邁克耳孫干涉儀AR遠程平臺

(北京理工大學 工程光學虛擬仿真實驗教學中心)

典型教學案例

國家級物理實驗教學示范中心典型教學案例集錦(續十)

(國家級實驗教學示范中心 物理學科組)

本期刊登北京理工大學、華南師范大學、中國科學技術大學和華北電力大學4所高校關于虛擬仿真實驗的典型教學案例. 這些實驗教學案例有效地利用現代信息技術，實現虛實結合、實時交互，使學生感受了現代信息技術與傳統實驗的整合和提升.

邁克耳孫干涉儀AR遠程平臺

(北京理工大學 工程光學虛擬仿真實驗教學中心)

1 主要內容

增強現實技術(AR)用虛擬物體或信息結合真實環境并加以增強或擴充，具有虛實結合、實時交互以及三維注冊的特點，將增強現實技術引入物理光學實驗教學可以克服光學現象不可見、過程不可逆的局限性，有助于補充真實的實驗教學. 在遠程通信架構下，通過三維建模、渲染、動畫的增強現實互動環境，教師指導學生實驗前的預習、實驗中的具體操作，增加教師與學生之間的深層次互動交流.

邁克耳孫干涉儀AR遠程實驗平臺提供了虛實結合的實驗操作環境，使學生能夠動手操作仿真器件，觀察虛擬實驗現象并與系統實時交互，延伸學生的理論學習，輔助實驗課程，該系統可以拓展到其他的光學實驗內容，在實驗教學方面有著很大的應用潛力. 實驗平臺(圖1)由計算機、實驗板、標識卡、網絡攝像頭與桌面顯示器組成. 教師或者學生操作實驗板上的標識卡，網絡攝像頭拍攝真實環境，捕捉標識卡生成虛擬器件模型，計算機模擬光線傳播與干涉現象，與相關的數據、知識等文字內容一并呈現在顯示器上. 能夠實現多路高清視頻同時傳輸的遠程會議系統將教師的講課圖像與增強現實實驗圖像傳輸到學生端，提供他們參照；同理，學生的實驗操作圖像與增強現實圖像被傳輸到學生端，使教師能夠了解學生的實驗操作并給出建議.

圖1 邁克耳孫干涉儀AR遠程實驗系統

2 創新點

將增強現實技術與遠程通訊技術結合傳統的光學實驗內容，使遠程開展互動實驗教學活動成為現實. 在保證教學效果的前提下，既節省儀器投資，減少對教學條件的依賴，也實現了跨地域、跨學校的遠程互動教學，利于優秀教學資源共享.

3 主要成效

1)將增強現實技術應用于光學實驗教學，克服傳統實驗設備、課時等教學資源有限，以及“光學機理不可視、器件微觀結構不可及、光對物質作用不可逆”的不足.

2)運用遠程通信設施實現了教師與學生跨地域的互動交流，減少對教學條件的依賴，實現了跨地域、跨學校的遠程互動教學.

(執筆：劉 越，黃一帆，孫洪玲)