CN107340869B - 基于虚幻4引擎技术的虚拟现实交互系统 - Google Patents

基于虚幻4引擎技术的虚拟现实交互系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于虚幻4引擎技术的虚拟现实交互系统，包括教学资源平台、教员端智能交互设备、学员端智能交互设备、三维模型构建单元和虚幻引擎控制单元；教学资源平台包括数据库服务器、控制模块和面向用户交互端；教员端智能交互设备包括头戴式显示模块、语音录入模块、智能指套和头部运动测量模块；学员端智能交互设备包括头戴式显示模块、听筒模块和穿戴式人体加速度传感器；虚幻引擎控制单元包括三维动画人物设置模块、声音模拟模块和灯光渲染模块。本发明补充和完善了现有教育体系，有利于减轻不同地区的教育资源差异问题，同时在这种沉浸式虚拟现实教学模式下，使教员和学员都有身临其境的感受，可间接的对学员发挥督导作用。

Description

基于虚幻4引擎技术的虚拟现实交互系统
技术领域
本发明涉及虚拟技术领域，具体涉及基于虚幻4引擎技术的虚拟现实交互系统。
背景技术
虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)，又译为临境，灵境等。从应用上它是一种综合了计算机图形技术、多媒体技术、人机交互技术、网络技术、3D显示技术及仿真技术等多种科学技术综合发展起来的计算机领域的最新技术，也是力学、数学、光学、运动学等各种学科的综合应用。虚拟现实的特点在于以模仿的方式为用户创造一种虚拟的环境，使得用户产生一种沉浸于虚拟环境的感觉，并于虚拟环境相互作用从而引起虚拟环境的实时变化。在我国，虚拟现实技术的研究和一些发达国家相比还有很大的一段距离，随着计算机图形学、计算机工程学等技术的高速发展，虚拟现实技术已经得到了相当的重视，研究与应用VR，建立虚拟环境、虚拟场景模型以及分布式VR系统的开发正朝深度和广度发展。
为了提高教育资源分配均衡性，保障不同地区均能获得良好的教育资源，开发多功能互动教学系统具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有教育资源分配不均匀，以及现有在线学习方式下，大多数学员的主观能动性较差学习效率较低，目的在于提供基于虚幻4引擎技术的虚拟现实交互系统，补充和完善了现有教育体系，有利于减轻不同地区的教育资源差异问题，同时在这种沉浸式虚拟现实教学模式下，使教员和学员都有身临其境的感受，可间接的对学员发挥督导作用，提高在线学习效率。
本发明通过下述技术方案实现：
基于虚幻4引擎技术的虚拟现实交互系统，包括教学资源平台、教员端智能交互设备、学员端智能交互设备、三维模型构建单元和虚幻引擎控制单元；
所述教学资源平台包括数据库服务器、控制模块和面向用户交互端；
所述数据库服务器，用于存储教学资源、教员信息、学员信息和虚拟三维教学场景，所述教学资源包括已授课程和预约课程；所述教员信息包括姓名、教授科目、课程安排、年龄、身份认证、联系方式和对应教员端智能交互设备编号；所述学员信息包括姓名、学习科目、课程安排、年龄、身份认证、联系方式和对应学员端智能交互设备编号；
所述控制模块，用于接收并审核教员端智能交互设备和学员端智能交互设备的接入请求，向通信连通的教员端智能交互设备和学员端智能交互设备实时发送所述虚拟三维教学场景；
所述面向用户交互端包括常规课程教学资源管理、用户管理和共享资源管理；常规课程教学资源管理用于用户查询、预约和在线学习教学资源；所述用户管理包括教员账户管理、学员账户管理以及下载或存储教学资源；所述共享资源管理用于用户上传和在线学习共享类教学资源；
所述教员端智能交互设备包括头戴式显示模块、语音录入模块、智能指套和头部运动测量模块；所述头戴式显示模块用于显示虚拟三维教学场景；所述语音录入模块用于输入教学讲课语音、并实时传递至虚幻引擎控制单元添加入虚拟三维教学场景中；所述智能指套用于检测手指运动姿态信息并传递至虚幻引擎控制单元添加入虚拟三维教学场景中；所述头部运动测量模块用于检测人体头部运动姿态并传递至虚幻引擎控制单元添加入虚拟三维教学场景中；
学员端智能交互设备包括头戴式显示模块、听筒模块和穿戴式人体加速度传感器；所述头戴式显示模块用于显示虚拟三维教学场景；所述听筒模块接收、并向学员同步播放教员输入讲课语音；所述穿戴式人体加速度传感器用于检测学员移动速度和方向并传递至虚幻引擎控制单元添加入虚拟三维教学场景中；
三维模型构建单元，用于构建和存储三维教学场景模型并传送至虚幻引擎控制单元；
虚幻引擎控制单元包括三维动画人物设置模块、声音模拟模块和灯光渲染模块；所述三维动画人物设置模块用于设置教员和学员人物、并依据接收的教员手指运动姿态和人体头部运动姿态、以及学员移动速度和方向同步设置显示相应人物的运动姿态；所述声音模拟模块用于将接收的教学讲课语音加入虚拟三维教学场景中。
