CN107730134A - 基于vr技术的交互式自动评分系统 - Google Patents

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袁则红
汪雷
宋毅
宋根华
徐照民
杨云
周宗学
赵俊
张炳清
储江龙
鲁杭
项忠华
杨平
沈荣清
范顺龙
付阳
邱宏瑜
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Abstract

本发明提供一种基于VR技术的交互式自动评分系统，包括计算机系统、三维空间显示设备和三维空间交互设备，所述计算机系统包括三维图像生成模块和评分模块，其中：所述三维图像生成模块用于进行三维建模，构建虚拟环境，并对从所述三维空间交互设备获取的用户的形态信息和位置信息进行三维建模，建立用户形态模型并编入所述虚拟环境中；所述评分模块用于获取用户形态模型在虚拟环境中完成操作指令的操作数据，并对所述数据进行评分处理，输出评分结果；所述三维空间交互设备进一步供用户控制所述用户形态模型在虚拟环境中完成操作指令；所述三维空间显示设备用于显示所述虚拟环境。本发明有效地反映出电力生产中操作人员的实际操作水平。

Description

基于VR技术的交互式自动评分系统
技术领域
本发明涉及虚拟现实技术领域，特别是基于VR技术的交互式自动评分系统。
背景技术
现有技术中，对相关从业人员的电力设备操作能力进行考核，通常采用实操或者理论考试的方式进行考核，这些传统的考核方式存在着一些不足和缺陷，如采用实操考核方式，需要投入的成本高；如采用理论考试作为考核方式，则脱离了实际操作情景，迁移性和反馈效果较差。
现有技术中，也有一些培训系统对从业人员的电力设备操作能力进行考核，但在此类传统的评分系统中仅能针对从业人员的操作步骤与操作结果进行自动评分，不能针对在实际操作中影响最终结果的所有因素进行评价考核，因此采用传统的评分系统对从业人员的电力设备操作进行评价存在局限性。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种基于VR技术的交互式自动评分系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
计算机系统、三维空间显示设备和三维空间交互设备，所述计算机系统包括三维图像生成模块和评分模块，其中：
所述三维图像生成模块用于对电力生产中的场景进行三维建模，构建虚拟环境，并对从所述三维空间交互设备获取的用户的形态信息和位置信息进行三维建模，建立用户形态模型并编入所述虚拟环境中；
所述评分模块用于获取用户形态模型在虚拟环境中完成操作指令的操作数据，并根据所述操作数据进行评分处理，输出评分结果，其中所述操作数据包括操作步骤顺序、操作结果和具体每一个操作步骤的操作信息；
所述三维空间交互设备进一步供用户控制所述用户形态模型在虚拟环境中完成操作指令；
所述三维空间显示设备用于显示所述虚拟环境。
优选地，所述三维空间交互设备包括数据手套和操作杆。
优选地，所述三维空间显示设备包括立体眼镜和/或立体显示器。
优选地，所述计算机系统还进一步包括数据库模块，所述数据库模块，用于存储不同电力生产中的场景对应的虚拟环境信息及评分标准，其中所述评分标准包括不同电力生产场景的标准操作步骤及每个步骤对应的标准操作信息。
优选地，所述评分模块包括操作步骤顺序评分单元、操作结果评分单元、步骤操作评分单元和总得分处理单元，其中：
所述操作步骤顺序评分单元用于判断操作步骤顺序是否正确，获取用户的操作步骤顺序得分；
所述操作结果评分单元用于判断在完成所有操作指令后所得的操作结果是否正确，获取用户的操作结果得分；
所述步骤操作评分单元用于根据用户每一个操作步骤的操作信息进行评分，获取每一个操作步骤的得分；其中所述操作信息包括操作力度、操作角度和操作位置，其中操作力度根据用户操作的速度、加速度和设定的用户形态模型质量进行计算所得；
所述总得分处理单元用于根据所述操作步骤顺序得分、操作结果得分和每一个操作步骤的得分获取总得分。
