交互系统。
本发明所要解决的技术问题为：
(1)如何将一些与幼儿身高比例不一致的舞蹈视频实时形成一种与幼儿身高一致的虚拟模型；
(2)如何对幼儿舞蹈形成精准评价；
(3)如何将若干视频进行合理分屏显示便于幼儿学习并反馈学习结果。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种基于幼儿教育的多媒体交互系统，包括视频采集模块、身高数据获取模块、教学发起模块、控制器、显示控制模块、评价模块、数据库、数据获取模块和第一建模单元；
其中，所述视频采集模块用于实时采集幼儿实时学习视频，所述视频采集模块用于将实时学习视频信息传输到控制器和身高数据获取模块；所述身高数据获取模块用于根据视频采集模块传输到实时学习视频信息并对其进行分析，获取幼儿的身体数据信息，所述身体数据信息包括身高、臂长和腿长信息，以及上下半身数据比例；所述身高数据获取模块用于将身体数据信息传输到控制器，所述控制器用于将身体数据信息传输到第一建模单元；
所述教学发起模块用于向控制器传输教学信息，所述教学信息包括教学信号和教学的具体内容；所述数据库通过GPRS网络与互联网连接，所述数据库用于存储幼儿教学舞蹈视频，所述控制器接收到教学发起模块传输的教学信息时会将教学信息传输到数据获取模块，所述数据获取模块在接收到控制器传输的教学信息时用于根据教学内容自动从数据库内获取教学舞蹈视频并将教学舞蹈视频返回到控制器；所述数据获取模块还用于将教学舞蹈视频传输到第一建模单元；
所述第一建模单元在接收到控制器传输到身体数据信息时会根据身体数据信息自动建立与身体数据一致的虚拟模型，所述第一建模单元在接收到数据获取模块传输的教学舞蹈视频并对其进行数字化处理获取得到舞蹈轨迹数据；所述数字化处理包括下述步骤：
步骤一：建立三维数据坐标系；
以教学视频中教学人员起始动作时右脚大脚拇指为坐标原点，建立三维坐标系；
步骤二：获取初始教学人员位置数据信息；
按照三维坐标，标定教学人员的关键位置三维坐标系，所述关键位置为左右手臂及手臂关节、左右腿及左右腿关节信息、胯部信息和头部信息，所述头部信息主要以五官位置作为参考,所述胯部信息主要以裆部位置和两侧胯部最外侧为参考；将任一位置的初始三维坐标值标记为(U1、V1、W1)；
步骤三：将教学视频分割为若干个相等视频节点，每个视频节点间隔时间为预设时间；最后一个视频节点为教学视频结束点；
步骤四：对每一个视频节点的教学人员关键位置信息进行测量标定；得到每一视频节点教学人员关键位置信息的三维坐标；(Ui、Vi、Wi)(i＝1..n)；
步骤五：将上述数据每一个视频节点的关键位置信息对应形成舞蹈轨迹数据；
所述第一建模单元还用于根据虚拟模型的身体数据做出下述处理获得舞蹈轨迹数据压缩比例；所述处理步骤如下：
S1：同样以虚拟模型右脚大脚拇指为坐标原点，建立三维坐标系；
S2：获取初始虚拟模型位置数据信息；
按照三维坐标，标定虚拟模型的关键位置三维坐标系，所述关键位置为左右手臂及手臂关节、左右腿及左右腿关节、胯部信息和头部信息，所述头部信息主要以五官位置作为参考；(X1、Y1、Z1)
S3：将虚拟模型位置数据信息与初始教学人员位置数据信息进行比对得到对应缩放比例；
S4：利用缩放公式对舞蹈轨迹数据进行转换并形成教学舞蹈轨迹数据；
所述视频采集模块还用采集幼儿的舞蹈学习视频，所述视频采集模块用于将舞蹈学习视频传输到控制器，所述控制器接收到舞蹈学习视频根据数字化处理获取得到舞蹈练习轨迹数据(Ji、Ki、Li)(i＝1..n)；所述控制器用于将教学舞蹈轨迹数据和舞蹈练习轨迹数据传输到评价模块；
