專(zhuān)利名稱：物理運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn)的動(dòng)態(tài)幾何虛擬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于教學(xué)自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種物理運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn)的動(dòng)態(tài)幾何虛 擬方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前交互式電子白板已逐步應(yīng)用于現(xiàn)代化的課堂教學(xué)環(huán)境，它不同于傳統(tǒng)課堂的 黑板，具有交互式強(qiáng)、支持隨手繪圖、易編輯等特征。交互式電子白板可以與電腦進(jìn)行信息 通訊，將電子白板連接到PC，并利用投影機(jī)將PC上的內(nèi)容投影到電子白板屏幕上，在專(zhuān)門(mén) 的應(yīng)用程序的支持下，可以構(gòu)造一個(gè)大屏幕、交互式的協(xié)作會(huì)議或教學(xué)環(huán)境。利用特定的壓 力筆代替鼠標(biāo)在白板上進(jìn)行操作，可以運(yùn)行任何應(yīng)用程序，可以對(duì)文件進(jìn)行編輯、注釋、保 存等在計(jì)算機(jī)上利用鍵盤(pán)及鼠標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)的任何操作。目前，電子白板在教學(xué)中通常用于制作和保存非實(shí)時(shí)課件，即將繪制信息轉(zhuǎn)換為 圖像進(jìn)行存儲(chǔ)，再采用FlasKAuthorware等工具完成課件編輯。因此，課件制作較為耗時(shí)； 其次，該類(lèi)課件尚不具備個(gè)性化定制特征，盡管能夠通過(guò)一些組件進(jìn)行交互，但課件不容易 進(jìn)行修改和編輯；再者，這類(lèi)課件普遍采用幀間或補(bǔ)間動(dòng)畫(huà)方式，其實(shí)質(zhì)需要存儲(chǔ)大量的圖 片信息，因此，課件數(shù)據(jù)量較大。尤其是物理運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)課件，由于各圖形代表的物 體之間存在物理運(yùn)動(dòng)關(guān)系，為了準(zhǔn)確表現(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變換，繪制更加復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于針對(duì)以上不足，提出一種物理運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn)的動(dòng)態(tài)幾何虛擬方法。本發(fā)明的技術(shù)方案包括圖形識(shí)別過(guò)程、關(guān)系識(shí)別過(guò)程和課件生成過(guò)程，所述圖形識(shí)別過(guò)程包括以下步驟，筆劃輸入，即跟蹤并記錄用戶所繪筆劃的手繪數(shù)據(jù)坐標(biāo)信息；筆劃識(shí)別，即根據(jù)手繪數(shù)據(jù)坐標(biāo)信息進(jìn)行基本筆劃識(shí)別；筆劃整合，即將一個(gè)或以上基本筆劃整合成為幾何圖形；圖形輸出，即完成幾何圖形在顯示屏幕上的即時(shí)輸出；所述關(guān)系識(shí)別過(guò)程，是對(duì)圖形識(shí)別過(guò)程所識(shí)別出的幾何圖形進(jìn)行物理運(yùn)動(dòng)關(guān)系識(shí) 別，得到物理運(yùn)動(dòng)關(guān)系識(shí)別結(jié)果；所述課件生成過(guò)程，將幾何圖形的圖形參數(shù)及相應(yīng)物理運(yùn)動(dòng)關(guān)系識(shí)別結(jié)果保存為 基于動(dòng)態(tài)幾何的動(dòng)漫課件。而且，所述基本筆劃包括直線、折線、圓、橢圓和圓??；筆劃識(shí)別通過(guò)根據(jù)用戶所繪 筆劃的手繪數(shù)據(jù)坐標(biāo)信息進(jìn)行判斷實(shí)現(xiàn)，首先判斷該筆劃是否為直線；若該筆劃不是直線， 判斷該筆劃是否為圓或橢圓；若該筆劃不是圓或橢圓，判斷該筆劃是否為折線或是圓弧。而且，筆劃整合時(shí)按照筆劃輸入順序進(jìn)行整合，即對(duì)第一條筆劃進(jìn)行單筆劃整合， 對(duì)后續(xù)筆劃都和之前的各筆劃分別進(jìn)行多筆劃整合；當(dāng)通過(guò)整合發(fā)現(xiàn)當(dāng)前筆劃和之前筆劃 構(gòu)成幾何圖形時(shí)，將接續(xù)筆劃作為新幾何圖形的第一條筆劃開(kāi)始新一輪的整合。
而且，所述物理運(yùn)動(dòng)關(guān)系識(shí)別包括運(yùn)動(dòng)對(duì)象與靜止對(duì)象識(shí)別，即當(dāng)某幾何圖形內(nèi) 出現(xiàn)特定幾何圖形“X”時(shí)，識(shí)別出該幾何圖形代表的是靜止對(duì)象；當(dāng)某幾何圖形內(nèi)未出現(xiàn) 特定幾何圖形“X”時(shí)，識(shí)別出該幾何圖形代表的是運(yùn)動(dòng)對(duì)象。而且，所述物理運(yùn)動(dòng)關(guān)系識(shí)別包括多圖形運(yùn)動(dòng)一致性識(shí)別，即當(dāng)圖形識(shí)別得到一 個(gè)以上幾何圖形時(shí)，判斷具有相交關(guān)系的幾何圖形的運(yùn)動(dòng)一致。而且，物理運(yùn)動(dòng)關(guān)系識(shí)別包括運(yùn)動(dòng)方向識(shí)別，即某幾何圖形內(nèi)部或其相交圖形出 現(xiàn)特定幾何圖形“一”時(shí)，識(shí)別出該幾何圖形朝箭頭方向運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明提供的技術(shù)方案支持實(shí)時(shí)手繪圖形的輸入，自動(dòng)生成實(shí)時(shí)課件，符合教師 的傳統(tǒng)教學(xué)模式和習(xí)慣，在不影響課堂教學(xué)的同時(shí)完成虛擬實(shí)驗(yàn)課件的存儲(chǔ)。并且，通過(guò)采 用圖形識(shí)別和動(dòng)態(tài)幾何方法，將教師手繪圖像轉(zhuǎn)化為圖形方式，生成的課件僅需存儲(chǔ)圖形 參數(shù)和運(yùn)動(dòng)信息，因此課件更為簡(jiǎn)潔，而且易于再編輯。本發(fā)明應(yīng)用可以提供物理課堂教學(xué) 的新模式，實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的結(jié)合。