本发明的有益效果为：采用本发明系统对操作人员在电力生产中的模拟操作进行评分，不仅对操作人员的操作步骤顺序和操作结果进行评分，而且通过获取操作人员在完成具体操作指令时候的操作力度、操作角度和操作位置，对操作人员在操作过程中的每一个步骤进行了精细化的评分，从而更具体、更细致地反映操作人员的实际操作能力。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本发明的框架结构图；
图2为本发明评分模块的框架结构图。
附图标记：
计算机系统1、三维空间交互设备2、三维空间显示设备3、三维图像生成模块11、评分模块12、数据库模块13、操作步骤顺序评分单元120、操作结果评分单元121、步骤操作评分单元122和总得分处理单元123
具体实施方式
结合以下应用场景对本发明作进一步描述。
参见图1，一种基于VR技术的交互式自动评分系统，包括：
计算机系统1、三维空间显示设备3和三维空间交互设备2，其中：
所述三维空间交互设备2用于获取用户的形态信息和位置信息，并上传至所述计算机系统1建立用户形态模型，用户通过所述三维空间交互设备2控制所述用户形态模型在虚拟环境中完成操作指令；
所述计算机系统1进一步包括三维图像生成模块11和评分模块12，其中：
所述三维图像生成模块11用于对电力生产中的场景进行三维建模，构建虚拟环境，并对从所述三维空间交互设备2获取的用户的形态信息和位置信息进行三维建模，建立用户形态模型并将其编入所述虚拟环境中；
所述评分模块12用于获取用户形态模型在虚拟环境中完成操作指令的操作数据，并根据所述操作数据进行评分处理，输出评分结果；
所述三维空间显示设备3用于根据用户的视线方向显示所述虚拟环境，其中所述三维空间显示设备3上设置有探测装置，用于测定用户的视线方向。
优选地，所述三维空间交互设备2包括数据手套和操作杆。
优选地，所述三维空间显示设备3包括立体眼镜和/或立体显示器。
优选地，所述计算机系统1还进一步包括数据库模块13，所述数据库模块13，用于存储不同电力生产中的场景对应的虚拟环境信息及评分标准，其中所述评分标准包括不同电力生产场景的标准操作步骤及每个步骤对应的标准操作信息。
优选地，参见图2，所述评分模块12包括操作步骤顺序评分单元120、操作结果评分单元121、步骤操作评分单元122和总得分处理单元123，其中：
所述操作步骤顺序评分单元120用于判断操作步骤顺序是否正确，获取用户的操作步骤顺序得分；
所述操作结果评分单元121用于判断在完成所有操作指令后所得的操作结果是否正确，获取用户的操作结果得分；
所述步骤操作评分单元122用于根据用户每一个操作步骤的操作信息进行评分，获取每一个操作步骤的得分；其中所述操作信息包括操作力度、操作角度和操作位置，其中操作力度根据用户操作的速度、加速度和设定的用户形态模型质量进行计算所得；
所述总得分处理单元123用于根据所述操作步骤顺序得分、操作结果得分和每一个操作步骤的得分获取总得分。
本发明上述实施例，操作人员通过使用三维空间交互和显示设备进行电力生产中的模拟操作，本发明系统记录操作人员的操作指令数据并对其进行评分，不仅对操作人员的操作步骤顺序和操作结果进行评分，而且通过获取操作人员在完成具体操作指令时候的操作力度、操作角度和操作位置，对操作人员在操作过程中的每一个步骤进行了精细话的评分，从而更具体、更细致地反映操作人员的实际操作能力。
优选地，所述操作步骤顺序评分单元120用于判断操作步骤顺序是否正确，获取用户的操作步骤顺序得分，具体为：
将电力生产中的场景需要完成的操作过程分解为各个操作步骤，根据用户的操作指令的顺序进行判断是否正确：若操作顺序完全正确则操作步骤顺序得分部分得满分；若操作步骤顺序不正确，在不影响操作结果的情况下，对操作步骤顺序得分进行相应的扣减；其中，采用的操作步骤顺序得分函数为：
式中，N2表示操作步骤顺序得分，nr和nz分别表示错误的步骤数和操作步骤总数。
本优选实施例，采用上述的方法获取操作人员的操作步骤顺序得分，在不影响最终结果的情况下，能够反映出操作人员的操作顺序习惯，从而更细致地反映操作人员的操作习惯和规范化程度。
优选地，所述操作结果评分单元121用于将在完成所有操作指令后所得的操作结果和预先存储在数据库13中的结果进行对比，判断操作结果是否正确，获取用户的操作结果得分，具体采用的操作结果得分函数为：