优选地，对于常规课程教学资源，所述三维教学场景包括教学教室室内建筑、室内桌椅摆放、教学幻灯片。
优选地，所述学员端智能交互设备还包括语音录入模块用于输入学员讲话语音、并实时传递至虚幻引擎控制单元添加入虚拟三维教学场景中；所述听筒模块包括单人模式和多人模式，所述单人模式下学员同步收听教员讲课语音，所述多人模式学员同步收听教员讲课语音和学员讲话语音。
优选地，所述教员端智能交互设备和学员端智能交互设备的显示模块还用于选择虚拟三维教学场景中显示的人物模型、声音模型和装扮模型。
优选地，所述声音模拟模块还用于依据教员与学员之间的距离、以及学员与学员之间的距离设置声音分贝大小。
优选地，所述共享类教学资源包括生活项目、科学项目、机械项目、艺术项目和医学项目。
优选地，所述交互系统还包括管理中心；所述管理中心用于管理人员安排常规课程教学课程安排、用于用户账户审核及规范化管理、用于审核用户上传的共享类教学资源。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
现有教育资源分配不均匀，以及现有在线学习方式下，大多数学员的主观能动性较差学习效率较低。发明提供了一种基于虚幻4引擎技术的虚拟现实交互系统，补充和完善了现有教育体系，有利于减轻不同地区的教育资源差异问题，同时在这种沉浸式虚拟现实教学模式下，使教员和学员都有身临其境的感受，可间接的对学员发挥督导作用，提高在线学习效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明基于虚幻4引擎技术的虚拟现实交互系统结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：1-教学资源平台，2-教员端智能交互设备，3-学员端智能交互设备，4-三维模型构建单元，5-虚幻引擎控制单元，6-管理中心。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1所示，本发明提供了一种基于虚幻4引擎技术的虚拟现实交互系统，包括教学资源平台1、教员端智能交互设备2、学员端智能交互设备3、三维模型构建单元4和虚幻引擎控制单元5；
所述教学资源平台3包括数据库服务器、控制模块和面向用户交互端；
所述数据库服务器，用于存储教学资源、教员信息、学员信息和虚拟三维教学场景，所述教学资源包括已授课程和预约课程；所述教员信息包括姓名、教授科目、课程安排、年龄、身份认证、联系方式和对应教员端智能交互设备2编号；所述学员信息包括姓名、学习科目、课程安排、年龄、身份认证、联系方式和对应学员端智能交互设备3编号；
所述控制模块，用于接收并审核教员端智能交互设备2和学员端智能交互设备3的接入请求，向通信连通的教员端智能交互设备2和学员端智能交互设备3实时发送所述虚拟三维教学场景；
所述面向用户交互端包括常规课程教学资源管理、用户管理和共享资源管理；常规课程教学资源管理用于用户查询、预约和在线学习教学资源；所述用户管理包括教员账户管理、学员账户管理以及下载或存储教学资源；所述共享资源管理用于用户上传和在线学习共享类教学资源；
所述教员端智能交互设备2包括头戴式显示模块、语音录入模块、智能指套和头部运动测量模块；所述头戴式显示模块用于显示虚拟三维教学场景；所述语音录入模块用于输入教学讲课语音、并实时传递至虚幻引擎控制单元5添加入虚拟三维教学场景中；所述智能指套用于检测手指运动姿态信息并传递至虚幻引擎控制单元5添加入虚拟三维教学场景中；所述头部运动测量模块用于检测人体头部运动姿态并传递至虚幻引擎控制单元5添加入虚拟三维教学场景中；
学员端智能交互设备3包括头戴式显示模块、听筒模块和穿戴式人体加速度传感器；所述头戴式显示模块用于显示虚拟三维教学场景；所述听筒模块接收、并向学员同步播放教员输入讲课语音；所述穿戴式人体加速度传感器用于检测学员移动速度和方向并传递至虚幻引擎控制单元5添加入虚拟三维教学场景中；
三维模型构建单元4，用于构建和存储三维教学场景模型并传送至虚幻引擎控制单元5；
虚幻引擎控制单元5包括三维动画人物设置模块、声音模拟模块和灯光渲染模块；所述三维动画人物设置模块用于设置教员和学员人物、并依据接收的教员手指运动姿态和人体头部运动姿态、以及学员移动速度和方向同步设置显示相应人物的运动姿态；所述声音模拟模块用于将接收的教学讲课语音加入虚拟三维教学场景中。
对于常规课程教学资源，所述三维教学场景包括教学教室室内建筑、室内桌椅摆放、教学幻灯片。
所述学员端智能交互设备3还包括语音录入模块用于输入学员讲话语音、并实时传递至虚幻引擎控制单元5添加入虚拟三维教学场景中；所述听筒模块包括单人模式和多人模式，所述单人模式下学员同步收听教员讲课语音，所述多人模式学员同步收听教员讲课语音和学员讲话语音。