圖1為本發(fā)明的圖形識(shí)別過(guò)程示意圖；圖2為實(shí)施例的物理運(yùn)動(dòng)關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明利用交互式電子白板技術(shù)，正確理解教師的繪制意圖，給出教師需要的幾 何圖形，在此基礎(chǔ)上虛擬仿真物理運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景，使學(xué)生直觀地理解物理運(yùn)動(dòng)學(xué)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。本 發(fā)明實(shí)施時(shí)，用戶使用電子白板中的壓力筆作為手繪設(shè)備，實(shí)現(xiàn)手繪數(shù)據(jù)輸入端，輸入后在 與電子白板連接的計(jì)算機(jī)上通過(guò)軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)處理過(guò)程通過(guò)圖形識(shí)別過(guò)程可以實(shí) 現(xiàn)點(diǎn)、直線、圓、橢圓、圓弧、折線、三角形、四邊形(正方形、長(zhǎng)方形、梯形、菱形)、五邊形等 多邊形以及由以上圖形組合而成的圖形等的識(shí)別，以提取參與虛擬實(shí)驗(yàn)的諸多基本圖形對(duì) 象；關(guān)系識(shí)別過(guò)程主要完成運(yùn)動(dòng)對(duì)象與靜止對(duì)象的區(qū)分、不同運(yùn)動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)、運(yùn)動(dòng)方 向的指定、運(yùn)動(dòng)參量的獲取等；通過(guò)課件生成過(guò)程存儲(chǔ)當(dāng)前實(shí)驗(yàn)所含幾何圖形的圖形參數(shù) 及相應(yīng)物理運(yùn)動(dòng)關(guān)系識(shí)別結(jié)果保存為基于動(dòng)態(tài)幾何的動(dòng)漫課件。以下結(jié)合實(shí)施例和附圖詳 細(xì)說(shuō)明本發(fā)明技術(shù)方案(一 )圖形識(shí)別過(guò)程參見(jiàn)圖1，圖形識(shí)別的基本流程包括筆劃輸入——跟蹤并記錄用戶所繪筆劃的手 繪數(shù)據(jù)坐標(biāo)信息；筆劃識(shí)別——根據(jù)手繪數(shù)據(jù)坐標(biāo)信息進(jìn)行基本筆劃識(shí)別；筆劃整合—— 將一個(gè)或以上基本筆劃整合成為幾何圖形；圖形輸出——完成幾何圖形在顯示屏幕上的即 時(shí)輸出。筆劃輸入過(guò)程中，只需由電子白板連接的計(jì)算機(jī)跟蹤和存儲(chǔ)用戶所繪筆劃的手繪 數(shù)據(jù)坐標(biāo)信息即可，本發(fā)明不予贅述。(1)筆劃識(shí)別本發(fā)明將常規(guī)幾何圖形分解為由一些基本筆劃構(gòu)成。在正確識(shí)別各基本筆劃之 后，再予以規(guī)劃整合就完成了對(duì)圖形的識(shí)別。針對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的需求，本發(fā)明提供進(jìn)一步技術(shù) 方案，定義了五種基本筆劃，分別是直線、折線、圓、橢圓、圓弧，筆劃識(shí)別通過(guò)根據(jù)用戶所繪 筆劃的手繪數(shù)據(jù)坐標(biāo)信息進(jìn)行判斷實(shí)現(xiàn)，步驟如下。
步驟1 判斷該筆劃是否為直線實(shí)施例中，該步驟記錄每一筆劃的起點(diǎn)和終點(diǎn)；計(jì)算起點(diǎn)和終點(diǎn)所構(gòu)直線的歐式 距離，記為直線距離d ；再計(jì)算從起點(diǎn)到終點(diǎn)，鄰點(diǎn)間的累積距離和，記為r。比較兩種距離， 若d與r大小接近，則認(rèn)為是直線；否則，進(jìn)行步驟2。步驟2 判斷該筆劃是否為圓或橢圓。依次判斷以下兩個(gè)基本條件條件1 根據(jù)圓的歸一化行徑值集中在單位值1附近這一特征(區(qū)別與其他類(lèi)基 本圖形)，判斷是屬于圓。 歸一化行徑法描述如下定義1 形心。設(shè)輸入筆劃點(diǎn)序列為ρ = {Pi|i = 0，1....，n-1}，則稱坐標(biāo)
凡=一Σλ為筆劃的形心。 η =ι定義2 形徑。設(shè)ρ。為形心，則稱r = Iri = Pi-Pc | | i = 0,1.... ,n-1}為筆劃的形徑。定義3 :歸一化形徑。設(shè)形徑的算術(shù)平均值為m,，則稱條件2 用判別直線的方法比較從筆劃起點(diǎn)到終點(diǎn)的直線距離和累積距離和的比值。若條件1在閾值Q1(根據(jù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果，建議該閾值的取值范圍為Co1 > 0.8*len，Ien表示筆劃采樣點(diǎn)個(gè)數(shù))范圍內(nèi)并且條件2在閾值ω2 (根據(jù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果，建 議該閾值的取值范圍為O < ω2 < 0. 7)范圍內(nèi)，就判定該筆劃是圓或橢圓；否則進(jìn)行步驟 3判斷。若條件設(shè)為是O1 > 0. 8*len&&ω2 < 0. 7，就是ω i < 0. 8*len| | ω2 > 0. 7時(shí)進(jìn)行