所述评价模块用于将对舞蹈学习视频进行评分；所述评价模块依据下述步骤对舞蹈学习视频进行评分：
SS1：对舞蹈学习视频进行分部分评价；
SS2：根据评分公式获取得到左手臂及手臂关节部分评价得分S1，右手臂及手臂关节部分评价得分S2，左腿及左腿关节信息评价得分S3，右腿及右腿关节信息评价得分S4，胯部信息评价得分S5和头部信息评价得分S6；
SS3：根据公式S＝S1+S2+S3+S4+S5+S6得到其总评价得分S；
SS4：计算得到各部分得分平均分G，将S1、S2、S3、S4、S5和S6与G进行比较；
SS5：在比较到任一部分得分低于平均分G时会将其标记为有待加强；
所述评价模块用于将总评价得分S返回到控制器，所述控制器用于将总评价得分传输到显示控制模块驱动显示屏幕进行实时显示。
进一步地，所述控制器用于将教学舞蹈轨迹数据与虚拟模型结合形成教学舞蹈轨迹视频，所述控制器还用于将教学视频、教学舞蹈轨迹视频和舞蹈学习视频传输到显示控制模块，所述显示控制模块在接收到教学视频、教学舞蹈轨迹视频和舞蹈学习视频时将显示屏幕划分为三块进行实时显示；所述显示控制模块将教学视频和舞蹈学习视频并排显示。
进一步地，所述评价模块还可以将舞蹈学习视频划分时间段进行评价，所述时间段可设置为每10S为一阶段，所述评价模块用于将舞蹈学习视频按关键位置分段进行区分之后再按照时间段来评价，所述评价模块还用于将低于平均分的关键位置的时间段视频传输到显示模块显示并标注为待加强。
本发明的有益效果：
(1)通过第一建模单元接收控制器传输到身体数据信息并根据身体数据信息自动建立与身体数据一致的虚拟模型，之后将第一建模单元在接收到数据获取模块传输的教学舞蹈视频并对其进行数字化处理获取得到舞蹈轨迹数据，之后利用缩放公式对舞蹈轨迹数据进行转换并形成教学舞蹈轨迹数据，形成与幼儿身高一致的虚拟模型进行教学；
(2)通过舞蹈学习视频根据数字化处理获取得到舞蹈练习轨迹数据；之后通过控制器用于将教学舞蹈轨迹数据和舞蹈练习轨迹数据传输到评价模块，利用评价公式对幼儿的各部分表现进行实时评价，得到幼儿表现最不加的部分；同时通过间隔时间段来进行评价可得到幼儿某一个位置在某个时间段表现不好的地方返回到显示模块进行显示；
(3)同时通过控制器将教学视频、教学舞蹈轨迹视频和舞蹈学习视频传输到显示控制模块，显示控制模块将显示屏幕划分为三块进行实时显示，所述显示控制模块将教学视频和舞蹈学习视频并排显示；有利于幼儿学习；本发明简单有效，且趣味性强，利于幼儿学习互动。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的系统框图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于幼儿教育的多媒体交互系统，包括视频采集模块、身高数据获取模块、教学发起模块、控制器、显示控制模块、评价模块、数据库、数据获取模块和第一建模单元；
其中，所述视频采集模块用于实时采集幼儿实时学习视频，所述视频采集模块用于将实时学习视频信息传输到控制器和身高数据获取模块；所述身高数据获取模块用于根据视频采集模块传输到实时学习视频信息并对其进行分析，获取幼儿的身体数据信息，所述身体数据信息包括身高、臂长和腿长信息，以及上下半身数据比例；所述身高数据获取模块用于将身体数据信息传输到控制器，所述控制器用于将身体数据信息传输到第一建模单元；