所述教员端智能交互设备2和学员端智能交互设备3的显示模块还用于选择虚拟三维教学场景中显示的人物模型、声音模型和装扮模型。
所述声音模拟模块还用于依据教员与学员之间的距离、以及学员与学员之间的距离设置声音分贝大小。
实施例2
在实施例1的基础上进一步改进，所述共享类教学资源包括生活项目、科学项目、机械项目、艺术项目和医学项目。
所述交互系统还包括管理中心6；所述管理中心用于管理人员安排常规课程教学课程安排、用于用户账户审核及规范化管理、用于审核用户上传的共享类教学资源。
对于共享类教学资源，用户只需要采用头戴式显示模块和听筒模块进行观看学习即可。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.基于虚幻4引擎技术的虚拟现实交互系统，其特征在于，包括教学资源平台(1)、教员端智能交互设备(2)、学员端智能交互设备(3)、三维模型构建单元(4)和虚幻引擎控制单元(5)；
所述教学资源平台(3)包括数据库服务器、控制模块和面向用户交互端；
所述数据库服务器，用于存储教学资源、教员信息、学员信息和虚拟三维教学场景，所述教学资源包括已授课程和预约课程；所述教员信息包括姓名、教授科目、课程安排、年龄、身份认证、联系方式和对应教员端智能交互设备(2)编号；所述学员信息包括姓名、学习科目、课程安排、年龄、身份认证、联系方式和对应学员端智能交互设备(3)编号；
所述控制模块，用于接收并审核教员端智能交互设备(2)和学员端智能交互设备(3)的接入请求，向通信连通的教员端智能交互设备(2)和学员端智能交互设备(3)实时发送所述虚拟三维教学场景；
所述面向用户交互端包括常规课程教学资源管理、用户管理和共享资源管理；常规课程教学资源管理用于用户查询、预约和在线学习教学资源；所述用户管理包括教员账户管理、学员账户管理以及下载或存储教学资源；所述共享资源管理用于用户上传和在线学习共享类教学资源；
所述教员端智能交互设备(2)包括头戴式显示模块、语音录入模块、智能指套和头部运动测量模块；所述头戴式显示模块用于显示虚拟三维教学场景；所述语音录入模块用于输入教学讲课语音、并实时传递至虚幻引擎控制单元(5)添加入虚拟三维教学场景中；所述智能指套用于检测手指运动姿态信息并传递至虚幻引擎控制单元(5)添加入虚拟三维教学场景中；所述头部运动测量模块用于检测人体头部运动姿态并传递至虚幻引擎控制单元(5)添加入虚拟三维教学场景中；
学员端智能交互设备(3)包括头戴式显示模块、听筒模块和穿戴式人体加速度传感器；所述头戴式显示模块用于显示虚拟三维教学场景；所述听筒模块接收、并向学员同步播放教员输入讲课语音；所述穿戴式人体加速度传感器用于检测学员移动速度和方向并传递至虚幻引擎控制单元(5)添加入虚拟三维教学场景中；
三维模型构建单元(4)，用于构建和存储三维教学场景模型并传送至虚幻引擎控制单元(5)；
虚幻引擎控制单元(5)包括三维动画人物设置模块、声音模拟模块和灯光渲染模块；所述三维动画人物设置模块用于设置教员和学员人物、并依据接收的教员手指运动姿态和人体头部运动姿态、以及学员移动速度和方向同步设置显示相应人物的运动姿态；所述声音模拟模块用于将接收的教学讲课语音加入虚拟三维教学场景中。
2.根据权利要求1所述的基于虚幻4引擎技术的虚拟现实交互系统，其特征在于，对于常规课程教学资源，所述三维教学场景包括教学教室室内建筑、室内桌椅摆放、教学幻灯片。
3.根据权利要求1所述的基于虚幻4引擎技术的虚拟现实交互系统，其特征在于，所述学员端智能交互设备(3)还包括语音录入模块用于输入学员讲话语音、并实时传递至虚幻引擎控制单元(5)添加入虚拟三维教学场景中；所述听筒模块包括单人模式和多人模式，所述单人模式下学员同步收听教员讲课语音，所述多人模式学员同步收听教员讲课语音和学员讲话语音。
4.根据权利要求1所述的基于虚幻4引擎技术的虚拟现实交互系统，其特征在于，所述教员端智能交互设备(2)和学员端智能交互设备(3)的显示模块还用于选择虚拟三维教学场景中显示的人物模型、声音模型和装扮模型。
5.根据权利要求1所述的基于虚幻4引擎技术的虚拟现实交互系统，其特征在于，所述声音模拟模块还用于依据教员与学员之间的距离、以及学员与学员之间的距离设置声音分贝大小。
6.根据权利要求1所述的基于虚幻4引擎技术的虚拟现实交互系统，其特征在于，所述共享类教学资源包括生活项目、科学项目、机械项目、艺术项目和医学项目。
7.根据权利要求1所述的基于虚幻4引擎技术的虚拟现实交互系统，其特征在于，所述交互系统还包括管理中心(6)；所述管理中心(6)用于管理人员安排常规课程教学课程安排、用于用户账户审核及规范化管理、用于审核用户上传的共享类教学资源。
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