流浪動物補給站

主講人：尤晶晶

尤晶晶 畢業(yè)于華中師范大學，蘑菇云資深講師，主要講授的課程有“Mind+ Huskylens趣味AI入門”系列課程、“Mind+趣味Python入門”系列課程。從事創(chuàng)客課程教學與培訓，負責省市級創(chuàng)客教育、STEAM教育師資培訓、賽事培訓、創(chuàng)客比賽支持等工作;開展開源硬件線上教學課程、麥昆機器人教學、Python體驗教學等學生工作坊活動，深受學生好評。

教學背景

本節(jié)課是“Mind+ Huskylens趣味AI入門”系列課程第5課，前期學生已經(jīng)了解Huskylens基本使用方法，掌握Huskylens的顏色識別和人臉識別功能，具備圖形化編程基礎。所以本節(jié)課重點講解Huskylens的物體識別功能，引導學生創(chuàng)意設計流浪動物補給站，通過實現(xiàn)Huskylens和Mind+實時模式舞臺角色的即時交互，讓學生習得發(fā)現(xiàn)并解決問題的方法。

教學目標

知識與技能 學會使用Huskylens物體識別功能;掌握在Mind+編程軟件中，加載角色圖片并調整背景圖片大小、位置的方法;能夠通過編程控制舞臺角色運動及角色間的互動;掌握克隆、變量、條件判斷等編程知識。

過程與方法 體驗使用視覺傳感器進行物體識別;感受自主學習、與他人合作探究的過程。

情感態(tài)度與價值觀 激發(fā)學生應用所學習的軟硬件知識解決生活問題的成就感和興趣;引導學生關注生活細節(jié)，增強學生對生活問題的責任感，培養(yǎng)創(chuàng)造力。

教學重點與難點

教學重點 學會使用Huskylens物體識別功能;編程控制角色運動及角色間的互動。

教學難點 理解變量、克隆，并結合Huskylens物體識別，實現(xiàn)拓展應用。

教學準備

Huskylens，USB數(shù)據(jù)線，Mind+編程軟件。

教學過程

一、導入新課

教師播放視頻片段，展示流浪動物生存環(huán)境及引發(fā)的問題，并介紹現(xiàn)有的流浪動物救助方案。

師：寵物給我們帶來了很多快樂和慰藉，但是也有許多寵物遭遇棄養(yǎng)或不幸走丟，最終流落街頭，居無定所、忍饑挨餓。很多愛心人士建立了救助站，但是居高不下的流浪動物數(shù)量讓救助組織舉步維艱。我們能做什么來幫助更多的流浪小動物呢？

教師用PPT展示圖像識別技術，引導學生思考：我們可以設計一款動物識別裝置，自動投喂，幫助流浪小動物。

師：對，我們可以使用Huskylens在街邊設置流浪動物補給站，給小動物們提供食物等生活補給，還可以監(jiān)測區(qū)域內流浪動物的數(shù)量，收集數(shù)據(jù)，以便為小動物們提供更好的幫助。

二、講授新課

1.學習Huskylens物體識別功能

（1）功能設置

切換Huskylens的算法模式：向左或向右撥動功能按鍵，直至屏幕頂部顯示“物體識別”。長按功能按鍵，進入“物體識別”功能的二級菜單。選中“學習多個”，然后短按功能按鍵，接著向右撥動，打開“學習多個”的開關（即進度條顏色變藍），確認該參數(shù)并返回。

（2）偵測物體

把Huskylens對準目標物體，在屏幕上，會有白色框自動框選出識別到的所有物體，并顯示對應的物體名稱。目前只能識別并框選汽車、貓、椅子、牛、狗等20種物體，其余物體無法識別和框選。

（3）學習物體

將Huskylens對準目標物體，當屏幕上顯示的物體被檢測到并顯示其名字時，將屏幕中央的“+”字對準該物體的白色框中央，短按學習按鍵進行標記。此時，框體顏色由白色變?yōu)樗{色，并顯示其名字和ID號，同時有消息提示：“再按一次繼續(xù)，按其他按鍵結束?！比绻^續(xù)標記下一個物體，則在倒計時結束前按下學習按鍵，可以繼續(xù)標記下一個物體。如果不再需要標記其他物體了，在倒計時結束前按下功能按鍵即可，或者不操作任何按鍵，等待倒計時結束。

