CN108717809A - 一种虚拟现实仿真教学系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种虚拟现实仿真教学系统，用于供学习者在虚拟场景内操作设备或物体，解决了传统教育中学习者由于较少的实际操作而减少了知识储备及经验积累，从而增加学习者融入社会的时间的问题，其包括：虚拟场景模块，用于提供虚拟场景；人体操作模块，用于供人体进行操作；以及，映射模块，用于将人体通过所述人体操作模块进行的操作实时映射至所述虚拟场景模块，并对所述虚拟场景内的物体进行操作，从而可供学习者在虚拟场景内操作设备，增加学习者的知识储备及经验积累，从而减少学习者融入社会的时间，提高学习者的竞争力，加速学习者的发展。

Description

一种虚拟现实仿真教学系统

技术领域

本发明涉及虚拟现实领域，尤其涉及一种虚拟现实仿真教学系统。

背景技术

随着信息技术的发展，传统的教育也更加的信息化及便捷化，但是教学的本质没有改变，依旧是理论知识的讲解，而一些知识需要实际操作来获得，并通过实际操作积累经验，但是一些操作设备的价格较为昂贵，并且不便于维修和保养，教育机构使用操作设备传授知识的成本较高，从而令大多数教育机构对开设实际操作的课程望而却步，也令学习者少了一些知识储备及经验积累，从而增加学习者融入社会的时间，而在社会竞争日趋激烈的形势下，增加学习者融入社会的时间无疑会减弱学习者的竞争力，从而延缓学习者的发展。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种虚拟现实仿真教学系统，旨在解决传统教育中学习者由于较少的实际操作而减少了知识储备及经验积累，从而增加学习者融入社会的时间的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种虚拟现实仿真教学系统，包括：虚拟场景模块，用于提供虚拟场景；人体操作模块，用于供人体进行操作；以及，映射模块，用于将人体通过所述人体操作模块进行的操作实时映射至所述虚拟场景模块，并对所述虚拟场景内的物体进行操作。

通过采用上述技术方案，在学习者操作人体操作模块后，映射模块实时将学习者对人体操作模块的操作映射至虚拟场景模块，并使虚拟场景内的物体位置信息根据人体操作模块的操作发生改变，从而实现虚拟场景模块与人体操作模块的交互，使学习者在现实中操作虚拟场景中的物体，从而增加学习者的实际操作能力，并在操作过程中增加知识储备及经验积累，从而减少学习者融入社会的时间，提高学习者的竞争力，加速学习者的发展。

进一步地，所述映射模块包括：位置获取子模块，用于获取所述人体操作模块的位置；位置映射子模块，用于实时将所述位置获取子模块获取的所述人体操作模块的位置映射至所述虚拟场景模块；位置匹配子模块，用于将映射至所述虚拟场景模块的位置与所述虚拟场景内的物体位置相匹配；以及，虚拟工具子模块，用于与所述人体操作模块相匹配，并在所述虚拟场景内提供虚拟工具，以供学习者通过所述人体操作模块操作所述虚拟工具而操作所述虚拟场景内的物体。

进一步地，所述映射模块还包括：位置修正子模块，用于修正映射至所述虚拟场景模块内的人体操作，以使所述虚拟工具正常操作所述虚拟场景内的物体；以及，第一阈值子模块，用于设定所述位置修正子模块修正范围的阈值。

进一步地，所述映射模块还包括：修正显示子模块，修正显示子模块，用于在所述位置修正子模块修正所述人体操作的位置后，在所述虚拟场景内显示修正信息。

进一步地，所述映射模块还包括：虚拟工具存储子模块，用于存储N种虚拟工具，N为大于或等于1的自然数；虚拟工具转换子模块，通过所述虚拟工具转换子模块转换所述虚拟场景内的虚拟工具。

进一步地，所述虚拟场景模块包括：虚拟物体位置子模块，用于设定并获取虚拟物体的位置信息；位置改变子模块，用于根据所述人体操作模块的操作改变所述虚拟物体的位置信息。

进一步地，所述虚拟场景模块还包括：第二阈值子模块，用于设定所述虚拟场景模块内的物体位置信息改变的阈值，以使所述虚拟场景模块内的物体位置信息的改变符合现实规律。

进一步地，所述人体操作模块包括：实体操作子模块，用于供学习者操作，并获取学习者的操作信息；人体感应子模块，用于感应人体与所述实体操作子模块的接触信息；以及，信息实时传输子模块，用于实时向所述映射模块传输所述实体操作子模块获取的学习者的操作信息。