式中，N3表示操作结果得分。
优选地，所述步骤操作评分单元122用于根据用户每一个操作步骤的操作信息进行评分，获取每一个操作步骤的得分，具体为：
通过数据手套和操作杆获取评分系统操作过程中用户形态模型的三维空间位置坐标和角度(即操作位置和操作角度)，通过三维空间位置坐标进行计算操作的速度、加速度，通过初始设定的用户形态模型质量计算操作力度，通过操作力度的大小判断是否对电力设备造成物理破坏，若判断为操作力度过大，则根据对电力设备的破坏程度，对该操作步骤的操作步骤得分进行扣减，其中采用的操作步骤得分函数为：
式中，N1i表示第i操作步骤的得分，Fs表示该步骤的操作力度，Fb表示该步骤设定的参考力度，Nib表示第i步骤所占所有步骤中得分的比重。
本优选实施例，通过上述方法获取操作人员在单独一个步骤中的得分，先通过获取用户形态模型在虚拟环境中的位置坐标和角度变化，计算获取操作人员的操作操作力度大小，通过判断操作力度的大小，可以有效地判断操作人员在该步骤中的操作是否达到预期的效果，同时检测该操作存在对电力设备的安全隐患，从而更真实，细致化的反映出操作人员在每一个操作步骤中的操作能力。
优选地，所述总得分处理单元123用于根据所述操作步骤顺序得分、操作结果得分和每一个操作步骤的得分获取总得分，具体采用的总得分函数为：
式中，N表示总得分，nz表示操作步骤的总数，i表示地i个操作步骤，N1i表示第i操作步骤的得分，Nib表示第i步骤所占所有步骤中得分的比重，N2表示操作步骤顺序得分，N3表示操作结果得分，ω1表示步骤得分权重，ω2表示操作步骤顺序得分权重，ω3表示操作结果得分权重，其中ω1+ω2+ω3＝1；
优选地ω1＝0.6，ω2＝0.2，ω3＝0.2。
本优选实施例，通过上述的方法获取操作人员在电力生产场景中模拟操作的总得分，能够根据实际情况调整不同得分部分所占的权重，准确、直观地反映出操作人员的操作水平。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当分析，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.基于VR技术的交互式自动评分系统，其特征在于，包括：
计算机系统、三维空间显示设备和三维空间交互设备，所述计算机系统包括三维图像生成模块和评分模块，其中：
所述三维图像生成模块用于对电力生产中的场景进行三维建模，构建虚拟环境，并对从所述三维空间交互设备获取的用户的形态信息和位置信息进行三维建模，建立用户形态模型并编入所述虚拟环境中；
所述评分模块用于获取用户形态模型在虚拟环境中完成操作指令的操作数据，并根据所述操作数据进行评分处理，输出评分结果；
所述三维空间交互设备进一步供用户控制所述用户形态模型在虚拟环境中完成操作指令；
所述三维空间显示设备用于显示所述虚拟环境。
2.根据权利要求1所述的基于VR技术的交互式自动评分系统，其特征在于，所述三维空间交互设备包括数据手套和操作杆。
3.根据权利要求1所述的基于VR技术的交互式自动评分系统，其特征在于，所述三维空间显示设备包括立体眼镜和/或立体显示器。
4.根据权利要求1所述的基于VR技术的交互式自动评分系统，其特征在于，所述计算机系统还进一步包括数据库模块，
所述数据库模块，用于存储不同电力生产中的场景对应的虚拟环境信息及评分标准，其中所述评分标准包括不同电力生产场景的标准操作步骤及每个步骤对应的标准操作信息。
5.根据权利要求4所述的基于VR技术的交互式自动评分系统，其特征在于，所述评分模块包括操作步骤顺序评分单元、操作结果评分单元、步骤操作评分单元和总得分处理单元，其中：
所述操作步骤顺序评分单元用于判断操作步骤顺序是否正确，获取用户的操作步骤顺序得分；
所述操作结果评分单元用于判断在完成所有操作指令后所得的操作结果是否正确，获取用户的操作结果得分；
所述步骤操作评分单元用于根据用户每一个操作步骤的操作信息进行评分，获取每一个操作步骤的得分；其中所述操作信息包括操作力度、操作角度和操作位置，其中操作力度根据用户操作的速度、加速度和设定的用户形态模型质量进行计算所得；
