[0001] 本发明涉及水利工程，水力学领域，尤其涉及一种光影互动技术的能量方程实验教学装置。

[0002] 自2000年左右，国内研究中心就已经成功开发了一个虚拟现实应用系统的应用程序，可以实现与管理机构或在线合作社的远程指挥和通信。2004年上半年，成都电子科技大学国家重点电子工程实验室成功开发了电子工程领域的示范系统，基于快速加载图像和虚拟环境模块的3D立体视觉等先进成像技术，开发了交互式实时数据手套，深化参与者与虚拟环境的融合，该系统的成功开发为我国虚拟现实技术的发展开辟了新的方向。

[0003]

[0004] 我国互动投影技术有着广泛的发展前景与应用领域[6]。通过互动投影技术，将传统教学与现代科技结合，是对传统知识的传承与拓展。近年来，随着互动投影技术的不断成[7]熟，国内陆续出现了很多专注于互动多媒体的研究和应用 。互动投影技术的应用在国内有着许多成功案例，这是对这项新时期新媒体技术的不断探索，也为其接下来的发展打下了良好基础。

[0005] 参考文献

[0006] [1]张坤.老曲新唱——谈辽视春晚《金猴闹春》的诞生[J].影视制作,2016,22(8):21‑22.

[0007] [2]演艺装备助力上合峰会灯光焰火艺术表演[J].演艺科技,2018(6):64.[0008] [3]张胤,侯鹏强.三维威亚和飞灯控制系统解析——以上合峰会灯光焰火艺术表演为例[J].演艺科技,2018(12):38‑41.

[0009] [4]常碧罗.看！千里江山图“动”起来[N].人民日报,2022‑01‑13(12).[0010] [5]百度.冬奥赛场|裸眼3D秀出赛场.(2022‑02‑15).

[0011] [6]吴思瑶.新兴技术在展示设计中的应用研究[J].美术文献,2021(11):142‑143.

[0012] [7]陈涛.互动投影技术在展馆室内设计中的具体运用[J].建筑科学,2021,37(3):152.

[0037] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。

[0038] 一种光影互动技术的能量方程实验教学装置，以总流的能量方程为实验原理，采用互动投影技术，在实现传统能量方程实验中验证能量方程式、观察分析各种能头的转化、绘制测压管水头线及总水头线等功能的基础上，将实验中不可视的速度头变为可视，并通过加入预先设定好的实验数据，直观展现各能头随流量及位能变化产生的变化，包括：实验科普、实验装置、实验量测三个模块。

[0039] 其中，实验科普，包括：能量方程实验的来源、原理以及对能量方程的发明者伯努利的介绍。参与者通过触摸实验讲解部分的互动光影，触发闭合的书本逐渐打开的动画，在书页上将展示有关能量方程实验的相关科普，其中包括能量方程实验的来源、原理以及对能量方程的发明者伯努利的介绍。这部分的介绍将帮助参与者更加全面立体的了解能量方程实验并深刻理解其重要意义与杰出贡献。

[0040] 其中，实验装置，包括：墙面喷画，投影动画及总体布局设计。

[0041] (1)墙面喷画。包括实验管路模块，测压管排，平水箱，总开关。实验管路模块分为弯管段与直管段两部分。实验管路弯管段部分包括：从实验管路上游平水箱至③点位后的弯管末端。实验管路直管段部分包括：③点位后的弯管末端至出水阀门部分。本装置通过改变实验管路直管段管轴线倾角改变实验管路的位能，以图1中测压管③点位后的弯管末端为圆心，将直管段围绕此圆心旋转5°形成图像，此图像为使用位置水头调节模块2‑9改变位能后所呈现图案。测压管排内的水流投影用于观测测压管水头与速度头的高度及变化。平水箱内水体高程保持不变，用于表示实验管路内水压与水量稳定。总开关2‑3设计为家用灯具开关样式，用于控制整个实验装置开关状态及标题的动画效果。

