迈克耳孙干涉仪AR远程平台

(北京理工大学 工程光学虚拟仿真实验教学中心)

典型教学案例

国家级物理实验教学示范中心典型教学案例集锦(续十)

(国家级实验教学示范中心 物理学科组)

本期刊登北京理工大学、华南师范大学、中国科学技术大学和华北电力大学4所高校关于虚拟仿真实验的典型教学案例. 这些实验教学案例有效地利用现代信息技术，实现虚实结合、实时交互，使学生感受了现代信息技术与传统实验的整合和提升.

迈克耳孙干涉仪AR远程平台

(北京理工大学 工程光学虚拟仿真实验教学中心)

1 主要内容

增强现实技术(AR)用虚拟物体或信息结合真实环境并加以增强或扩充，具有虚实结合、实时交互以及三维注册的特点，将增强现实技术引入物理光学实验教学可以克服光学现象不可见、过程不可逆的局限性，有助于补充真实的实验教学. 在远程通信架构下，通过三维建模、渲染、动画的增强现实互动环境，教师指导学生实验前的预习、实验中的具体操作，增加教师与学生之间的深层次互动交流.

迈克耳孙干涉仪AR远程实验平台提供了虚实结合的实验操作环境，使学生能够动手操作仿真器件，观察虚拟实验现象并与系统实时交互，延伸学生的理论学习，辅助实验课程，该系统可以拓展到其他的光学实验内容，在实验教学方面有着很大的应用潜力. 实验平台(图1)由计算机、实验板、标识卡、网络摄像头与桌面显示器组成. 教师或者学生操作实验板上的标识卡，网络摄像头拍摄真实环境，捕捉标识卡生成虚拟器件模型，计算机模拟光线传播与干涉现象，与相关的数据、知识等文字内容一并呈现在显示器上. 能够实现多路高清视频同时传输的远程会议系统将教师的讲课图像与增强现实实验图像传输到学生端，提供他们参照；同理，学生的实验操作图像与增强现实图像被传输到学生端，使教师能够了解学生的实验操作并给出建议.

图1 迈克耳孙干涉仪AR远程实验系统

2 创新点

将增强现实技术与远程通讯技术结合传统的光学实验内容，使远程开展互动实验教学活动成为现实. 在保证教学效果的前提下，既节省仪器投资，减少对教学条件的依赖，也实现了跨地域、跨学校的远程互动教学，利于优秀教学资源共享.

3 主要成效

1)将增强现实技术应用于光学实验教学，克服传统实验设备、课时等教学资源有限，以及“光学机理不可视、器件微观结构不可及、光对物质作用不可逆”的不足.

2)运用远程通信设施实现了教师与学生跨地域的互动交流，减少对教学条件的依赖，实现了跨地域、跨学校的远程互动教学.

(执笔：刘 越，黄一帆，孙洪玲)