(北京理工大學(xué) 工程光學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心)

典型教學(xué)案例

國(guó)家級(jí)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心典型教學(xué)案例集錦(續(xù)十)

(國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心 物理學(xué)科組)

本期刊登北京理工大學(xué)、華南師范大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)和華北電力大學(xué)4所高校關(guān)于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的典型教學(xué)案例. 這些實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例有效地利用現(xiàn)代信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合、實(shí)時(shí)交互，使學(xué)生感受了現(xiàn)代信息技術(shù)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的整合和提升.

邁克耳孫干涉儀AR遠(yuǎn)程平臺(tái)

(北京理工大學(xué) 工程光學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心)

1 主要內(nèi)容

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)(AR)用虛擬物體或信息結(jié)合真實(shí)環(huán)境并加以增強(qiáng)或擴(kuò)充，具有虛實(shí)結(jié)合、實(shí)時(shí)交互以及三維注冊(cè)的特點(diǎn)，將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入物理光學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以克服光學(xué)現(xiàn)象不可見、過程不可逆的局限性，有助于補(bǔ)充真實(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué). 在遠(yuǎn)程通信架構(gòu)下，通過三維建模、渲染、動(dòng)畫的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)互動(dòng)環(huán)境，教師指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)中的具體操作，增加教師與學(xué)生之間的深層次互動(dòng)交流.

邁克耳孫干涉儀AR遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供了虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境，使學(xué)生能夠動(dòng)手操作仿真器件，觀察虛擬實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并與系統(tǒng)實(shí)時(shí)交互，延伸學(xué)生的理論學(xué)習(xí)，輔助實(shí)驗(yàn)課程，該系統(tǒng)可以拓展到其他的光學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面有著很大的應(yīng)用潛力. 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)(圖1)由計(jì)算機(jī)、實(shí)驗(yàn)板、標(biāo)識(shí)卡、網(wǎng)絡(luò)攝像頭與桌面顯示器組成. 教師或者學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)板上的標(biāo)識(shí)卡，網(wǎng)絡(luò)攝像頭拍攝真實(shí)環(huán)境，捕捉標(biāo)識(shí)卡生成虛擬器件模型，計(jì)算機(jī)模擬光線傳播與干涉現(xiàn)象，與相關(guān)的數(shù)據(jù)、知識(shí)等文字內(nèi)容一并呈現(xiàn)在顯示器上. 能夠?qū)崿F(xiàn)多路高清視頻同時(shí)傳輸?shù)倪h(yuǎn)程會(huì)議系統(tǒng)將教師的講課圖像與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)圖像傳輸?shù)綄W(xué)生端，提供他們參照；同理，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作圖像與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像被傳輸?shù)綄W(xué)生端，使教師能夠了解學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作并給出建議.

圖1 邁克耳孫干涉儀AR遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

2 創(chuàng)新點(diǎn)

將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與遠(yuǎn)程通訊技術(shù)結(jié)合傳統(tǒng)的光學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使遠(yuǎn)程開展互動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)成為現(xiàn)實(shí). 在保證教學(xué)效果的前提下，既節(jié)省儀器投資，減少對(duì)教學(xué)條件的依賴，也實(shí)現(xiàn)了跨地域、跨學(xué)校的遠(yuǎn)程互動(dòng)教學(xué)，利于優(yōu)秀教學(xué)資源共享.

3 主要成效

1)將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于光學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，克服傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、課時(shí)等教學(xué)資源有限，以及“光學(xué)機(jī)理不可視、器件微觀結(jié)構(gòu)不可及、光對(duì)物質(zhì)作用不可逆”的不足.

2)運(yùn)用遠(yuǎn)程通信設(shè)施實(shí)現(xiàn)了教師與學(xué)生跨地域的互動(dòng)交流，減少對(duì)教學(xué)條件的依賴，實(shí)現(xiàn)了跨地域、跨學(xué)校的遠(yuǎn)程互動(dòng)教學(xué).

(執(zhí)筆：劉 越，黃一帆，孫洪玲)