步驟3 ο條件3 經(jīng)以上判斷若該筆劃為圓或橢圓，則遍歷記錄筆劃的每個(gè)點(diǎn)，以找出最大 橫坐標(biāo)、最大縱坐標(biāo)、最小橫坐標(biāo)和最小縱坐標(biāo)，由這四個(gè)數(shù)據(jù)得到圓的寬和高，再拿兩者 作比值，若比值與單位值1接近，就認(rèn)為該筆劃是圓；若比值與單位值相差較大就認(rèn)為該筆 劃是橢圓。步驟3 判斷該筆劃是否為折線或是圓弧經(jīng)過(guò)上述步驟2對(duì)于“圓”的相關(guān)判斷，已經(jīng)知道該筆劃不是正圓也不是橢圓，那 么該筆劃就可能是折線或圓弧。由圓弧和折線的特點(diǎn)可知，圓弧方向變化緩慢，折線在拐點(diǎn) 處方向會(huì)突然發(fā)生大的改變。故區(qū)分兩者的依據(jù)采用的是拐點(diǎn)。找筆劃的拐點(diǎn)又要用到 兩個(gè)數(shù)據(jù)曲率和平均速率。定義4:曲率設(shè)當(dāng)前點(diǎn)與前一點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)向量是a，當(dāng)前點(diǎn)與下一點(diǎn)構(gòu)成的向量是b，a與b的 向量積近似為當(dāng)前點(diǎn)的曲率。定義5 平均速率對(duì)特定的計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，設(shè)備的采樣時(shí)間是固定不變的，那么距離的大小就反映了 速率的大小。求得從筆劃起點(diǎn)到終點(diǎn)鄰點(diǎn)距離的累積和，再除以點(diǎn)數(shù)就是平均速率。
對(duì)于一個(gè)點(diǎn)，若該點(diǎn)的速率小于平均速率并且曲率是所有點(diǎn)中最大的，就認(rèn)為該 點(diǎn)是拐點(diǎn)。取得拐點(diǎn)之后，下一步要做的是用判別直線的方法比較從筆劃起點(diǎn)到拐點(diǎn)的直 線距離和累積距離和的比值，若比值在閾值ω3(根據(jù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果，建議該閾值的取值范 圍為閾值0< ω3<3)范圍內(nèi)就是折線，否則就是圓弧。具體實(shí)施時(shí)，也可采用其它基本筆劃定義識(shí)別，例如僅僅識(shí)別直線、折線、圓，而不 識(shí)別橢圓和圓弧，這樣處理效率較高，但精確性低于上述方式。(2)筆劃整合為了實(shí)現(xiàn)高效筆劃整合，本發(fā)明提出進(jìn)一步技術(shù)方案，結(jié)合單筆劃整合和多筆劃 整合得到整合后的合成圖形針對(duì)(1)得到的基本筆劃，筆劃整合時(shí)按照筆劃輸入順序進(jìn) 行整合，即對(duì)第一條筆劃進(jìn)行單筆劃整合，對(duì)后續(xù)筆劃都和之前的各筆劃分別進(jìn)行多筆劃 整合；當(dāng)通過(guò)整合發(fā)現(xiàn)當(dāng)前筆劃和之前筆劃構(gòu)成幾何圖形時(shí)，將接續(xù)筆劃作為新幾何圖形 的第一條筆劃開(kāi)始新一輪的整合。這種整合方案支持一個(gè)幾何圖形中筆劃輸入相連的情 況，畫(huà)四邊形時(shí)先畫(huà)相對(duì)兩邊的這類(lèi)不相連情況則不支持，因此要求用戶輸入筆劃時(shí)要操 作規(guī)范。整合操作指的是保證鄰接兩條筆劃無(wú)縫隙的連接在一起，基本是處理多邊形在繪 制過(guò)程中存在端點(diǎn)擴(kuò)散的問(wèn)題。因?yàn)槭之?huà)的筆劃不可能完全水平或垂直，本發(fā)明具體實(shí)施 時(shí)可以配合規(guī)整操作。規(guī)整操作指的是保證筆劃是水平或垂直，可以是兩條筆劃之間的垂 直規(guī)整，也可以是單筆劃整合中單條筆劃與X軸或Y軸垂直規(guī)整。通常多筆劃整合中，若兩 條筆劃具有鄰接關(guān)系，就判斷兩條筆劃是不是相互垂直，是的話先規(guī)整后整合，不是的話只 整合；若兩條筆劃不具有鄰接關(guān)系，不做任何處理。實(shí)施例中，整合流程如下a.首先，用戶在空白客戶區(qū)畫(huà)出第一條筆劃，該筆劃被存儲(chǔ)到筆劃鏈表中，存儲(chǔ)到 鏈表中的是該筆劃的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)，其他幾何特征可由這兩點(diǎn)計(jì)算推導(dǎo)出，之后判斷這 條筆劃是否近似水平或垂直，若近似水平或垂直的話進(jìn)行筆劃規(guī)整。對(duì)于第一條筆劃的判 斷和規(guī)整稱為是單筆劃整合，單筆劃整合的處理對(duì)象主要是直線和折線。 直線假設(shè)直線的端點(diǎn)坐標(biāo)是(Xl，yi)和(X2，y2)，若(XfX2) < ω4，則認(rèn)為直線平行于Y 軸(即垂直于X軸)，實(shí)現(xiàn)規(guī)整。根據(jù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果，建議該閾值的取值為ω4= 10χ' ！ = X1+(X2-X1)/2χ' 2 = X2+(X1-X2)/2平行于X軸(即垂直于Y軸)的情況同理。除上之外，其他情況不作處理，保留原始坐標(biāo)信息。 折線折線的處理分解成對(duì)起點(diǎn)到拐點(diǎn)(線1)和拐點(diǎn)到終點(diǎn)(線2)兩個(gè)直線的處理， 處理方法同上。b.接著用戶在客戶區(qū)又畫(huà)下第二條筆劃，同樣該筆劃被存儲(chǔ)到筆劃鏈表中。此時(shí)， 判斷該筆劃與前一筆劃之間的關(guān)系，這里的關(guān)系指的是兩條筆劃是不是鄰接，有可能用來(lái) 構(gòu)成一個(gè)幾何圖形。鄰接包括重合和非常接近兩種情況。若兩條筆劃具有鄰接關(guān)系，就判 斷兩條筆劃是否相互垂直，是的話，做垂直規(guī)整及整合處理，不是的話，只做整合處理。相鄰接的兩條筆劃未必構(gòu)成完整的幾何圖形，可能需要后續(xù)筆劃加入才能構(gòu)成，因此對(duì)第一條 筆劃和第二條筆劃整合后進(jìn)入步驟C。如果兩條筆劃不具有鄰接關(guān)系，就直接進(jìn)行下一步驟 c繼續(xù)整合。五種筆劃中，圓和橢圓是封閉曲線，故不予考慮。圓弧雖不是封閉的，但考慮到在 物理運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn)中用到的情況不多，故暫不考慮。當(dāng)前筆劃與前一筆劃的規(guī)整和整合中重 點(diǎn)要考慮的是直線與直線、直線與折線、折線與直線、折線與折線的端點(diǎn)融合。這四種情況 做的是同一件事，即若相鄰(此處的相鄰是指在時(shí)間上的先后順序)兩筆劃的端點(diǎn)位置很 接近，說(shuō)明兩端點(diǎn)應(yīng)是同一個(gè)點(diǎn)，作融合操作。相鄰兩筆劃的端點(diǎn)位置關(guān)系細(xì)分為以下四種 情況①當(dāng)前筆劃的起點(diǎn)與前一筆劃的起點(diǎn)。