CN108831218A - 基于虚拟现实的远程教学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于虚拟现实的远程教学系统,包括:教学服务器、教师端、学生端;所述教师端与学生端分别与教学服务器进行通信连接;教学服务器包括:虚拟教室模块,虚拟人物模块,用户数据处理模块,音频交换系统,系统事件处理模块和数据合成模块;教师端和学生端都包括:图像组合显示模块,动作捕捉模块,声音处理模块和控制设定面板;教师端还包括:教室黑板演示模块和课堂设置模块。本发明能够使远程教学更加贴近实际,提升用户真实感知。

Description

基于虚拟现实的远程教学系统
技术领域
[0001 ]本发明涉及教育领域,尤其涉及基于虚拟现实的远程教学系统。
背景技术
[0002]互联网+教育,指利用多媒体计算机技术和网络技术,实现教师与学习者以及学 习者群体之间形成交流互动的一种新兴学习方式,是在传统教育体制和教学方法的框架 之外,探索出的一种全新的教学模式。
[0003]现有的互联网教学主要将多媒体网络教学资源整合在数据库中,学生通过登录到 系统内进行在线学习或与教师互动,该教学系统虽然克服了时间上、空间上的教学资源配 置不均的问题,提高了教学效果,但仍无法实现满足学生对实验、实操、实训的需求。此外, 虚拟教室具有的问题在于,主要使用原始模型而不是学生他或她自己来实施学习,从而学 生难以具有出现在虚拟空间中的真实感或沉浸感。配置这样的传统技术,使得将远程地点 处的讲师的图像或学生的图像简单投影在屏幕上的预置位置,并使得简单改变背景,由此 使得难以有效提供具有真实性的基于虚拟现实的教育。
[0004]为了解决上述问题,本发明提出基于虚拟现实的远程教学系统。本发明引入虚拟 现实技术,通过设置虚拟教师和虚拟人像的方式,使学生和教师体验到真实教室授课的感 觉;同时还能实现远程的互动,提供多种视角切换和多种语音功能。本发明能够使远程教学 更加贴近实际,提升用户真实感知。
发明内容
[0005]为了解决上述问题,本发明提出基于虚拟现实的远程教学系统。
[0006]具体的,基于虚拟现实的远程教学系统,包括:教学服务器、教师端、学生端;所述 教师端与学生端分别与教学服务器进行通信连接; 所述教学服务器包括: 虚拟教室模块,用于建立虚拟教室模型,所述虚拟教室模型包括教室的大小、布局和风 格;所述教室大小决定了该教室能够容纳的学生数量; 虚拟人物模块,用于建立教师和学生的虚拟人物模型;所述虚拟人物模型包括人物性 另IJ、所述虚拟人物模型的头像采用教师或学生的真实头像; 用户数据处理模块,用于接收和处理从教师端和学生端传输过来的数据信息,包括将 教师和学生的位置、姿态、动作在虚拟教室模型进行重新定位投射并显示; 音频交换系统,用于处理教师和学生的音频信息,包括根据教师发言、学生发言、分组 讨论的不同场景设置音频交换方式; 系统事件处理模块,用于将所述远程教学系统的系统事件转化为具体的虚拟动作;包 括以下事件:某个学生的登陆或退出,转化为该学生对应的虚拟人物走进或走出该虚拟教 室;某个学生处于在线听课状态时,则在所述虚拟教室模型中的对应的虚拟座位上显示对 应的虚拟人物;某个学生的掉线,转化为将该学生对应的虚拟人物进行虚化;某个学生走错 教室,转化为将该学生对应的虚拟人物进行颜色标识; 数据合成模块,用于将用户数据处理模块和系统事件处理模块中的数据对应至虚拟人 物模型,并合成至虚拟教室模型,形成统一的显示数据,传输给教师端和学生端进行显示; 所述虚拟教室模块、虚拟人物模块、用户数据处理模块、音频交换系统、系统事件处理 模块均与数据合成模块相连; 所述教师端和学生端都包括: 图像组合显示模块,用于将教学服务器传输过来的虚拟现实进行显示; 动作捕捉模块,包括图像采集模块、动作识别单元、位置定位单元和中央处理单元;所 述图像米集t吴块、动作识别单兀、位置定位单兀均与中央处理单兀相连;所述中央处理单元 采集的信息包括当前人物的位置信息、姿态信息、动作信息,并发送给所述用户数据处理模 块; 声音处理模块,包括一个或多个拾音器,和一个或多个扬声器,分别用于发言和接收讲 话; 控制设定面板,包括设定本系统的通信参数,登陆信息、课程信息、用户基础信息、用户 权限; 所述教师端还包括: 教室黑板演示模块,用于将教师端的演示内容投射到虚拟教室模型的黑板上,所述演 示内容为电脑屏幕演示内容或自定义手写板的内容; 课堂设置模块,用于设置当前教室内的讨论模式和进行课堂管理。