Huskylens顯示的物體ID與標記物體的先后順序是一致的，也就是說物體ID會按順序依次被標注為“ID1”“ID2”“ID3”，以此類推，并且不同的物體ID對應的邊框顏色也不同。本課程請按狗、貓的順序學習兩個物體。

（4）識別物體

當Huskylens再次遇到標記過的物體時，在屏幕上會有彩色的邊框框選出這些物體，并顯示物體名稱與ID。邊框的大小隨著物體的大小而變化，自動追蹤這些物體。同類物體有相同顏色的邊框、名字和ID，支持同時識別多類物體。

但是請注意，此功能不能區(qū)分同類物體間的不同，比如能識別出是貓，但不能識別出是什么貓;能識別出是人，但與人臉識別不同，物體識別功能不能區(qū)分不同的人臉。

2.布置Mind+舞臺場景

（1）添加背景

鼠標移到“背景庫”，在“背景庫”里選擇背景“Wall 1”。

（2）添加角色

刪除默認的角色，在“角色庫”里選擇“小狗2”“球”“碗”。上傳好所有角色后，選中小狗角色，點擊“造型”模塊，刪除第三個造型。

將角色縮放到合適的大小，參照圖1擺放在場景內，流浪動物救助站就搭建完成啦。

三、程序編寫

1.物體識別

編寫程序實現(xiàn)如下效果：點擊綠旗，開始判斷Huskylens中是否有物體出現(xiàn)，如果識別到學習過的狗時，攝像頭畫面會顯示ID1，再判斷一共有幾只狗出現(xiàn)在畫面中?？蓮呐袛嘟Y果中獲取當前算法下相同ID目標的數(shù)量，例如視野中有2只狗，可創(chuàng)建變量dog記錄當前鏡頭中狗的數(shù)量。

2.克隆角色并控制角色移動

編寫程序實現(xiàn)如下效果：每10秒進行一次識別，如果Huskylens檢測到有狗出現(xiàn)，克隆舞臺中的小狗角色，使舞臺畫面中出現(xiàn)跟識別結果相同數(shù)量的小狗角色。小狗角色在舞臺下方的地面上走來走去，經(jīng)過一段時間后消失進入下一個識別周期，如圖2。

（重復執(zhí)行的次數(shù)用來控制角色在舞臺上的持續(xù)時間，我們希望小狗在舞臺上走路的動畫時長與Huskylens的識別時間相同，當克隆體消失時馬上進入下一個識別周期并生成新的小狗角色，這樣就不會出現(xiàn)畫面中的小狗角色多于或少于識別到的狗的數(shù)量的情況。）

3.智能投食

編寫程序實現(xiàn)如下效果：當克隆體啟動，也就是舞臺中出現(xiàn)新的小狗角色時，顯示用小球模擬的狗糧向下滑落到碗中，實現(xiàn)智能投食。

首先在小狗角色的程序內，設置“當作為克隆體啟動時”廣播消息“dog”。然后在小球程序內，當接收到消息“dog”，控制角色的顯示、運動與隱藏，如圖3。

4.鞏固練習

實現(xiàn)了流浪狗的識別和投喂之后，可用相同的方式，在舞臺導入流浪貓的角色，再增加一套貓糧碗，然后編寫程序，實現(xiàn)當Huskylens識別到貓時，讓對應數(shù)量的小貓出現(xiàn)在舞臺上半部分（貓是會爬墻的）并投放貓糧，如圖4。

四、課后小結

教師總結本節(jié)課重難點，并了解學生對本節(jié)課知識點的掌握程度。

教學反思

本課程源于實際生活場景，引導學生學會使用人工智能技術解決實際生活問題，既充分展示了Huskylens與舞臺的交互性，又拓展了學生對人工智能技術的認知。學生不僅掌握了變量存儲數(shù)據(jù)、克隆和廣播消息等功能的應用，還鍛煉了邏輯思維和創(chuàng)新素養(yǎng)。

（本課件由DF創(chuàng)客社區(qū)推薦）