儿童智力测试仪基于混合技术智力开发系统

　　2.1 系统设计

　　2.1.1 系统模块设计

　　儿童智力测试仪系统一共由六个模块构成，如图 1 所示。其中，摄像机模块主要实现第一人称和第三人称视角切换。

　　儿童智力测试仪VR 漫游模块利用虚拟摇杆实现角色在场景中漫游，培养儿童对身边事物的认知及观察能力。计数模块中引入竞争机制，以游戏计时的方式开展任务学习，激发儿童学习兴趣，提高学习效果。声音模块包括卡片朗读和背景音乐，儿童通过在环境场景中找寻发现，根据系统声音交互提示进行学习。环境模块主要实现场景加载功能。AR识图模块将儿童读物图片通过手机扫描叠加相应的多媒体资源，体验 3D 的学习方式，通过视觉、听觉的双层刺激，为儿童传递更丰富更具体的经验。系统模块间相互作用，儿童在虚拟情境中参与学习活动，通过自主学习、任务学习、协作学习，在游戏实践中完成知识体系的建构。

　　首先，启动系统后，儿童智力测试仪儿童根据需要选择不同的学习内容，系统会根据儿童的输入初始化场景环境，加载场景模型及人物角色。此时，儿童可以利用虚拟摇杆在虚拟场景中进行漫游，在虚拟世界中尽情参观，找寻发现新鲜事物，一旦找寻到任务卡中的目标，就可以靠近点击，系统会在点击的同时发射粒子特效表示目标找寻正确。接下来就可以进行知识学习，学习卡片上面有物品的名称以及中英文注释。此时，儿童有两种方式可供选择。一种是开启语音功能，系统自动发音，儿童可以进行跟读。还有一种是切换到AR系统中进行3D交互，若选择AR交互，系统自动开启摄像头进行视频采集，并进行标识识别、跟踪注册等一系列活动，将虚拟场景和真实场景的数据进行叠加，并将虚实融合后的景象呈现在儿童面前。最后系统判断是否学习完本章所有知识，如果没有则继续返回 VR场景漫游，否则退出当前场景继续学习其他内容。系统基于AR-VR交互创新性学习方式使儿童在虚拟世界中发现新鲜事物，点击即可学习知识，生动有趣，激发儿童学习积极性。

　　2.2 系统实现

　　2.2.1 虚拟环境搭建

　　虚拟环境搭建是儿童智力测试仪儿童智力开发系统中的重要组成部分。几何法和物理法是经典的两种常用建模方法。

　　儿童智力测试仪基于物理的建模方法能够表现模型真实的物理运动，但是需要求解一组复杂的微分方程，计算开销大，计算效率受数值方法的稳定性限制。由于儿童智力开发系统对实时性和稳定性要求较高，所以基于几何建模的方法更加适合，因为基于几何建模方法无需进行复杂的运算，计算速度快，效率高。

　　因此，儿童智力测试仪儿童智力开发系统中的模型采用几何建模方式进行构建，包括树木、花儿、房屋等模型。在构建模型时尽量采用多边形加纹理贴图的方式实现。