[0007]优选的,所述虚拟人物模块可替换为视频协调模块,用于根据场景需要,将教师的 虚拟模型切换成授课视频。
[0008] 优选的,图像组合显示模块为头盔显示模块,所述头盔显示模块由用户佩戴到头 部眼前的位置,用于将教学服务器的虚拟现实的数据显示在教师和学生的眼前。
[0009] 优选的,所述教师和学生的登陆后的初始位置信息由数据合成模块映射定位于虚 拟教室模型中的座位位置,其后其位置的变化由动作捕捉模块进行监测,经用户数据处理 模块发送至数据合成模块,用于体现教师和学生的位置变化。
[0010] 优选的,所述教学服务器还包括通信状态监测模块;所述通信状态监测模块用于 检测学生端和教师端与教学服务器的通信连接质量,并对教师端的数据包设定较高的传输 优先级D
[0011] 优选的,所述教师端和学生端还都包括视角切换模块,用于切换重点关注的视角; 所述视角包括全景视角、特定视角和黑板视角;所述全景视角能够看到虚拟教室模型的全 景,包括教室里的虚拟人物模型;所述特定视角用于选取重点关注的对象或区域;所述黑板 视角用于关注当前虚拟教室模型的黑板上的内容。
[0012] 优选的,所述课堂设置模块还包括时钟插件,所述时钟插件用于课堂计时或考试 计时,教师能够通过设置将当前时间或倒计时时间显示于虚拟教室模型的黑板上的选定位 置。
[0013] 优选的,所述数据合成模块还包含同步装置,所述同步装置用于将用户数据处理 模块中的动作和音频交换系统中的声音保持同步;所述同步装置是基于数据包的时间戳进 行同步的。
[0014]本发明的有益效果在于:通过设置虚拟教师和虚拟人像的方式,使学生和教师体 验到真实教室授课的感觉;同时还能实现远程的互动,提供多种视角切换和多种语音功能。 本发明能够使远程教学更加贴近实际,提升用户真实感知。
附图说明
[0015]图1是本发明的系统图。
具体实施方式
[0016]为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图说明本发 明的具体实施方式。
[0017]具体的,基于虚拟现实的远程教学系统,包括:教学服务器、教师端、学生端;所述 教师端与学生端分别与教学服务器进行通信连接;实际上,教师端、学生端的区别仅在与软 件上的区别,教师端比学生端增加了与授课相关的控制功能。
[0018]所述教学服务器包括: 虚拟教室模块,用于建立虚拟教室模型,所述虚拟教室模型包括教室的大小、布局和风 格;所述教室大小决定了该教室能够容纳的学生数量;虚拟教室模型是整个虚拟场景的基 础。
[0019]虚拟人物模块,用于建立教师和学生的虚拟人物模型;所述虚拟人物模型包括人 物性别、所述虚拟人物模型的头像采用教师或学生的真实头像;使用虚拟人物模型为了使 虚拟场景更贴合实际课堂。
[0020]用户数据处理模块,用于接收和处理从教师端和学生端传输过来的数据信息,包 括将教师和学生的位置、姿态、动作在虚拟教室模型进行重新定位投射并显示; 音频交换系统,主要用于语音交流;用于处理教师和学生的音频信息,包括根据教师发 言、学生发言、分组讨论的不同场景设置音频交换方式;同时教师能够屏蔽语音质量较差的 语音接入。
[0021]系统事件处理模块,用于将所述远程教学系统的系统事件转化为具体的虚拟动 作;包括以下事件:某个学生的登陆或退出,转化为该学生对应的虚拟人物走进或走出该虚 拟教室;某个学生处于在线听课状态时,则在所述虚拟教室模型中的对应的虚拟座位上显 示对应的虚拟人物;某个学生的掉线,转化为将该学生对应的虚拟人物进行虚化;某个学生 走错教室,转化为将该学生对应的虚拟人物进行颜色标识;将系统事件转化为虚拟动作,使 教师能够直观掌握教室里的学生状况,能即时反应系统事件,并避免受系统事件干扰,更贴 近于实际课堂。
[0022]数据合成模块,用于将用户数据处理模块和系统事件处理模块中的数据对应至虚 拟人物模型,并合成至虚拟教室模型,形成统一的显示数据,传输给教师端和学生端进行显 示; 数据合成模块为虚拟系统的核心引擎。所述虚拟教室模块、虚拟人物模块、用户数据处 理模块、音频交换系统、系统事件处理模块均与数据合成模块相连。