进一步地，所述系统还包括：虚拟场景存储模块，用于存储虚拟场景，以供学习者选取不同的虚拟场景；以及，虚拟场景编辑模块，用于编辑虚拟场景，以供学习者自定义虚拟场景。

本发明提供一种虚拟现实仿真教学系统，有益效果在于：能够将映射模块作为虚拟场景模块与人体操作模块交互的节点，从而在学习者操作人体操作模块后，使虚拟场景中的物体的位置信息根据人体操作模块的位置信息而发生变化，从而使学习者在现实中操作虚拟场景中的物体，从而增加学习者的实际操作能力，并在操作过程中增加知识储备及经验积累，从而减少学习者融入社会的时间，提高学习者的竞争力，加速学习者的发展。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一虚拟现实仿真教学系统的结构示意框图；

图2为本发明实施例一虚拟现实仿真教学系统的映射模块的结构示意框图；

图3为本发明实施例一虚拟现实仿真教学系统的虚拟场景模块的结构示意框图；

图4为本发明实施例一虚拟现实仿真教学系统的人体操作模块的结构示意框图。

在附图中，各附图标记表示：1、虚拟场景模块；11、虚拟物体位置子模块；12、位置改变子模块；13、第二阈值子模块；2、人体操作模块；21、实体操作子模块；22、人体感应子模块；23、信息实时传输子模块；3、映射模块；31、位置获取子模块；32、位置映射子模块；33、位置匹配子模块；34、虚拟工具子模块；35、位置修正子模块；36、第一阈值子模块；37、修正显示子模块；38、虚拟工具存储子模块；39、虚拟工具转换子模块；4、虚拟场景存储模块；5、虚拟场景编辑模块。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参阅图1，一种虚拟现实仿真教学系统，包括：虚拟场景模块1、人体操作模块2及映射模块3；虚拟场景模块1用于提供虚拟场景；人体操作模块2供人体进行操作，在本实施例中，人体操作模块2为手柄以供人体进行操作，在其他实施例中，人体操作模块2还可为集成手套，可以理解的是，只要为可以供人体操作的设备，均适用于本发明的人体操作模块2；映射模块3用于将人体通过人体操作模块2进行的操作实时映射至虚拟场景模块1提供的虚拟场景内，并根据人体对人体操作模块2的操作而对虚拟场景内的物体进行操作，使虚拟场景内的物体位置根据人体操作模块2发生改变，从而实现虚拟场景模块1与人体操作模块2的交互，使学习者在现实中操作虚拟场景中的物体，从而增加学习者的实际操作能力，并在操作过程中增加知识储备及经验积累，从而减少学习者融入社会的时间，提高学习者的竞争力，加速学习者的发展。

请参阅图1及图2，其中，映射模块3包括：位置获取子模块31、位置映射子模块32、位置匹配子模块33及虚拟工具子模块34；位置获取子模块31用于获取人体操作模块2的位置；位置映射子模块32用于实时将人体操作模块2的位置映射至虚拟场景模块1，从而使人体操作模块2的位置信息与虚拟场景模块1内的物体的位置信息同步，从而提高学习者的学习质量，提高学习者的学习效率；位置匹配子模块33用于将人体操作模块2映射至虚拟场景模块1的位置与虚拟场景内的物体位置相匹配，减少了学习者手动将人体操作模块2映射至虚拟场景模块1的位置与虚拟场景内的物体相匹配的时间，从而提高了学习者的学习效率；虚拟工具子模块34用于与人体操作模块2相匹配，并在虚拟场景内提供虚拟工具，以供学习者通过人体操作模块2操作虚拟工具，从而操作虚拟场景内的物体，使学习者通过操作虚拟场景内的物体而增加实际操作经验，从而增加了学习者的知识储备及经验积累。

在本实施例中，映射模块3还包括：位置修正子模块35及第一阈值子模块36；位置修正子模块35用于修正映射至虚拟场景内的人体操作模块2的操作，从而在学习者的操作存在误差的情况下，使虚拟工具能够正常操作虚拟场景内的物体，从而减小了操作本系统的难度，减少了学习者因操作误差而浪费的时间，提高了学习者的学习效率；第一阈值子模块36用于设定位置修正子模块35修正范围的阈值，当学习者的操作误差超出上述阈值时，位置修正子模块35无法修正学习者的操作误差，从而防止学习者的操作误差过大而导致积累错误的知识储备及操作经验。

映射模块3还包括：修正显示子模块37，用于在位置修正子模块35修正人体操作模块2的位置后，在虚拟场景内显示修正信息，从而使学习者知道自身的操作误差，以使学习者逐渐提高自身的操作精准度，从而使学习者更加便于积累操作经验及知识储备。