②當(dāng)前筆劃的起點(diǎn)與前一筆劃的終點(diǎn)。③當(dāng) 前筆劃的終點(diǎn)與前一筆劃的起點(diǎn)。④當(dāng)前筆劃的終點(diǎn)與前一筆劃的終點(diǎn)。這四種情況的實(shí) 質(zhì)都是兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的關(guān)系。 判斷端點(diǎn)位置接近的方法假設(shè)兩端點(diǎn)分別是(Xl，Y1)、(x2, y2)，那么兩點(diǎn)的歐式距離J = V(X1-X2)2+^—少 2)2若(1< ω5，則認(rèn)為兩端點(diǎn)位置接近，應(yīng)屬于同一點(diǎn)。根據(jù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果，建議該閾 值的取值為ω5 = 20。 融合操作的具體實(shí)現(xiàn)方法假設(shè)當(dāng)前筆劃的端點(diǎn)坐標(biāo)是(Xl，Y1)和(x2，y2)，前一筆劃的端點(diǎn)坐標(biāo)是(x' 1’ i)和(X' 2，y' 2)，若兩起點(diǎn)坐標(biāo)位置接近，則更新當(dāng)前筆劃的端點(diǎn)坐標(biāo)為X2 = X2+(X1-X' i)Y2 = Y2+(Y1-Y' i)X1 = X' ！Y1 = y' ！按照新的端點(diǎn)坐標(biāo)繪制當(dāng)前筆劃，顯示效果就是相鄰兩筆劃是連接在一起的。其 他情況做相同處理。c.用戶在客戶區(qū)繼續(xù)畫(huà)下第三條筆劃并被存儲(chǔ)后，判斷該筆劃分別與筆劃鏈表中 其之前的每一條筆劃之間的關(guān)系。如果發(fā)現(xiàn)當(dāng)前第三條筆劃與前一筆劃以及第一條筆劃滿足一定的閾值關(guān)系(這 個(gè)閾值是指兩條筆劃端點(diǎn)之間的歐式距離，記為閾值ω6)，就認(rèn)為包括當(dāng)前筆劃在內(nèi)的之 前所有筆劃可能共同構(gòu)成一個(gè)完整圖形，進(jìn)入步驟d。如果第三條筆劃與前一筆劃以及第一條筆劃不滿足一定的閾值關(guān)系，而步驟b中 判斷第一、二條筆劃具有鄰接關(guān)系時(shí)，認(rèn)定第三條筆劃為新幾何圖形的第一條筆劃，提取之 前兩條筆劃所構(gòu)成幾何圖形的關(guān)鍵幾何特征，并作為圖形參數(shù)保存，返回步驟a。如果第三條筆劃與前一筆劃以及第一條筆劃不滿足一定的閾值關(guān)系，而步驟b中 判斷第一、二條筆劃不具有鄰接關(guān)系時(shí)，需要直接進(jìn)入步驟d繼續(xù)整合。d. 一般基本的幾何圖形超過(guò)三筆的可能性很少，但也存在由四筆或以上構(gòu)成的可 能性。對(duì)四條或以上筆劃的多筆劃整合操作按照步驟c對(duì)第三條筆劃的處理依次類(lèi)推。如果發(fā)現(xiàn)當(dāng)前第四條筆劃與之前筆劃滿足一定的閾值關(guān)系，就認(rèn)為包括當(dāng)前筆劃 在內(nèi)的之前所有筆劃可能共同構(gòu)成一個(gè)完整圖形，根據(jù)第五條筆劃判斷是否從第五條開(kāi)始新的幾何圖形。如果當(dāng)前第四條筆劃與之前筆劃不滿足一定的閾值關(guān)系，而步驟c中判斷第三條 筆劃與前一筆劃以及第一條筆劃滿足一定的閾值關(guān)系時(shí)，認(rèn)定第四條筆劃為新幾何圖形的 第一條筆劃，提取之前三條筆劃所構(gòu)成幾何圖形的關(guān)鍵幾何特征，并作為圖形參數(shù)保存，返 回步驟a。更多筆劃的情況依次類(lèi)推，本發(fā)明不予贅述。直到識(shí)別出一個(gè)幾何圖形后返回步 驟a循環(huán)執(zhí)行，對(duì)下一個(gè)幾何圖形識(shí)別。這樣就可以把用戶教師輸入的實(shí)驗(yàn)對(duì)象一一識(shí)別 出來(lái)?；谖锢磉\(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn)的一般情況，具體實(shí)施時(shí)無(wú)需窮舉不相鄰筆劃間的一切可能存 在的位置關(guān)系，而是就最常用的位置關(guān)系情況給出判斷，即第一條筆劃、最后一條筆劃、最 后一條筆劃前的筆劃這三者的關(guān)系。因?yàn)樗鼈兊年P(guān)系信息可以用于確定哪些筆劃同屬于一 圖形，哪些筆劃不屬于任何圖形，對(duì)本發(fā)明中物理運(yùn)動(dòng)學(xué)運(yùn)動(dòng)仿真的實(shí)現(xiàn)具有重要的作用。 例如畫(huà)下第四條筆劃時(shí)，判斷第一條、第二條、第四條筆劃兩兩之間的關(guān)系。這三條筆劃的位置關(guān)系包括①當(dāng)前筆劃的起點(diǎn)與第一筆劃的終點(diǎn)，當(dāng)前筆劃的 終點(diǎn)與前一筆劃的終點(diǎn)。②當(dāng)前筆劃的起點(diǎn)與第一筆劃的起點(diǎn)，當(dāng)前筆劃的終點(diǎn)與前一筆 劃的終點(diǎn)。③當(dāng)前筆劃的起點(diǎn)與第一筆劃的終點(diǎn)，當(dāng)前筆劃的終點(diǎn)與前一筆劃的起點(diǎn)。④ 當(dāng)前筆劃的起點(diǎn)與第一筆劃的起點(diǎn)，當(dāng)前筆劃的終點(diǎn)與前一筆劃的起點(diǎn)。這四種情況的實(shí) 質(zhì)都是兩對(duì)坐標(biāo)點(diǎn)的關(guān)系，根據(jù)各對(duì)坐標(biāo)點(diǎn)是否重合即可確定筆劃位置。這一部分的具體實(shí)現(xiàn)，舉例說(shuō)明如下假設(shè)第一筆劃的端點(diǎn)坐標(biāo)是(x，y)和(χ'，y')，當(dāng)前筆劃的端點(diǎn)坐標(biāo)是0q，Y1) 和(x2，y2)，當(dāng)前筆劃的前一筆劃的端點(diǎn)坐標(biāo)是(χ' ” ι' D和(χ' 2，y' 2)，若三筆劃的 端點(diǎn)位置關(guān)系符合情況①，當(dāng)前筆劃的起點(diǎn)與第一筆劃的終點(diǎn)重合，當(dāng)前筆劃的終點(diǎn)與前 一筆劃的終點(diǎn)重合。則實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下d\ = ^J(X1-X)2 + (yx~ y)2dl = V(X2-X2)2+Cy212)2若 Cl1 < ω 6&&d2 < ω6，則:X1 = X'Y1 = y'X2 = χ' 2y2 = y' 2根據(jù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果，建議取ω6 = 57。