所述教学发起模块用于向控制器传输教学信息，所述教学信息包括教学信号和教学的具体内容；所述数据库通过GPRS网络与互联网连接，所述数据库用于存储幼儿教学舞蹈视频，所述控制器接收到教学发起模块传输的教学信息时会将教学信息传输到数据获取模块，所述数据获取模块在接收到控制器传输的教学信息时用于根据教学内容自动从数据库内获取教学舞蹈视频并将教学舞蹈视频返回到控制器；所述数据获取模块还用于将教学舞蹈视频传输到第一建模单元；
所述第一建模单元在接收到控制器传输到身体数据信息时会根据身体数据信息自动建立与身体数据一致的虚拟模型，所述第一建模单元在接收到数据获取模块传输的教学舞蹈视频并对其进行数字化处理获取得到舞蹈轨迹数据；所述数字化处理包括下述步骤：
步骤一：建立三维数据坐标系；
以教学视频中教学人员起始动作时右脚大脚拇指为坐标原点，建立三维坐标系；
步骤二：获取初始教学人员位置数据信息；
按照三维坐标，标定教学人员的关键位置三维坐标系，所述关键位置为左右手臂及手臂关节、左右腿及左右腿关节信息、胯部信息和头部信息，所述头部信息主要以五官位置作为参考,所述胯部信息主要以裆部位置和两侧胯部最外侧为参考；将任一位置的初始三维坐标值标记为(U1、V1、W1)；
步骤三：将教学视频分割为若干个相等视频节点，每个视频节点间隔时间可为1秒或者0.5秒；最后一个视频节点为教学视频结束点；
步骤四：对每一个视频节点的教学人员关键位置信息进行测量标定；得到每一视频节点教学人员关键位置信息的三维坐标；(Ui、Vi、Wi)(i＝1..n)；
步骤五：将上述数据每一个视频节点的关键位置信息对应形成舞蹈轨迹数据；
所述第一建模单元还用于根据虚拟模型的身体数据做出下述处理获得舞蹈轨迹数据压缩比例；所述处理步骤如下：
S1：同样以虚拟模型右脚大脚拇指为坐标原点，建立三维坐标系；
S2：获取初始虚拟模型位置数据信息；
按照三维坐标，标定虚拟模型的关键位置三维坐标系，所述关键位置为左右手臂及手臂关节、左右腿及左右腿关节、胯部信息和头部信息，所述头部信息主要以五官位置作为参考；(X1、Y1、Z1)
S3：将虚拟模型位置数据信息与初始教学人员位置数据信息进行比对得到对应缩放比例；
S4：利用缩放公式对舞蹈轨迹数据进行转换并形成教学舞蹈轨迹数据；
所述视频采集模块还用采集幼儿的舞蹈学习视频，所述视频采集模块用于将舞蹈学习视频传输到控制器，所述控制器接收到舞蹈学习视频根据数字化处理获取得到舞蹈练习轨迹数据(Ji、Ki、Li)(i＝1..n)；所述控制器用于将教学舞蹈轨迹数据和舞蹈练习轨迹数据传输到评价模块；
所述评价模块用于将对舞蹈学习视频进行评分；所述评价模块依据下述步骤对舞蹈学习视频进行评分：
SS1：对舞蹈学习视频进行分部分评价；
SS2：根据评分公式获取得到左手臂及手臂关节部分评价得分S1，右手臂及手臂关节部分评价得分S2，左腿及左腿关节信息评价得分S3，右腿及右腿关节信息评价得分S4，胯部信息评价得分S5和头部信息评价得分S6；
SS3：根据公式S＝S1+S2+S3+S4+S5+S6得到其总评价得分S；
SS4：计算得到各部分得分平均分G，将S1、S2、S3、S4、S5和S6与G进行比较；
SS5：在比较到任一部分得分低于平均分G时会将其标记为有待加强；
所述评价模块用于将总评价得分S返回到控制器，所述控制器用于将总评价得分传输到显示控制模块驱动显示屏幕进行实时显示。
进一步地，所述控制器用于将教学舞蹈轨迹数据与虚拟模型结合形成教学舞蹈轨迹视频，所述控制器还用于将教学视频、教学舞蹈轨迹视频和舞蹈学习视频传输到显示控制模块，所述显示控制模块在接收到教学视频、教学舞蹈轨迹视频和舞蹈学习视频时将显示屏幕划分为三块进行实时显示；所述显示控制模块将教学视频和舞蹈学习视频并排显示，将教学舞蹈轨迹视频放置在下端进行显示；