所述总得分处理单元用于根据所述操作步骤顺序得分、操作结果得分和每一个操作步骤的得分获取总得分。
6.根据权利要求5所述的基于VR技术的交互式自动评分系统，其特征在于，所述操作步骤顺序评分单元用于判断操作步骤顺序是否正确，获取用户的操作步骤顺序得分，具体为：
将电力生产中的场景需要完成的操作过程分解为各个操作步骤，根据用户的操作指令的顺序进行判断是否正确：若操作顺序完全正确则操作步骤顺序得分部分得满分；若操作步骤顺序不正确，在不影响操作结果的情况下，对操作步骤顺序得分进行相应的扣减；其中，采用的操作步骤顺序得分函数为：
式中，N2表示操作步骤顺序得分，nr和nz分别表示错误的步骤数和操作步骤总数。
7.根据权利要求5所述的基于VR技术的交互式自动评分系统，其特征在于，所述操作结果评分单元用于将在完成所有操作指令后所得的操作结果和预先存储在数据库中的结果进行对比，判断操作结果是否正确，获取用户的操作结果得分，具体采用的操作结果得分函数为：
式中，N3表示操作结果得分。
8.根据权利要求5所述的基于VR技术的交互式自动评分系统，其特征在于，所述步骤操作评分单元用于根据用户每一个操作步骤的操作信息进行评分，获取每一个操作步骤的得分，具体为：
通过所述三维空间交互设备获取用户操作过程中控制用户形态模型的操作位置和操作角度，其中所述操作位置用三维空间位置坐标表示，通过三维空间位置坐标进行计算操作的速度、加速度，并通过初始设定的用户形态模型质量计算操作力度，若判断操作力度不足或者过大的时候，则需要对该操作步骤的操作步骤得分进行扣减；
其中采用的操作步骤得分函数为：
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式中，N1i表示第i操作步骤的得分，Fs表示该步骤的操作力度，Fb表示该步骤设定的参考力度，Nib表示第i步骤所占所有步骤中得分的比重。
9.根据权利要求5所述的基于VR技术的交互式自动评分系统，其特征在于，所述总得分处理单元用于根据所述操作步骤顺序得分、操作结果得分和每一个操作步骤的得分获取总得分，具体采用的总得分函数为：
<mrow> <mi>N</mi> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <msub> <mi>n</mi> <mi>z</mi> </msub> </munderover> <msub> <mi>N</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <msub> <mi>N</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>b</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;times;</mo> <msub> <mi>&amp;omega;</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>N</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <msub> <mi>&amp;omega;</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>N</mi> <mn>3</mn> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <msub> <mi>&amp;omega;</mi> <mn>3</mn> </msub> </mrow>
式中，N表示总得分，nz表示操作步骤的总数，i表示地i个操作步骤，N1i表示第i操作步骤的得分，Nib表示第i步骤所占所有步骤中得分的比重，N2表示操作步骤顺序得分，N3表示操作结果得分，ω1表示步骤得分权重，ω2表示操作步骤顺序得分权重，ω3表示操作结果得分权重，其中ω1+ω2+ω3＝1。
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