多传感器互动艺术装置虚拟仿真实验项目省级一流课程

李想大连东软信息学院上线时间:2022年
  • 所属专业类:计算机类
  • 对应专业:数字媒体技术
  • 课程类型:专业基础课
  • 实验类型:基础练习型
所属课程:数字媒体技术综合实训

基于 Arduino 的编程学习交互系统,系统主要包括与 Arduino 案例开发相关的视频教学模块、文字教学模块、虚拟仿真教学模块、资源提供模块以及项目体验模块。在视频文字教程模块中,用户可查询相关视频或文字教程并进行观看、翻阅,也可对重要知识点进行截图。在虚拟仿真模块中,用户可选择传感器实验,按照实验步骤进行器材拖拽、接脚连接、代码编写等行为

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    • 浏览量 1361
    • 实验人次 5
    • 实验人数 1
    • 实验平均用时 1'
    • 实验完成率 100%
    • 实验通过率 按人次 100.0%按人数 100.0%
    按人次按人数
    • 优秀 100%
    • 达标 0%
    • 不达标 0%

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    教学支持热线

    团队成员

    实验教学目标实验原理实验教学过程与实验方法实验步骤实验结果与结论

    (1) 熟悉 Arduino 的硬件开发环境 ,由 Arduino Uno Arduino IDE 两部分组成。

    (2) 掌握红外避障传感器、超声波传感器等与艺术作品互动装置结合的技术关键点

    (3) 熟练运用使用 Unity3D 做框架搭建实现系统流程控制,结合 C#语言实Arduino IDE Unity3D 的通信以及仿真实验中信息模拟、引脚连接等功能。

    (4) 根据艺术互动装置的用户人群进行适当的传感器选择和应用,扩展学习

    Kinect leapmotion 进行肢体和手指等动作的识别,设计更为完善的多种媒体综合运用创作艺术交互装置。


    (1)实验原理:

    红外避障模块利用光反射原理,模块前端拥有一个红外发射管和一个红外接收管。模块通电后红外发射管向前方不断发射一定频率的红外线,红外线遇到前方障碍物时,射线返回被接收管接收,此时 OUT 输出低电平。如前方无障碍物,射线未被反射,则 OUT 输出高电平。它的左边包含一个红外发射装置和一个接收装置,中间有两个可调电阻用于调节测量距离和频率,后面有四个引脚,从上向下分别为[1]GND:接电源负极;OUT:信号输出引 脚,输出 1 表示前方没有障碍,输出 0 表示有障碍;VCC:接电源正极; EN:使能引脚,是个输入引脚,输入高电平时传感器不工作,输入低电平时传感器工作,传感器中包含一个跳线,插上跳线后,EN 引脚默认为低电平