进一步地，所述评价模块还可以将舞蹈学习视频划分时间段进行评价，所述时间段可设置为每10S为一阶段，所述评价模块用于将舞蹈学习视频按关键位置分段进行区分之后再按照时间段来评价，所述评价模块还用于将低于平均分的关键位置的时间段视频传输到显示模块显示并标注为待加强。
一种基于幼儿教育的多媒体交互系统，在工作时，首先通过教学发起模块发起对幼儿学习舞蹈的教学信号，之后通过数据获取模块获取得到数据库内的对应教学视频，之后通过视频采集模块采集到幼儿的身高数据，并根据幼儿的身高数据建立一个虚拟模型，之后将舞蹈的教学视频根据比例将教学视频的教学舞蹈轨迹数据转换为与幼儿身高一致的虚拟模型的教学舞蹈轨迹数据，之后通过将幼儿各个部位的关键位置分别采集其学习轨迹数据，之后将学习轨迹数据与身高一致的虚拟模型的教学舞蹈轨迹数据进行比对，获取得到评分之后将评分返回到显示模块，并将弱势部分返回到显示模块提醒幼儿加强；
本发明的有益效果：
(1)通过第一建模单元接收控制器传输到身体数据信息并根据身体数据信息自动建立与身体数据一致的虚拟模型，之后将第一建模单元在接收到数据获取模块传输的教学舞蹈视频并对其进行数字化处理获取得到舞蹈轨迹数据，之后利用缩放公式对舞蹈轨迹数据进行转换并形成教学舞蹈轨迹数据，形成与幼儿身高一致的虚拟模型进行教学；
(2)通过舞蹈学习视频根据数字化处理获取得到舞蹈练习轨迹数据；之后通过控制器用于将教学舞蹈轨迹数据和舞蹈练习轨迹数据传输到评价模块，利用评价公式对幼儿的各部分表现进行实时评价，得到幼儿表现最不加的部分；同时通过间隔时间段来进行评价可得到幼儿某一个位置在某个时间段表现不好的地方返回到显示模块进行显示；
(3)同时通过控制器将教学视频、教学舞蹈轨迹视频和舞蹈学习视频传输到显示控制模块，显示控制模块将显示屏幕划分为三块进行实时显示，所述显示控制模块将教学视频和舞蹈学习视频并排显示；有利于幼儿学习；本发明简单有效，且趣味性强，利于幼儿学习互动。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于幼儿教育的多媒体交互系统，其特征在于，包括视频采集模块、身高数据获取模块、教学发起模块、控制器、显示控制模块、评价模块、数据库、数据获取模块和第一建模单元；
其中，所述视频采集模块用于实时采集幼儿实时学习视频，所述视频采集模块用于将实时学习视频信息传输到控制器和身高数据获取模块；所述身高数据获取模块用于根据视频采集模块传输到实时学习视频信息并对其进行分析，获取幼儿的身体数据信息，所述身体数据信息包括身高、臂长和腿长信息，以及上下半身数据比例；所述身高数据获取模块用于将身体数据信息传输到控制器，所述控制器用于将身体数据信息传输到第一建模单元；
所述教学发起模块用于向控制器传输教学信息，所述教学信息包括教学信号和教学的具体内容；所述数据库通过GPRS网络与互联网连接，所述数据库用于存储幼儿教学舞蹈视频，所述控制器接收到教学发起模块传输的教学信息时会将教学信息传输到数据获取模块，所述数据获取模块在接收到控制器传输的教学信息时用于根据教学内容自动从数据库内获取教学舞蹈视频并将教学舞蹈视频返回到控制器；所述数据获取模块还用于将教学舞蹈视频传输到第一建模单元；
所述第一建模单元在接收到控制器传输到身体数据信息时会根据身体数据信息自动建立与身体数据一致的虚拟模型，所述第一建模单元在接收到数据获取模块传输的教学舞蹈视频并对其进行数字化处理获取得到舞蹈轨迹数据；所述数字化处理包括下述步骤：
