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虚拟钢琴音乐教学工具的设计与实现的中期报告

1.研究目标和背景

钢琴是一种广泛应用的乐器，而在学习过程中，则需要大量的练习来掌握它的演奏技巧。基于这种情况，我们期望通过虚拟钢琴音乐教学工具的研发，帮助初学者更好地掌握钢琴演奏技巧，提高学习效果和兴趣。该工具主要包括以下三部分：

-虚拟钢琴模拟器，提供钢琴键盘的演奏、演示功能。

-乐理基础教学模块，包括音符、节拍、和弦等内容。

-练习模块，提供弹奏练习、曲目演练等功能。

2.大体设计

在工具的整体设计方面，我们采用了客户端/服务器模式。客户端采用C/C++语言实现，包含图形界面、虚拟钢琴模拟器、乐理基础教学模块和练习模块等。服务器端使用Java语言，实现弹奏评估算法，评估练习中弹奏的准确度和流畅度。

客户端主要功能包括：钢琴键盘模拟器、乐理基础教学模块、练习模块和数据存储。

-钢琴键盘模拟器：采用OpenGL实现，支持钢琴键盘的演奏和演示功能。其中键盘按键动画使用帧动画实现。

-乐理基础教学模块：包括音符、节拍、和弦等基本概念，采用图像加文字的方式呈现，使用动画效果增加用户的体验感。

-练习模块：包括弹奏练习、曲目演练等功能。用户可以选择不同难度的曲目进行练习，同时可以记录练习分数以及历史记录。

-数据存储：包括用户信息、练习记录、曲目等数据的存储。采用了sqlite3数据库进行存储。

服务器端主要功能包括：弹奏评估算法、数据存储和提供WebAPI。

-弹奏评估算法：采用DTW算法进行评估。由于钢琴曲目较为复杂，需要对曲目进行转换，转换为按键序列进行评估。

-数据存储：采用了MySQL数据库进行存储。存储用户登录信息、练习成绩以及分数排名等信息。

-WebAPI：提供用户登录、练习成绩提交、分数排名等功能的API。

3.工作进展

在项目的实现过程中，我们完成了以下工作：

-完成了虚拟钢琴模拟器的实现，包括支持钢琴键盘的演奏和演示等功能。

-完成了乐理基础教学模块的设计和实现，呈现音符、节拍、和弦等基本概念，并采用动画等效果增加用户的体验感。

-完成了练习模块的设计和实现，包括弹奏练习、曲目演练和分数统计等功能。

-实现了数据库的存储功能，使用sqlite3数据库进行数据存储。

-设计完成了服务器端的框架，实现WebAPI等功能。

4.下一步工作计划

在接下来的工作中，我们将完成以下任务：

-完善乐理基础教学模块，增加更多的乐理知识，并使用更优秀的动画展示方式。

-完善DTW算法，加速曲目的评估速度，并提高评估精度。

-完善WebAPI功能，实现用户登录、成绩提交、分数排名等功能。

-完善练习模块，增加更多曲目和练习题目，并加入自评和师生互评等功能。

-完善数据库设计和实现，增加更多的数据表和数据统计功能。