特殊的是，這種情況在第二條筆劃或第三條筆劃時(shí)可能出現(xiàn)，具體實(shí)施時(shí)可以配 合后續(xù)筆劃與之前相鄰筆劃是否相鄰進(jìn)行判斷，如果是相鄰，則之前相鄰筆劃尚未構(gòu)成幾 何圖形，還要進(jìn)行后續(xù)步驟。如果不是相鄰不能繼續(xù)整合，則之前相鄰筆劃構(gòu)成幾何圖形， 該后續(xù)筆劃是新幾何圖形的第一筆。(3)圖形輸出圖形輸出是為了支持邊“畫(huà)”邊顯示，通過(guò)即時(shí)顯示筆劃整合后的圖形結(jié)果，便于 用戶了解自己手繪的結(jié)果。具體實(shí)施時(shí)，可以利用VC的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)MFC中設(shè)備環(huán)境類(lèi)的成員函 數(shù)實(shí)現(xiàn)顯示，顯示仍以基本筆劃為單位進(jìn)行，顯示實(shí)現(xiàn)過(guò)程分別如下 直線
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使用函數(shù)LineToO和MoveTo ()，通過(guò)MoveTo ()將當(dāng)前作圖位置移到參數(shù)位置，通 過(guò)LineTo () MoveTo ()的參數(shù)位置向LineTo ()的參數(shù)位置畫(huà)一條直線?！A首先，確定圓心和半徑。確定圓心和半徑的方法是把筆劃的點(diǎn)序列均分成3份，從每一份中任取一點(diǎn)，這樣就有三個(gè)點(diǎn)。確定這三 個(gè)點(diǎn)構(gòu)成的圓的圓心和半徑。同理，遍歷點(diǎn)序列，保證每個(gè)點(diǎn)都參與過(guò)計(jì)算，就可以得到 一組圓心和半徑的值，再?gòu)倪@組值中確定出筆劃的最佳圓心和半徑。然后，由圓心和半徑 計(jì)算出圓外接矩形的左上點(diǎn)坐標(biāo)和右下點(diǎn)坐標(biāo)，以此為參數(shù)，調(diào)用函數(shù)EllipseO，根據(jù) EllipseO內(nèi)的參數(shù)畫(huà)圓。(一 )由三點(diǎn)確定圓心和半徑的方法三點(diǎn)確定三條直線，三條直線對(duì)應(yīng)三條中垂線，三條中垂線的交點(diǎn)就是三點(diǎn)所成 圓的圓心。圓心到三點(diǎn)中任一點(diǎn)的距離就是半徑。(二)由一組圓心和半徑值確定最佳的圓心和半徑的方法從這組數(shù)據(jù)中找出出現(xiàn)概率最大的圓心(cx，cy)和半徑cr。在[cx_2，cx-2]和 [cy-2, cy-2]范圍內(nèi)計(jì)算圓心與筆劃上每一點(diǎn)的距離，再與[cr_2，cr-2]范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)半徑 求差值，并計(jì)算累積和。差值大表示當(dāng)前圓心和半徑與真實(shí)值接近程度低，反之則高。差值 和最小時(shí)對(duì)應(yīng)的cx，cy和cr值就是最佳圓心和半徑值。 橢圓和畫(huà)圓采用同樣的函數(shù)EllipseO，根據(jù)EllipseO內(nèi)的參數(shù)畫(huà)橢圓。不同之處在 于，這里需設(shè)定四個(gè)參數(shù)筆劃點(diǎn)中的最大橫坐標(biāo)、最大縱坐標(biāo)、最小橫坐標(biāo)和最小縱坐標(biāo)。 折線被識(shí)別為折線后，兩次調(diào)用畫(huà)直線的函數(shù)LineToO和MoveTo ()即可。第一次，從 起點(diǎn)到拐點(diǎn)，第二次，從拐點(diǎn)到終點(diǎn)。 圓弧調(diào)用函數(shù)ArcO。第二個(gè)和第三個(gè)參數(shù)分別是圓弧的起點(diǎn)和終點(diǎn)。第一個(gè)參數(shù)是 圓弧所在圓的外接矩形的左上點(diǎn)坐標(biāo)和右下點(diǎn)坐標(biāo)。求解方法是把圓弧作為一個(gè)圓對(duì)待， 按照畫(huà)圓時(shí)求取圓心和半徑的方法獲得所在圓的圓心和半徑，再計(jì)算圓弧外接矩形的左上 點(diǎn)坐標(biāo)和右下點(diǎn)坐標(biāo)。(二)關(guān)系識(shí)別過(guò)程描述物理實(shí)驗(yàn)中常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)情況，就要描述物理的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)包括運(yùn)動(dòng) 方向和運(yùn)動(dòng)速度，以及運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性問(wèn)題等，這些因素是緊密聯(lián)系在一起的，本發(fā)明統(tǒng)稱為物 理運(yùn)動(dòng)關(guān)系。其中部份關(guān)系在物理實(shí)驗(yàn)中有慣用特定幾何圖形表現(xiàn)，例如表示圖形運(yùn)動(dòng)方 向的“一”和表示圖形動(dòng)靜狀態(tài)的“X”，可稱為是手勢(shì)。運(yùn)動(dòng)關(guān)系識(shí)別包括以下部分(1)運(yùn)動(dòng)對(duì)象與靜止對(duì)象的區(qū)分采用“X”符號(hào)標(biāo)記物體處于靜止?fàn)顟B(tài)，沒(méi)有用“X”符號(hào)標(biāo)記就認(rèn)為是運(yùn)動(dòng)的。舉例說(shuō)明比如說(shuō)用戶已經(jīng)畫(huà)了四條筆劃，這四條筆劃經(jīng)識(shí)別規(guī)整以及整合后知 道這是一個(gè)矩形，矩形就是一個(gè)完整有意義的幾何圖形。之后若發(fā)現(xiàn)有兩個(gè)直線相交并且 交點(diǎn)在這個(gè)矩形內(nèi)部，則認(rèn)為已指定矩形處于靜止?fàn)顟B(tài)。這里又涉及兩個(gè)問(wèn)題