[0042] (2)投影动画。包括：测压管水头及速度头显示按钮2‑10，入水阀门2‑5，出水阀门2‑8，水流，位置水头调节模块2‑9。测压管水头采用测压管中下方水柱表示，速度头采用上方水柱表示，参与者通过触摸测压管水头及速度头显示按钮2‑10，播放测压管水头及速度头动画，能头对应的水柱由最低点缓慢上升至测压管水头高度，随后保持高度不变。深色水柱与浅色水柱的高度之和用于表示总水头高度。入水阀门2‑5的开关设计为三箭头动态环绕水阀的动画效果，采用顺时针或逆时针方向环绕，用于表示入水阀门2‑5的开启或关闭状态。入水阀门2‑5开启前，水流在上游平水箱至入水阀门2‑5之间管段内，入水阀门2‑5开启后，水流前从入水阀门2‑5处沿管段逐渐流动至出水阀门2‑5处，此时参与者通过触摸出水阀门2‑8上方的左右双箭头调节流量为Q1至Q10。

[0043] (3)总体布局。总体布局包括：标题模块2‑1、实验讲解模块2‑2、总开关2‑3、平水箱2‑4、入水阀门2‑5、实验管路模块2‑6，测压管排2‑7，出水阀门2‑8，位置水头调节模块2‑9、能头显示按钮2‑10。画面左边从上至下依次为标题模块2‑1、实验讲解模块2‑2和总开关2‑
3，中间部分为实验装置，包括：平水箱2‑4、入水阀门2‑5、实验管路2‑6、测压管排2‑7、出水阀门2‑8。画面右侧为位置水头调节模块2‑9，整体画面靠下部分为测压管水头与速度头显示按钮2‑10。整体画面的不同元素以墙面喷画或投影动画两种形式显示。

[0044] 其中，实验量测，包括：流量量测和速度头、总水头计算。流量量测中根据参与者选取的出水阀门开度，结合实际实验“重量法”测得数据显示调节后的流量数据。速度头、总水头计算中根据流量数据计算各点位的速度头，结合实际实验中读取的各点位的测压管水头计算出总水头数据，将实验数据信息记录在互动交流软件中，通过互动程序流程的处理，通过智能光学信号将水流、测压管水头高度、速度头高度、总水头高度以不同颜色与形状呈现于光影互动墙上，实现20组工况下实验现象的有机衔接。

[0045] 实验开始前，画面如图2所示。

[0046] 首先，参与者触摸总开关按钮，整体画面亮度提高，并触发标题动画效果，上游平水箱出现溢流动画。随后参与者触摸实验讲解部分的书本图案，书本由闭合状态逐渐变为打开状，页面上播放本实验所验证的总流能量方程的实验原理及作者生平等相关科普知识，此时画面如图3所示。

[0047] 第二，参与者通过触摸入水水阀图案，触发水流流入实验管路的动画效果，水流流过出水阀门后，此时画面稳定，默认此时实验管内流量为Q1，具体流量数值显示在出水阀门处。

[0048] 第三，参与者通过触摸不同点位下的测压管水头与速度头显示按钮2‑10，触发不同点位的测压管水头与速度头图像。

[0049] 第四，参与者触摸全部点位下的测压管水头与速度头显示按钮2‑10所触发图像如图4所示。

[0050] 第五，参与者将一组流量对应能头观察完毕后，通过触摸出水水阀2‑8的图案，改变实验管内流量设定，此时画面中出现的测压管水头及速度头开始上升或下降直至稳定不变，此时参与者可以观测第二组流量所对应的能头变化。并重复此操作，改变多组流量变化并观察能头变化趋势。参与者调节流量至Q2时所触发图像如图5所示。

[0051] 第六，参与者通过与位置水头调节模块2‑9的互动，改变实验管路中直管段的管轴线倾角，从而改变实验管路位能，位能改变后的图像如图6所示。

[0052] 本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

[0053] 本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

[0054] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。