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GeoSpace: 结合笔式交互与语音交互的智能三维立体几何绘制系统

作品介绍 | 竞赛组委会| 2021-06-25 20:26:58


1.作品描述

GeoSpace是一款结合笔式交互与语音交互的三维立体几何绘制系统。在Unity3D引擎上通过单独设计的隐藏、旋转线面等三维图形算法, 制作了这款基于MVC架构的多层模块来实现旋转、度量、展示等功能的立体几何软件。此外, 我们还设计和训练了手写识别与语音识别模块, 通过接口调用集成于系统中, 首次实现了几何教学软件的多模态交互。

本系统可依据功能类别划分为三个模块: 几何模块、命令模块和识别模块。

几何模块是系统的基础模块, 实现了立体几何的数据处理和逻辑行为。主要负责增删与存储几何图形点、边、面等元素、渲染三维图形物体、控制镜头的位置视角变换、绘制用于计算边的虚实线的深度图等功能。

命令模块负责响应用户对几何图形、 UI 视图的操作, 根据操作内容来修改几何模型, 并通知几何视图与界面进行响应的更新。

识别模块是系统的核心模块. 本系统在传统图形界面交互的基础上, 整合板书的笔交互和模拟讲课的语音交互, 采用多模态的交互方式, 增强了本系统在实际教学环境中的操作性与实用性。

 

2.创意来源

立体几何由于其抽象性与复杂性一直以来都是中学数学教学中的难点与重点。传统的立体几何教育中, 教师通常使用黑板作图和实物模型相结合以进行立体几何图形的展现, 学生难以亲自观察到立体几何图形的全貌或是动手操作这些模型。

而如果采用软件的方式, 把题目中的场景和解决过程直观地向学生展现出来。以三维的方式展示立体图形,同时学生可以对其进行自由的操作, 就会让学生在与软件的交互过程中更加深刻理解相关的立体几何知识。从而改变课堂的教学方式,帮助学生理解和掌握图形几何性质, 弥补传统教学手段的不足之处, 提高教学质量。从而达到智能改变生活的目的。

因此本文设计并实现了一款结合笔式交互、语音交互和传统GUI交互的立体几何绘制系统GeoSpace. 笔式交互贴近中学课堂教学环境, 简单易用, 支持立体几何教学中的个性化表达任意立体图形;语音交互在提升交互效率的同时有助于培养学生使用规范的数学语言构建图形。同时辅以动画展示以及智能截面展示技术, 有助于学生深入理解立体图形与立体图形之间地关系, 以及立体图形内图元间的空间位置关系。

 

3.运行环境

基于unity实现的Windows应用


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