一种凸透镜成像虚拟实验制作方法

摘要

一种凸透镜成像虚拟实验制作方法，该方法主要分为视频捕获流程、虚实融合流程和交互显示流程；制作一个带滑动导轨的长木板并在其上安装三个活动滑块，滑块上分别放置三个特定标记；使用普通摄像头捕获特定标记，计算标记的空间位置和方向，分别映射到虚拟蜡烛、透镜和成像板三维模型上，将实时生成的虚拟三维模型与拍摄到的真实场景合成得到虚实融合交互式场景，并实时显示凸透镜成像中的物距、像距和焦距。本发明应用于中学物理实验教学，设备简单、成本低廉、绿色环保，且其交互行为自然，学者可随时调节参数观测凸透镜成像的规律现象，达到较好的教学效果。

主权项

一种凸透镜成像虚拟实验制作方法，该方法包括视频捕获流程、虚实融合流程和交互显示流程；其特征在于：该方法包含以下步骤：步骤（1）制作带三个活动块的滑动导轨板，并将三个特定标记卡片放在活动块上；在所述步骤（1）中制作一个长形夹板，该夹板由两块长木板组成，其两端由一定厚度的短木条固定住，在上方长木板中间凿开一个细凹槽，从侧面两块长木板空隙处插入三个小木条，并与顶面凹槽上方的三个方形木块固定，水平拨动小木条时能连带方形木块一起滑动；设计并制作分别代表蜡烛、透镜、成像板的三个简单抽象图案作为特定标记，标记设计好并打印出来之后，按照透镜在中间、蜡烛和成像板在两边的顺序将标记卡片贴在方形木块上；步骤（2）设计并制作凸透镜成像实验的透镜、蜡烛和成像板三维虚拟模型；步骤（3）捕获标记，将虚拟三维模型叠加到实时捕获的视频中；在视频捕获流程中通过摄像头实时捕获活动导轨板活动块上的特定标记；在虚实融合流程中计算所述特定标记的空间位置和方向，并映射到已建立的透镜、蜡烛和成像板虚拟三维模型上，使虚拟三维模型的位置和方向产生对应的变化，将变化后的虚拟三维模型与摄像头捕获的原始场景实时合成后得到虚实融合的交互式图像；步骤（4）在交互显示流程中用户沿导轨调节活动块，摄像头实时监控所述特定标记的移动，并自动计算标记块之间距离，将其实时显示在合成图像上；步骤（5）用户观察并记录屏幕上出现的成像图像和物距、像距，验证凸透镜成像规律。