一個(gè)是兩個(gè)直線相交判斷和交點(diǎn)計(jì)算問(wèn)題。另一個(gè)是交點(diǎn)是否處于某一圖形內(nèi)部 的問(wèn)題。圖形的關(guān)鍵幾何特征在多筆劃整合中提取出，比較這些關(guān)鍵幾何特征與交點(diǎn)的位 置關(guān)系即可解決這一問(wèn)題。 直線與直線①平行直線的端點(diǎn)坐標(biāo)已知，求得直線的一般方程。據(jù)此，比較兩直線的斜率，若相差很 小，則兩直線平行；否則，兩直線相交。②相交若兩直線相交，聯(lián)立兩直線方程求解交點(diǎn)坐標(biāo)。(2)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性問(wèn)題如果客戶區(qū)中存在多個(gè)圖形，若不止一個(gè)圖形是運(yùn)動(dòng)的話，需要保證這幾個(gè)運(yùn)動(dòng) 物體協(xié)調(diào)一致的運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明采用的方法是判斷圖形之間是否有相交關(guān)系，若存在相交關(guān) 系，就認(rèn)為這些圖形作為一個(gè)整體協(xié)調(diào)一致做運(yùn)動(dòng)。這些相交可以是直線與直線的相交、直 線與圓的相交關(guān)系和圓與圓的相交關(guān)系，具體方式可以如下 直線與直線，與識(shí)別“X”符號(hào)時(shí)一致①平行直線的端點(diǎn)坐標(biāo)已知，求得直線的一般方程。據(jù)此，比較兩直線的斜率，若相差很 小，則兩直線平行；否則，兩直線相交。②相交若兩直線相交，聯(lián)立兩直線方程求解交點(diǎn)坐標(biāo)。 直線與圓①相離圓心到直線的距離為d，圓半徑為1~，若d > r，則直線與圓相離。②相切若d = r，則直線與圓相切。③相交若(1<1·，則直線與圓相交。交點(diǎn)求法聯(lián)立直線方程和圓方程，求得交點(diǎn)坐標(biāo)。 圓與圓①相離兩圓的半徑分別是ri、r2，兩圓心之間的距離為d，若d > (巧+巧)，則兩圓相離。②相切若d = (Γι+Γ2)，則兩圓相切。③相交若d < (Γι+Γ2)，貝兩圓相交。交點(diǎn)求法假設(shè)其中一個(gè)圓的圓心和半徑O^y1Kr1，另一個(gè)圓的圓心和半徑是(x2，y2)、r2， 兩圓的交點(diǎn)是(X，y)，聯(lián)立以下方程求交點(diǎn)
10廣 X = X1 + T1 X COS θ-< y = y]+rixsin0
、(X-X2)2+O-J2)2 =r22(3)運(yùn)動(dòng)方向的指定運(yùn)動(dòng)方向的指定采用“一”手勢(shì)。實(shí)施時(shí)根據(jù)手勢(shì)的斜率和箭頭方向以及圖形坐 標(biāo)位置等綜合信息，判斷圖形朝箭頭方向運(yùn)動(dòng)。(4)運(yùn)動(dòng)參量的獲取對(duì)于需要指定運(yùn)動(dòng)參量的運(yùn)動(dòng)類(lèi)型，可以在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前的選擇輸入，其他不需要 指定運(yùn)動(dòng)參量的實(shí)驗(yàn)，則根據(jù)物理運(yùn)動(dòng)規(guī)律事先確定，如自由落體的加速度等。為了更好的理解本發(fā)明技術(shù)方案和以上三點(diǎn)，下面詳細(xì)講解一個(gè)實(shí)施例的處理流 程。參見(jiàn)圖2，小車(chē)沿著斜面下滑實(shí)驗(yàn)的動(dòng)態(tài)幾何虛擬流程是用戶輸入筆劃，經(jīng)識(shí)別、規(guī) 整、整合處理后若發(fā)現(xiàn)有圖形存在，就在每一個(gè)圖形之后判斷是否有“X”手勢(shì)出現(xiàn)，有表示 該圖形運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是靜止；若沒(méi)有“X ”手勢(shì)出現(xiàn)，就表示圖形運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是運(yùn)動(dòng)，緊接著就要 判斷是否有“一”手勢(shì)，“一”手勢(shì)指明了圖形的運(yùn)動(dòng)方向。詳細(xì)處理流程根據(jù)物理課堂實(shí)際教學(xué)情形，對(duì)于這樣一個(gè)案例，教師通常會(huì)先畫(huà) 出小車(chē)運(yùn)動(dòng)的斜面，然后以此為參考在具體畫(huà)出小車(chē)?；谶@樣一種前提，用戶首先畫(huà)下第 一條筆劃(1)，存儲(chǔ)后進(jìn)行單筆畫(huà)整合；接著畫(huà)下第二條筆劃(2)，存儲(chǔ)后與前一筆劃(1)做 多筆劃整合；然后又畫(huà)下第三條筆劃(3)，存儲(chǔ)后與第二條筆劃(2)、再與第一條筆劃(1)做 多筆劃整合；再次畫(huà)下第四條筆劃(4)，存儲(chǔ)后與前一筆劃(3)進(jìn)行多筆劃整合，再與除前 一筆劃(3)之外的其他筆劃(1)、(2)做多筆劃整合，此時(shí)發(fā)現(xiàn)第四條筆劃(4)與第一條筆 劃(1)和第三條筆劃(3)構(gòu)成一個(gè)圖形，記為四邊形1。把這個(gè)圖形的關(guān)鍵幾何特征提取出 來(lái)另作處理，存儲(chǔ)到圖形鏈表中。這之后用戶繼續(xù)畫(huà)下第五條筆劃(5)，這條筆劃將作為新 圖形的第一條筆劃而不再與前一圖形的各條筆劃(1)、(2)、(3)、(4)做關(guān)系比對(duì)；又畫(huà)下第 六條筆劃(6)，發(fā)現(xiàn)第六條筆劃(6)和第五條筆劃(5)都是直線，并且兩者相交，交點(diǎn)在表示 斜面的圖形之內(nèi)，這時(shí)認(rèn)為這兩條筆劃(5)、(6)表示的是“X”符號(hào)，并且“X”出現(xiàn)的意義是 表示斜面的圖形靜止不動(dòng)。同理，通過(guò)筆劃(7)、(8)、(9)畫(huà)出表示車(chē)廂的矩形，記為四邊 形2;通過(guò)筆劃(10)、(11)分別畫(huà)出表示車(chē)輪的兩個(gè)圓形，記為圓1和圓2。其中筆劃⑶ 為折線，這體現(xiàn)了同樣幾何圖形，形成的筆劃和順序都可能不同。之后，判斷圖形鏈表中運(yùn) 動(dòng)狀態(tài)是運(yùn)動(dòng)的圖形之間是否有相交關(guān)系，若有表示這些圖形將來(lái)是作為一個(gè)整體一起運(yùn) 動(dòng)的；若沒(méi)有，表示這些圖形之間的運(yùn)動(dòng)情況不一樣，要分別指定運(yùn)動(dòng)方向。