映射模块3还包括：虚拟工具存储子模块38及虚拟工具转换子模块39，虚拟工具存储子模块38用于存储N中虚拟工具，虚拟工具为人体操作模块2在虚拟场景内的映射，上述N为大于或等于1的自然数；虚拟工具转换子模块39用于转换虚拟场景内的虚拟工具，从而使人体操作模块2在虚拟场景内有N种形式的映射，当学习者通过人体操作模块2操作虚拟场景内的物体时，可根据虚拟场景内的物体的不同而选择相应的虚拟工具，从而极大的方便了学习者的操作流程，从而提高了学习者的学习效率。

请参阅图1及图3，虚拟场景模块1包括：虚拟物体位置子模块11及位置改变子模块12；虚拟物体位置子模块11用于设定并获取虚拟场景内的虚拟物体的位置信息；位置改变子模块12用于根据人体操作模块2的操作而改变虚拟物体的位置信息，从而改变虚拟物体的位置，使学习者仅通过改变人体操作模块2的位置即可操作虚拟物体的位置信息，从而便于学习者积累操作经验及知识储备。

在本实施例中，虚拟场景模块1还包括第二阈值子模块13，用于设定虚拟场景内的物体位置信息改变的阈值，第二阈值子模块13设定的阈值为虚拟物体在现实中位置改变的极限状态，从而使虚拟场景内物体的位置改变符合现实规律，增加了本系统的真实性，从而使学习者积累的知识储备及操作经验更加贴合现实，增加了学习者在现实中的操作能力。

请参阅图1及图4，人体操作模块2包括：实体操作子模块21、人体感应子模块22及信息实时传输子模块23；实体操作子模块21用于供学习者操作，并将实体操作子模块21的位置改变作为学习者的操作信息；人体感应子模块22用于感应人体，以使实体操作子模块21仅在人体的操作下改变位置后，将实体操作子模块21的位置改变作为学习者的操作信息，防止因非学习者操作的因素而导致实体操作子模块21的位置发生改变后，对虚拟场景内的虚拟物体进行操作；信息实时传输子模块23用于将实体操作子模块21的位置信息实时传输至虚拟场景模块1，从而根据实体操作子模块21的位置改变而即时改变虚拟场景内的物体的位置信息，从而使学习者更加清晰的认知到自身对于实体操作子模块21的每一个操作产生的结果，从而提高学习者的学习效率。

请参阅图1，在本实施例中，虚拟现实仿真教学系统还包括：虚拟场景存储模块4及虚拟场景编辑模块5，虚拟场景存储模块4用于存储虚拟场景，以供学习者选取不同的虚拟场景进行学习，从而增大了学习者的可选择性，拓宽了学习者的学习范围；虚拟场景编辑模块5用于编辑虚拟场景，以使学习者可根据自身需要自定义虚拟场景，从而便于学习者在适合自身的虚拟场景下学习，从而提高学习者的学习效率。

虚拟现实仿真教学系统还包括信息集成模块，信息集成模块用于集成信息，虚拟场景模块1、人体操作模块2及映射模块3之间的信息发送及接收均通过信息集成模块处理及完成，从而增加了本系统信息传输的有序性。

本发明提供的一种虚拟现实仿真教学系统，其工作原理或过程如下：当学习者使用本系统时，通过操作现实中的人体操作模块2，在经过映射模块3的映射后，能够使人体操作模块2映射至虚拟场景内，并和虚拟场景内的虚拟工具相对应，从而操作虚拟场景内的工具，使虚拟场景内的物体位置发生改变，从而使学习者在现实中操作虚拟场景中的物体，增加学习者的实际操作能力，并在操作过程中增加知识储备及经验积累，从而减少学习者融入社会的时间，提高学习者的竞争力，加速学习者的发展。

实施例二

与实施例一的区别在于映射模块3的不同，在本实施例中，映射模块3包括：位置获取子模块31、三维坐标系构建子模块、位置转换子模块、三维坐标转换子模块及虚拟投影子模块；位置获取子模块31用于获取人体操作模块2的位置；三维坐标系构建子模块用于在虚拟场景内构建三维坐标系，并根据三维坐标系获取虚拟物体的三维坐标；位置转换子模块用于将位置获取子模块31获取的人体操作模块2的位置转换为上述三维坐标系内的三维坐标；三维坐标转换子模块用于根据人体操作模块2的三维坐标的改变而转换虚拟物体的三维坐标，从而根据人体操作模块2位置的改变而改变虚拟物体的位置；虚拟投影子模块用于将人体操作模块2的三维坐标转化为虚拟投影，从而使学习者对人体操作模块2的操作在虚拟场景内可见，从而实现虚拟场景模块1与人体操作模块2的交互，使学习者在现实中操作虚拟场景中的物体，从而增加学习者的实际操作能力，并在操作过程中增加知识储备及经验积累，从而减少学习者融入社会的时间，提高学习者的竞争力，加速学习者的发展。

