【创意智造组】Mind+ V2 模型训练之桌面岩石博物馆 中等

【项目背景】

教科版小学四年级科学下册教材中有《认识几种常见的岩石》一节，重点围绕岩石的分类、特征及形成原因展开教学，传统课堂多通过图片讲解认识岩石，学生参与性和互动性较弱。本项目依托Mind+ V2的图像分类模型训练功能，结合行空板M10、USB摄像头打造桌面岩石博物馆，将AI技术与小学科学教学融合，让学生通过观察、触摸实物并利用AI设备交互方式认识岩石，以提高学习兴趣和加深认知程度。

【硬件与软件准备】

（一）硬件材料

核心硬件：行空板M10（作为模型部署和交互展示终端）

采集设备：USB摄像头（用于拍摄岩石图像）

电子模块：语音合成模块（用于合成介绍语音）

数字按钮模块（用于触发识别程序）

电池扩展板（增加使用便利性）

相关连接线

辅助材料：岩石标本（花岗岩、砂岩、大理岩、页岩等）

（二）工具软件

1. 模型训练与编程：Mind+ V2.0.5

2.造型建模：LaserMaker 2.0

【功能介绍及优点】

桌面岩石博物馆，可实现岩石智能识别+科学知识科普双重功能，适配小学四年级科学课堂教学与课后自主探究。

1. AI智能分类识别：将岩石标本放置在摄像头拍摄区域，行空板M10屏幕实时显示识别结果，精准区分岩浆岩（花岗岩）、沉积岩（砂岩、页岩）等教材重点岩石类型，识别准确率达90%以上。

2.同步科普知识点：识别结果同步展示对应岩石的核心科学知识，包括岩石成因、特征（颜色、颗粒、光泽）、实际用途。（项目展示做了简化，只展示了一个介绍页面，实际使用时可增加更多的内容页面）

3.便携桌面化：作品体积小巧，可直接放置在教室桌面，无需复杂安装，适合小学课堂集体教学和个人自主体验。

4.可扩展性好：支持添加新的岩石标本，只需在Mind+ V2中补充图像数据，重新训练模型后即可实现新岩石的识别，适配科学课堂的知识拓展。

【制作过程】

一、模型训练

本项目完整实现数据采集→模型训练→硬件部署全流程，步骤简单可复现，适配小学生和教师操作：

（一）数据采集与标注

1. 使用电脑摄像头或者手机、相机拍摄岩石标本的照片。每种岩石采集3张以上，拍摄时注意角度和距离的变换，保证数据多样性。

2. 打开Mind+ V2，选择模型训练中的图像分类模块。

3. 点击右上角的“高级模式”按钮，再选择“数据设置”。

4. 创建一个名为“岩石标本”数据集。

5. 选择“导入数据”，设置导入类型为“无标注数据”，点击“上传”按钮导入准备好的标本图片。

6.选择“标注”，创建需要的标签（如：花岗岩、木化石等），然后对图像进行逐张标注，完成数据集构建。

（二）模型训练与校验

1. 选择“模型训练”，创建一个名为“岩石识别”的训练任务，数据集设为“岩石标本”。

2. 设置训练参数，各参数的含义可参阅官方说明文档。这里要注意：“图片大小”数值要考虑后期部署的硬件配置，过大可能无法运行，如用于行空板M10，保持“224”则可。

3. 点击“训练”按钮则开始训练，训练过程中可通过查看“训练检测”了解进度，也可点击“停止训练”取消当前训练。

4.选择“模型校验”对训练好的模型进行本地测试。校验前需设置好训练项目“岩石识别”和模型名称（best.pt或last.pt），电脑需要连接摄像头，通过摄像头实时测试来验证识别准确率，若部分岩石识别误差较大，补充对应图像重新训练，优化模型效果。

（三）硬件部署

1. 回到“模型训练”模块界面，选择“导出”，将训练好的模型保存待用。

2. 将行空板M10通过数据线连接电脑，在Mind+ V2中选择程序设计—Python 积木模式，在扩展中添加“行空板M10”模块，连接设备。

3.将保存的模型文件，上传到“资源文件”中。

二、硬件搭建

1.将电池扩展安装到行空板M10上

2.摄像头接入USB口

3.数字按钮接入P21口

4.语音合成模块接入IIC口

三、程序设计

（一）程序流程

本项目采用Mind+ V2图形化编程，核心流程为：

摄像头实时采集图像→等待按钮被触发→AI模型进行岩石分类识别→行空板屏幕显示识别结果+岩石科普知识→等待下一次识别指令

（一）素材准备

1. 通过网络或者书籍收集岩石的相关资料（图片和文字）

2. 制作启动界面及背景图片，大小为240*320

3. 为每种岩石制作科普知识图片，大小为240*320（本项目仅以4种岩石为例，每种制作了1张）

4. 将制作好的图片上传到行空板的“资源文件”中

（二）编写程序

1. 初始化部分：初始化语音合成模块、呈现启动效果、加载推理模型创建推理任务、设置摄像头图像窗口和图文显示参数等

2. 图像采集模块：调用USB摄像头，实时获取岩石图像

1. 模型推理模块：当数字按钮被按下，启动推理指令，对采集图像进行识别

2. 显示模块：将识别结果（岩石名称）和科普知识显示在行空板屏幕

3. 语音模块：在显示科普知识的同时进行文本朗读

6.重置模块：清除科普知识画面，恢复图像采集画面

四、结构设计与加工

1. 使用LaserMaker软件进行结构和外观设计。

2.使用激光切割机对椴木板进行加工（切割、雕刻）

五、组装成型

1. 组装底座、收纳盒和观察平台

2. 组装支架件，安装到底座上

3. 组装控制器外壳，安装到支架上

4.安装摄像头和语音模块

【成品展示】

1. 成品图

2. 演示视频

【附件】

https://share.weiyun.com/wD4a8yKc

1. 程序项目文件：桌面岩石博物馆.mpcode

2. 模型训练文件：岩石识别.mpmodel

3. 模型文件：岩石识别_model.zip