然后，通過(guò)筆劃 (12)、(13)、(14)畫(huà)“一”手勢(shì)指定方向，進(jìn)而啟動(dòng)運(yùn)動(dòng)。(三)課件生成過(guò)程對(duì)于用戶所繪筆識(shí)別所得的若干圖形進(jìn)行保存，本發(fā)明區(qū)別于現(xiàn)有動(dòng)畫(huà)技術(shù)，并 非直接保存圖形，而是只存儲(chǔ)幾何圖形的圖形參數(shù)及相應(yīng)物理運(yùn)動(dòng)關(guān)系識(shí)別結(jié)果，例如圖 形鏈表中圖形關(guān)鍵幾何特征和動(dòng)靜屬性及運(yùn)動(dòng)參數(shù)等。將這些內(nèi)容存至一輸出文件中，并 且為了保存圖形間的約束關(guān)系不變，本發(fā)明保存為基于動(dòng)態(tài)幾何的動(dòng)漫課件。當(dāng)用戶再次 打開(kāi)這個(gè)文件時(shí)，就會(huì)調(diào)用這些數(shù)據(jù)在重繪顯示出保存時(shí)的樣子，選擇播放時(shí)，幾何圖形依據(jù)一定物理規(guī)律做運(yùn)動(dòng)。實(shí)施例中的物理運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn)，動(dòng)態(tài)幾何虛擬說(shuō)明如下>場(chǎng)景對(duì)象如圖2的實(shí)施例中，場(chǎng)景對(duì)象是小車(chē)和小車(chē)運(yùn)動(dòng)的斜面。描述這種運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景可以 只用到四種簡(jiǎn)單的幾何圖形，分別是代表斜面的四邊形1，代表車(chē)廂的四邊形2，代表車(chē)輪 的圓1和圓2。>運(yùn)動(dòng)過(guò)程運(yùn)動(dòng)的過(guò)程是斜面靜止不動(dòng)，小車(chē)(即四邊形2、圓1和圓2)沿著斜面做勻加速運(yùn) 動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到斜面底端后，小車(chē)以此時(shí)的速度為初速度開(kāi)始做自由落體運(yùn)動(dòng)。>運(yùn)動(dòng)規(guī)律整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程涉及到兩種物理運(yùn)動(dòng)——?jiǎng)蚣铀僦本€運(yùn)動(dòng)和自由落體運(yùn)動(dòng)，統(tǒng)可歸 結(jié)為勻加速直線運(yùn)動(dòng)。為了使物理量值具有真正的實(shí)用價(jià)值，實(shí)施時(shí)可以使用物理量的實(shí) 際單位度量相關(guān)值。①實(shí)現(xiàn)勻加速直線運(yùn)動(dòng)假設(shè)物體運(yùn)動(dòng)的初速度為Om/s，加速度是lOm/s2，單位時(shí)間是0. ls，根據(jù)物理運(yùn)動(dòng) 學(xué)公式計(jì)算出每次位移的改變量。在運(yùn)動(dòng)對(duì)象(即小車(chē))原始位置的基礎(chǔ)上加上這個(gè)位移 量，定時(shí)刷新，就實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)效果。②保證物理量值的真實(shí)性按國(guó)際單位計(jì)算出的位移改變量符合了實(shí)際情況，但物體依據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)做運(yùn)動(dòng)， 運(yùn)行效果卻并不是真實(shí)的。因?yàn)橛?jì)算機(jī)會(huì)把這些數(shù)據(jù)認(rèn)為是像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)，在原位置的基 礎(chǔ)上移動(dòng)相應(yīng)個(gè)數(shù)的像素單位。解決這個(gè)矛盾的方法是把位移值映射成像素點(diǎn)個(gè)數(shù)。就是 獲取用戶所用計(jì)算機(jī)的分辨率和顯示器尺寸，計(jì)算用戶機(jī)的一個(gè)像素點(diǎn)占據(jù)的空間長(zhǎng)度。 那么，每次運(yùn)動(dòng)對(duì)象要移動(dòng)的像素?cái)?shù)是位移改變量/單位像素占據(jù)的空間長(zhǎng)度。一般現(xiàn)有 電子白板都是可以自動(dòng)檢測(cè)到計(jì)算機(jī)的分辨率，所以可以自動(dòng)調(diào)整電子白板的分辨率與計(jì) 算機(jī)PC機(jī)的分辨率相匹配，無(wú)需特別處理。具體實(shí)施時(shí)，還可以對(duì)其它物理運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)幾何虛擬，例如用小球在窗 口內(nèi)彈跳展示自由落體運(yùn)動(dòng)，場(chǎng)景對(duì)象可以只用一個(gè)圓描述小球，運(yùn)動(dòng)過(guò)程是小球從起始 位置以初速度Om/s開(kāi)始向下做勻加速運(yùn)動(dòng)，加速度是lOm/s2，單位時(shí)間是0. Is,當(dāng)運(yùn)動(dòng)到 窗口底端時(shí)運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生改變，變?yōu)樵较虻姆捶较?，開(kāi)始向上做勻減速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到最 高點(diǎn)速度變?yōu)镺m/s時(shí)，又改變方向向下做勻加速運(yùn)動(dòng)，如此反復(fù)，直到小球的速度為O。運(yùn) 動(dòng)規(guī)律的實(shí)現(xiàn)類(lèi)似于上述“勻加速直線運(yùn)動(dòng)”。又如用兩小球彈性碰撞展示動(dòng)量守恒定律， 場(chǎng)景對(duì)象只需用兩個(gè)圓分別表示小球，運(yùn)動(dòng)過(guò)程是運(yùn)動(dòng)開(kāi)始前，先設(shè)置兩個(gè)運(yùn)動(dòng)對(duì)象的相 關(guān)物理量值，有質(zhì)量、初速度、加速度。設(shè)置完畢后，單擊“確定”兩圓開(kāi)始按照動(dòng)量守恒定 律運(yùn)動(dòng)。即兩圓相向做勻加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)兩圓發(fā)生了碰撞后，同時(shí)改變運(yùn)動(dòng)方向?yàn)樵较虻姆?方向，繼續(xù)做勻加速運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)規(guī)律的實(shí)現(xiàn)類(lèi)似于上述“勻加速直線運(yùn)動(dòng)”?？梢?jiàn)，本發(fā)明適 用于各種物理運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn)的動(dòng)態(tài)幾何虛擬，足以滿足中學(xué)物理學(xué)課堂的教學(xué)需要。