    知识点:
    4
    1. 1. (1) 熟悉 Arduino 的硬件开发环境 ,由 Arduino Uno 和 Arduino IDE 两部分组成。
    2. 2. (2) 掌握红外避障传感器、超声波传感器等与艺术作品互动装置结合的技术关键点
    3. 3. (3) 熟练运用使用 Unity3D 做框架搭建实现系统流程控制,结合 C#语言实现 Arduino IDE 与 Unity3D 的通信以及仿真实验中信息模拟、引脚连接等功能。
    4. 4. (4) 根据艺术互动装置的用户人群进行适当的传感器选择和应用,扩展学习 Kinect 和 leapmotion 进行肢体和手指等动作的识别,设计更为完善的多种媒体综合运用创作艺术交互装置。
    (2)核心要素仿真设计:
    基于 Arduino 的编程学习交互系统
    (1)学生交互性操作步骤:
    共13 步
    1点击播放视频1点击进入虚拟仿真系统,播放完整视频3按照要求操作得5分;点击并且观看2分钟以上得4分;点击并且观看得3分;点击视频快速拖拽得1分;点击打开不管看得0分5
    2点击播放视频2点击进入虚拟仿真系统,播放完整视频3按照要求操作得5分;点击并且观看2分钟以上得4分;点击并且观看得3分;点击视频快速拖拽得1分;点击打开不管看得0分5
    3点击播放视频3点击进入虚拟仿真系统,播放完整视频3按照要求操作得5分;点击并且观看2分钟以上得4分;点击并且观看得3分;点击视频快速拖拽得1分;点击打开不管看得0分5
    4振动传感器实验线下在主机上连接好震动传感器,在Unity3d引擎中进行通信测试与震动案例连接;并且结合本实验先练习虚拟连线。对应引脚正确完成吸附。10按照要求操作得12分;正确连接引脚完成实验引导8分;超时完成实验引导完成实验6分;连接连线引脚实验未成功4分;连接实验引脚未测试2分;点开实验未完成0分;12
    5超声波传感器实验线下在主机上连接好超声波传感器,在Unity3d引擎中进行通信测试与超声波传感器案例连接;并且结合本实验先练习虚拟连线。对应引脚正确完成吸附10按照要求操作得12分;正确连接引脚完成实验引导8分;超时完成实验引导完成实验6分;连接连线引脚实验未成功4分;连接实验引脚未测试2分;点开实验未完成0分;12
    6温湿度传感器实验线下在主机上连接好温度传感器,在Unity3d引擎中进行通信测试与温度案例连接;并且结合本实验先练习虚拟连线。对应引脚正确完成吸附10按照要求操作得12分;正确连接引脚完成实验引导8分;超时完成实验引导完成实验6分;连接连线引脚实验未成功4分;连接实验引脚未测试2分;点开实验未完成0分;12
    7磁力传感器实验线下在主机上连接好磁力传感器,在Unity3d引擎中进行通信测试与磁力案例连接;并且结合本实验先练习虚拟连线。对应引脚正确完成吸附10按照要求操作得12分;正确连接引脚完成实验引导8分;超时完成实验引导完成实验6分;连接连线引脚实验未成功4分;连接实验引脚未测试2分;点开实验未完成0分;12
    8红外传感器实验线下在主机上连接好红外传感器,在Unity3d引擎中进行通信测试与红外传感器案例连接;并且结合本实验先练习虚拟连线。对应引脚正确完成吸附10按照要求操作得12分;正确连接引脚完成实验引导8分;超时完成实验引导完成实验6分;连接连线引脚实验未成功4分;连接实验引脚未测试2分;点开实验未完成0分;12
    9项目试玩点击进去试玩示例项目5点开试玩得5分;未点开得0分;5
    10Arduino 安装步骤及检测安装Arduino并且线下检测是否安装成功10安装得5分;安装未检测成功2分;未安装0分;5
    11LCD 显示器实验线下在主机上连接好LCD 显示器实验,在Unity3d引擎中进行通信测试与LCD 显示器实验案例连接;并且结合本实验先练习虚拟连线。对应引脚正确完成吸附10正确操作5分;未操作0分5
    12Arduino+触摸传感器线下在主机上连接好Arduino+触摸传感器实验,在Unity3d引擎中进行通信测试与Arduino+触摸传感器实验案例连接;并且结合本实验先练习虚拟连线。对应引脚正确完成吸附10正确操作5分;未操作0分5
    13Arduino+温湿度传感器线下在主机上连接好Arduino+温湿度传感器实验,在Unity3d引擎中进行通信测试与Arduino+温湿度传感器实验案例连接;并且结合本实验先练习虚拟连线。对应引脚正确完成吸附10正确操作5分;未操作0分5
    (2)交互性步骤详细说明:


    1播放视频15
    2播放视频25
    3播放视频35
    4振动传感器实验12
    5超声波传感器实验12
    6温湿度传感器实验12
    7磁力传感器实验12
    8红外传感器实验12
    9项目试玩5
    10Arduino 安装步骤及检测5
    11LCD 显示器实验5
    12Arduino+触摸传感器5
    13Arduino+温湿度传感器5


