面向教学的手绘几何图形规整工具设计与实现

发布时间：2017-10-16 16:13

  本文关键词：面向教学的手绘几何图形规整工具设计与实现

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【摘要】：在传统的几何教学中,教师绘制几何图形时需要借助黑板和粉笔以及相应的绘制工具,资源消耗较大并且相对耗时。教育信息化大背景下,电子白板逐渐在教学中得到普及,几何教学面临新的困境：若使用白板手绘几何图形,数据准确度不能满足教学需求：若使用绘图工具来绘制几何图形,则又操作繁琐交互不便。因此,本文在草图识别技术的基础上,设计并实现了一款手绘几何图形规整软件,将教师在白板上手绘的几何图形规整为满足教学需要的标准几何图形,从而解决使用白板进行几何教学时的问题。由于课堂常用几何图形是带有明显几何特征的“特殊”图形,例如矩形、菱形、梯形,因此本文在草图识别技术的基础上,提出一种模糊逻辑和几何特征相结合的识别方法,对于课堂常用几何图形进行整体识别,在规整输出时以识别结果为基础对图形进行智能调整；对于普通或者组合类几何图形,提取其特征点对图形进行局部识别。实现的具体流程是：首先使用模糊逻辑算法识别课堂常用的8种基本图元,对于不能归纳到这其中的图元,采用几何图形组合识别法,按提取的特征点对图形进行分割识别,再重组输出。通过实验验证,软件在处理课堂常用几何图形时具备较高的识别率和效率,可以满足几何课堂教学要求,达到提高课堂教学效率、激发学生学习兴趣的目的。本文首先介绍并梳理了草图识别的背景知识和目前所取得的成果；在草图识别的相关知识基础上,介绍了模糊逻辑算法、特征点提取方法；之后从教学设计的角度进行了需求分析以及软件设计；在需求分析和软件设计的基础上,以WPF为开发平台,将软件分为图形识别、图形绘制、图形编辑三大功能模块进行了开发实现；最后通过实验对软件进行了评估,并使用一个具体的教学案例展示了软件的应用场景,评估结果表明软件基本满足了最初的设计要求。本文所研究的内容是草图识别在课堂教学中的应用,软件使用了面向对象编程,能够随着课堂需求的改变对功能进行拓展,因此具备可持续发展的可能。
【关键词】：教学 手绘几何图形 模糊逻辑 特征点 WPF
【学位授予单位】：华中师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：G434
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 研究背景与意义10-12
• 1.1.1 研究背景10-11
• 1.1.2 研究意义11-12
• 1.2 国内外研究现状综述12-15
• 1.3 本研究针对课堂应用所要解决的问题15-16
• 1.4 章节安排16
• 1.5 本章小结16-17
• 第2章 相关技术介绍17-26
• 2.1 WPF相关概念介绍17-19
• 2.1.1 WPF介绍17
• 2.1.2 MVVM模式介绍17-18
• 2.1.3 Ink Canvas介绍18-19
• 2.2 草图识别技术19-25
• 2.2.1 使用模糊逻辑的方法识别手绘几何图形20-22
• 2.2.2 使用几何方法提取特征点22-25
• 2.2.3 图形分割与图元识别25
• 2.2.4 规整图形的输出25
• 2.3 本章小结25-26
• 第3章 基于教学的手绘几何图形规整工具的设计26-32
• 3.1 需求分析26-27
• 3.2 整体框架设计27-28
• 3.3 功能模块设计28-31
• 3.3.1 几何图形识别模块设计29-30
• 3.3.2 几何图形绘制模块设计30
• 3.3.3 几何图形编辑模块设计30-31
• 3.4 本章小结31-32
• 第4章 基于教学的手绘几何图形规整工具的实现32-42
• 4.1 几何图形识别功能模块实现33-37
• 4.1.1 手绘数据采集与预处理33-34
• 4.1.2 几何特征计算34
• 4.1.3 特征向量计算34-36
• 4.1.4 模糊逻辑去除二义性36-37
• 4.2 几何图形的绘制功能模块实现37-38
• 4.2.1 识别结果的返回与选择37
• 4.2.2 特征点的选取与处理37-38
• 4.2.3 几何图形的绘制38
• 4.3 几何图形的编辑功能模块38-39
• 4.4 软件交互模块的实现39-41
• 4.4.1 主界面交互40
• 4.4.2 图形编辑界面交互40-41
• 4.5 本章小结41-42
• 第5章 实验评估与案例展示42-53
• 5.1 实验评估42-47
• 5.1.1 手绘图形识别率42-43
• 5.1.2 手绘图形规整准确度43
• 5.1.3 操作时间43-44
• 5.1.4 实验结果展示44-47
• 5.2 案例展示与分析47-51
• 5.2.1 几何习题课案例47-50
• 5.2.2 案例分析50-51
• 5.3 本章小结51-53
• 第6章 总结与展望53-54
• 6.1 总结53
• 6.2 展望53-54
• 参考文献54-56
• 致谢56

【参考文献】

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1 秦澎涛;王苏文;;简单工厂模式在数据访问层中的应用[J];计算机工程与设计;2009年07期

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本文编号：1043647