權(quán)利要求
一種物理運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn)的動(dòng)態(tài)幾何虛擬方法，其特征在于包括圖形識(shí)別過(guò)程、關(guān)系識(shí)別過(guò)程和課件生成過(guò)程，所述圖形識(shí)別過(guò)程包括以下步驟，筆劃輸入，即跟蹤并記錄用戶所繪筆劃的手繪數(shù)據(jù)坐標(biāo)信息；筆劃識(shí)別，即根據(jù)手繪數(shù)據(jù)坐標(biāo)信息進(jìn)行基本筆劃識(shí)別；筆劃整合，即將一個(gè)或以上基本筆劃整合成為幾何圖形；圖形輸出，即完成幾何圖形在顯示屏幕上的即時(shí)輸出；所述關(guān)系識(shí)別過(guò)程，是對(duì)圖形識(shí)別過(guò)程所識(shí)別出的幾何圖形進(jìn)行物理運(yùn)動(dòng)關(guān)系識(shí)別，得到物理運(yùn)動(dòng)關(guān)系識(shí)別結(jié)果；所述課件生成過(guò)程，將幾何圖形的圖形參數(shù)及相應(yīng)物理運(yùn)動(dòng)關(guān)系識(shí)別結(jié)果保存為基于動(dòng)態(tài)幾何的動(dòng)漫課件。
2.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)幾何虛擬方法，其特征在于所述基本筆劃包括直線、折 線、圓、橢圓和圓??；筆劃識(shí)別通過(guò)根據(jù)用戶所繪筆劃的手繪數(shù)據(jù)坐標(biāo)信息進(jìn)行判斷實(shí)現(xiàn)， 首先判斷該筆劃是否為直線；若該筆劃不是直線，判斷該筆劃是否為圓或橢圓；若該筆劃 不是圓或橢圓，判斷該筆劃是否為折線或是圓弧。
3.如權(quán)利要求1或2所述的動(dòng)態(tài)幾何虛擬方法，其特征在于筆劃整合時(shí)按照筆劃輸 入順序進(jìn)行整合，即對(duì)第一條筆劃進(jìn)行單筆劃整合，對(duì)后續(xù)筆劃都和之前的各筆劃分別進(jìn) 行多筆劃整合；當(dāng)通過(guò)整合發(fā)現(xiàn)當(dāng)前筆劃和之前筆劃構(gòu)成幾何圖形時(shí)，將接續(xù)筆劃作為新 幾何圖形的第一條筆劃開(kāi)始新一輪的整合。
4.如權(quán)利要求1或2所述的動(dòng)態(tài)幾何虛擬方法，其特征在于所述物理運(yùn)動(dòng)關(guān)系識(shí)別 包括運(yùn)動(dòng)對(duì)象與靜止對(duì)象識(shí)別，即當(dāng)某幾何圖形內(nèi)出現(xiàn)特定幾何圖形“X”時(shí)，識(shí)別出該幾何 圖形代表的是靜止對(duì)象；當(dāng)某幾何圖形內(nèi)未出現(xiàn)特定幾何圖形“X”時(shí)，識(shí)別出該幾何圖形 代表的是運(yùn)動(dòng)對(duì)象。
5.如權(quán)利要求1或2所述的動(dòng)態(tài)幾何虛擬方法，其特征在于所述物理運(yùn)動(dòng)關(guān)系識(shí)別 包括多圖形運(yùn)動(dòng)一致性識(shí)別，即當(dāng)圖形識(shí)別得到一個(gè)以上幾何圖形時(shí)，判斷具有相交關(guān)系 的幾何圖形的運(yùn)動(dòng)一致。
6.如權(quán)利要求1或2所述的動(dòng)態(tài)幾何虛擬方法，其特征在于所述物理運(yùn)動(dòng)關(guān)系識(shí)別 包括運(yùn)動(dòng)方向識(shí)別，即某幾何圖形內(nèi)部或其相交圖形出現(xiàn)特定幾何圖形“一”時(shí)，識(shí)別出該 幾何圖形朝箭頭方向運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
一種物理運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn)的動(dòng)態(tài)幾何虛擬方法，其特征在于包括圖形識(shí)別過(guò)程、關(guān)系識(shí)別過(guò)程和課件生成過(guò)程，所述圖形識(shí)別過(guò)程筆劃輸入、筆劃識(shí)別、筆劃整合和圖形輸出；所述關(guān)系識(shí)別過(guò)程，是對(duì)圖形識(shí)別過(guò)程所識(shí)別出的幾何圖形進(jìn)行物理運(yùn)動(dòng)關(guān)系識(shí)別，得到物理運(yùn)動(dòng)關(guān)系識(shí)別結(jié)果；所述課件生成過(guò)程，將幾何圖形的圖形參數(shù)及相應(yīng)物理運(yùn)動(dòng)關(guān)系識(shí)別結(jié)果保存為基于動(dòng)態(tài)幾何的動(dòng)漫課件。本發(fā)明提供的技術(shù)方案支持實(shí)時(shí)手繪圖形的輸入，自動(dòng)生成實(shí)時(shí)課件；并且通過(guò)采用圖形識(shí)別和動(dòng)態(tài)幾何方法生成的課件僅需存儲(chǔ)圖形參數(shù)和運(yùn)動(dòng)信息，因此課件更為簡(jiǎn)潔，而且易于再編輯。
文檔編號(hào)G09B23/10GK101944175SQ20091006298
公開(kāi)日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2009年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月7日
發(fā)明者劉清堂, 宋曉娟, 張國(guó)慶, 朱曉亮 申請(qǐng)人:華中師范大學(xué)