    包括视频教程模块、文字教程模块、仿真模块以及装置交互模块。用户通过视频讲解模块观看 Arduino 等硬件、软件的使用方法以及注意事项,视频分为基础、进阶两个方面,前者主要介绍比较基础的软件教程,如 Arduino 与触摸传感器、超声波传感器、振动传感器等的连接使用,后者介绍较为综合复杂的软件教程, 如温湿度传感器与磁力传感器的综合使用以及 Arduino Unity3D 的配合使用,帮助用户掌握不同层次的软硬件使用能力;文字讲解模块以文字的形式为用户提供相应的软件教程,步骤详细,易于反复查询,能够帮助用户快速掌握软件使用方法并且有利于用户反复 查看温习。虚拟仿真模块模拟用户在实际环境中对于软件以及硬件的操作情况,使得对学习环境和软硬件不够熟悉的用户快速的掌握软硬件使用信息,同时也能解决电子器件缺乏的问题,在虚拟的环境中令用户轻松进行学习。最后的完整项目提供模块是将一个个完整综合性强的项目提供给用户,用户在体验过程中可以加深对所学软件的综合使用情况,同时也能开拓用户的眼界,培养他们的项目实战能力以及创新实践能力。

    完善的互动媒体装置设计思路举例:

    基于 Arduino 平台的互动媒体装置,本项目主要分为三大模块:以 Arduino 为重要开发平台的壁画互动模块,采用 Vuforia 辅助进行的 AR 互动模块以及Unity 为主要开发平台的壁画修复模块。壁画互动模块是以 Arduino 平台作为开发载体,与传感器相结合,以 UNO 主板为数据处理器,用户可以通过对不同的传感器的不同操作,完成《鹿王本生图》三部分故事的交互,以互动的形式学习和了解该壁画的内容。在 AR 互动模块中,采用 Vuforia Unity3d AR 介绍敦煌艺术中的藻井艺术《三兔图》、藏经洞洪巩造像以及卧佛涅槃像。用户通过使用印章盖出图形,使用移动端扫描不同的图形,通过增强现实技术观察三种敦煌艺术品,增强用户的视觉感受。在壁画修复模块中,以 Unity 平台为主体,用户将按照真实壁画的修复流程,使用不同的工具和涂料还原壁画《狩猎图》局部图像并截图保存。这三个模块不仅有增加交互的种类,紧扣系统主题,达到与用户多角度、多感官交互的目的,同时能够提高用户的学习热情,开阔眼界,对未来教育学习和艺术的欣赏方式提供了新的课题。

    图片2.png

    图片5.png


    基于 Arduino 的编程学习交互系统,系统主要包括与 Arduino 案例开发相关的视频教学模块、文字教学模块、虚拟仿真教学模块、资源提供模块以及项目体验模块。在视频文字教程模块中,用户可查询相关视频或文字教程并进行观看、翻阅,也可对重要知识点进行截图。在虚拟仿真模块中,用户可选择传感器实验,按照实验步骤进行器材拖拽、接脚连接、代码编写等行为,观看实验结果,快速掌握传感器的相关信息以及实验中的注意事项。


    PC 终端控制,结合 Arduino 主板及多种传感器共同开发的互动媒体装置艺术作品一套,比如:用户通过摇动扇面,使得云纹消散;此时画面出现代表事件的机械装置,通过正确拼好桌面的拼图,触发机械装置启动,显示时间: 庚子年乙亥时;随后机械装置消失,面中出现志愿书,将手印按入桌上的志愿书,画作转换天地,数百名志愿者签署志愿书,数月后,取而代之的是名字空缺的地图,在桌面上选取荆楚字样的木牌放入空缺处,繁花似锦的荆楚大地变为疫病肆虐、风雨交加;此时画面出现女生的背影,体验者将桌子上的胭脂盒关闭中,女生原本的长发被剪掉,换上医护人员的服装前往疫区,画疫病尽除, 春回大地。

    该部分功能涉及到的传感器有倾斜传感器、红外传感器、磁力传感器、震动传感器、触摸传感器。


    相关实验

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