步骤一：建立三维数据坐标系；
以教学视频中教学人员起始动作时右脚大脚拇指为坐标原点，建立三维坐标系；
步骤二：获取初始教学人员位置数据信息；
按照三维坐标，标定教学人员的关键位置三维坐标系，所述关键位置为左右手臂及手臂关节、左右腿及左右腿关节信息、胯部信息和头部信息，所述头部信息主要以五官位置作为参考,所述胯部信息主要以裆部位置和两侧胯部最外侧为参考；将任一位置的初始三维坐标值标记为(U1、V1、W1)；
步骤三：将教学视频分割为若干个相等视频节点，每个视频节点间隔时间为预设时间；最后一个视频节点为教学视频结束点；
步骤四：对每一个视频节点的教学人员关键位置信息进行测量标定；得到每一视频节点教学人员关键位置信息的三维坐标；(Ui、Vi、Wi)(i＝1..n)；
步骤五：将上述数据每一个视频节点的关键位置信息对应形成舞蹈轨迹数据；
所述第一建模单元还用于根据虚拟模型的身体数据做出下述处理获得舞蹈轨迹数据压缩比例；所述处理步骤如下：
S1：同样以虚拟模型右脚大脚拇指为坐标原点，建立三维坐标系；
S2：获取初始虚拟模型位置数据信息；
按照三维坐标，标定虚拟模型的关键位置三维坐标系，所述关键位置为左右手臂及手臂关节、左右腿及左右腿关节、胯部信息和头部信息，所述头部信息主要以五官位置作为参考；(X1、Y1、Z1)
S3：将虚拟模型位置数据信息与初始教学人员位置数据信息进行比对得到对应缩放比例；
S4：利用缩放公式对舞蹈轨迹数据进行转换并形成教学舞蹈轨迹数据；
所述视频采集模块还用采集幼儿的舞蹈学习视频，所述视频采集模块用于将舞蹈学习视频传输到控制器，所述控制器接收到舞蹈学习视频根据数字化处理获取得到舞蹈练习轨迹数据(Ji、Ki、Li)(i＝1..n)；所述控制器用于将教学舞蹈轨迹数据和舞蹈练习轨迹数据传输到评价模块；
所述评价模块用于将对舞蹈学习视频进行评分；所述评价模块依据下述步骤对舞蹈学习视频进行评分：
SS1：对舞蹈学习视频进行分部分评价；
SS2：根据评分公式获取得到左手臂及手臂关节部分评价得分S1，右手臂及手臂关节部分评价得分S2，左腿及左腿关节信息评价得分S3，右腿及右腿关节信息评价得分S4，胯部信息评价得分S5和头部信息评价得分S6；
SS3：根据公式S＝S1+S2+S3+S4+S5+S6得到其总评价得分S；
SS4：计算得到各部分得分平均分G，将S1、S2、S3、S4、S5和S6与G进行比较；
SS5：在比较到任一部分得分低于平均分G时会将其标记为有待加强；
所述评价模块用于将总评价得分S返回到控制器，所述控制器用于将总评价得分传输到显示控制模块驱动显示屏幕进行实时显示。
2.根据权利要求1所述的一种基于幼儿教育的多媒体交互系统，其特征在于，所述控制器用于将教学舞蹈轨迹数据与虚拟模型结合形成教学舞蹈轨迹视频，所述控制器还用于将教学视频、教学舞蹈轨迹视频和舞蹈学习视频传输到显示控制模块，所述显示控制模块在接收到教学视频、教学舞蹈轨迹视频和舞蹈学习视频时将显示屏幕划分为三块进行实时显示；所述显示控制模块将教学视频和舞蹈学习视频并排显示。
3.根据权利要求1所述的一种基于幼儿教育的多媒体交互系统，其特征在于，所述评价模块还可以将舞蹈学习视频划分时间段进行评价，所述时间段可设置为每10S为一阶段，所述评价模块用于将舞蹈学习视频按关键位置分段进行区分之后再按照时间段来评价，所述评价模块还用于将低于平均分的关键位置的时间段视频传输到显示模块显示并标注为待加强。
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