在本实施例中，映射模块3还包括：坐标修正子模块及阈值子模块，坐标修正子模块用于修正映射至虚拟场景内的人体操作模块2的三维坐标，从而在学习者的操作存在误差的情况下，仍可正常操作虚拟场景内的物体，从而减小了操作本系统的难度，减少了学习者因操作误差而浪费的时间，提高了学习者的学习效率；阈值子模块用于设定坐标修正子模块修正范围的阈值，当学习者的误差过大而导致三维坐标的修正范围超出上述阈值时，坐标修正子模块无法修正人体操作子模块的三维坐标，从而无法修正学习者的操作误差，防止学习者的操作误差过大而导致积累错误的知识储备及操作经验。

映射模块3还包括：修正显示子模块37，用于在坐标修正子模块修正人体操作模块2的位置后，在虚拟场景内显示修正信息，从而使学习者知道自身的操作误差，以使学习者逐渐提高自身的操作精准度，从而使学习者更加便于积累操作经验及知识储备。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本发明所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上为对本发明所提供的一种虚拟现实仿真教学系统的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种虚拟现实仿真教学系统，其特征在于，包括：

虚拟场景模块(1)，用于提供虚拟场景；

人体操作模块(2)，用于供人体进行操作；以及，

映射模块(3)，用于将人体通过所述人体操作模块(2)进行的操作实时映射至所述虚拟场景模块(1)，并对所述虚拟场景内的物体进行操作。

2.根据权利要求1所述的虚拟现实仿真教学系统，其特征在于，

所述映射模块(3)包括：

位置获取子模块(31)，用于获取所述人体操作模块(2)的位置；

位置映射子模块(32)，用于实时将所述位置获取子模块(31)获取的所述人体操作模块(2)的位置映射至所述虚拟场景模块(1)；

位置匹配子模块(33)，用于将映射至所述虚拟场景模块(1)的位置与所述虚拟场景内的物体位置相匹配；以及，

虚拟工具子模块(34)，用于与所述人体操作模块(2)相匹配，并在所述虚拟场景内提供虚拟工具，以供学习者通过所述人体操作模块(2)操作所述虚拟工具而操作所述虚拟场景内的物体。

3.根据权利要求2所述的虚拟现实仿真教学系统，其特征在于，

所述映射模块(3)还包括：

位置修正子模块(35)，用于修正映射至所述虚拟场景模块(1)内的人体操作，以使所述虚拟工具正常操作所述虚拟场景内的物体；以及，

第一阈值子模块(36)，用于设定所述位置修正子模块(35)修正范围的阈值。

4.根据权利要求3所述的虚拟现实仿真教学系统，其特征在于，

所述映射模块(3)还包括：

修正显示子模块(37)，用于在所述位置修正子模块(35)修正所述人体操作的位置后，在所述虚拟场景内显示修正信息。

5.根据权利要求2所述的虚拟现实仿真教学系统，其特征在于，

所述映射模块(3)还包括：

虚拟工具存储子模块(38)，用于存储N种虚拟工具，N为大于或等于1的自然数；

虚拟工具转换子模块(39)，通过所述虚拟工具转换子模块(39)转换所述虚拟场景内的虚拟工具。

6.根据权利要求1所述的虚拟现实仿真教学系统，其特征在于，

所述虚拟场景模块(1)包括：

虚拟物体位置子模块(11)，用于设定并获取虚拟物体的位置信息；

位置改变子模块(12)，用于根据所述人体操作模块(2)的操作改变所述虚拟物体的位置信息。

7.根据权利要求6所述的虚拟现实仿真教学系统，其特征在于，

所述虚拟场景模块(1)还包括：

第二阈值子模块(13)，用于设定所述虚拟场景模块(1)内的物体位置信息改变的阈值，以使所述虚拟场景模块(1)内的物体位置信息的改变符合现实规律。

8.根据权利要求1所述的虚拟现实仿真教学系统，其特征在于，

所述人体操作模块(2)包括：

实体操作子模块(21)，用于供学习者操作，并获取学习者的操作信息；

人体感应子模块(22)，用于感应人体与所述实体操作子模块(21)的接触信息；以及，

信息实时传输子模块(23)，用于实时向所述映射模块(3)传输所述实体操作子模块(21)获取的学习者的操作信息。

9.根据权利要求1所述的虚拟现实仿真教学系统，其特征在于，

所述系统还包括：

虚拟场景存储模块(4)，用于存储虚拟场景，以供学习者选取不同的虚拟场景；以及，

虚拟场景编辑模块(5)，用于编辑虚拟场景，以供学习者自定义虚拟场景。