[0023] 所述教师端和学生端都包括: 图像组合显示模块,用于将教学服务器传输过来的虚拟现实进行显示; 动f捕捉糗块,包括图像采集模块、动作识别单元、位置定位单元和中央处理单元;所 述图像采集模块、动作识别单元、位置定位单元均与中央处理单元相连;所述中央处理单元 采集的信息包括当前人物的位置信息、姿态信息、动作信息,并发送给所述用户数据处理模 块; 声音处理模块,包括一个或多个拾音器,和一个或多个扬声器,分别用于发言和接收讲 话; 控制设定面板,包括设定本系统的通信参数,登陆信息、课程信息、用户基础信息、用户 权限; 所述教师端还包括: 教室黑板演示模块,用于将教师端的演示内容投射到虚拟教室模型的黑板上,所述演 示内容为电脑屏幕演示内容或自定义手写板的内容; 课堂设置t旲块,用于设置当如教室内的讨论模式和进行课堂管理。
[0024]优选的,所述虚拟人物模块可替换为视频协调模块,用于根据场景需要,将教师的 虚拟模型切换成授课视频。此处主要是解决虚拟场景中的部分不真实性和响应延迟的问 题,直接切换为视频,有利于学生更直观地看到授课内容。
[0025]优选的,图像组合显示模块为头盔显示模块,所述头盔显示模块由用户佩戴到头 部眼前的位置,用于将教学服务器的虚拟现实的数据显示在教师和学生的眼前。
[0026]优选的,所述教师和学生的登陆后的初始位置信息由数据合成模块映射定位于虚 拟教室模型中的座位位置,其后其位置的变化由动作捕捉模块进行监测,经用户数据处理 模块发送至数据合成模块,用于体现教师和学生的位置变化。
[0027]优选的,所述教学服务器还包括通信状态监测模块;所述通信状态监测模块用于 检测学生端和教师端与教学服务器的通信连接质量,并对教师端的数据包设定较高的传输 优先级。
[0028]优选的,所述教师端和学生端还都包括视角切换模块,用于切换重点关注的视角; 所述视角包括全景视角、特定视角和黑板视角;所述全景视角能够看到虚拟教室模型的全 景,包括教室里的虚拟人物模型;所述特定视角用于选取重点关注的对象或区域;所述黑板 视角用于关注当前虚拟教室模型的黑板上的内容。
[0029] 优选的,所述课堂设置模块还包括时钟插件,所述时钟插件用于课堂计时或考试 计时,教师能够通过设置将当前时间或倒计时时间显示于虚拟教室模型的黑板上的选定位 置。
[0030] 优选的,所述数据合成模块还包含同步装置,所述同步装置用于将用户数据处理 模块中的动作和音频交换系统中的声音保持同步;所述同步装置是基于数据包的时间戳进 行同步的。
[0031] 需要说明的是,对于前述的各个方法实施例,为了简单描述,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,本申请并不受所描述的动作顺序的限制,因 为依据本申请,某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。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,所涉及的动作和单元并不一定是本申 请所必须的。
[0032] 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细描述 的部分,可以参见其他实施例的相关描述。
[0033]以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范 围,因此依本发明权利要求所作的等同变化,仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.基于虚拟现实的远程教学系统,其特征在于,包括:教学服务器、教师端和学生端;所 述教师端与学生端分别与教学服务器进行通信连接; 所述教学服务器包括: 虚拟教室模块,用于建立虚拟教室模型,所述虚拟教室模型包括教室的大小、布局和风 格;所述教室大小决定了该教室能够容纳的学生数量; 虚拟人物模块,用于建立教师和学生的虚拟人物模型;所述虚拟人物模型包括人物性 别、所述虚拟人物模型的头像采用教师或学生的真实头像; 用户数据处理模块,用于接收和处理从教师端和学生端传输过来的数据信息,包括将 教师和学生的位置、姿态、动作在虚拟教室模型进行重新定位投射并显示; 音频交换系统,用于处理教师和学生的音频信息,包括根据教师发言、学生发言、分组 讨论的不同场景设置音频交换方式; 系统事件处理模块,用于将所述远程教学系统的系统事件转化为具体的虚拟动作;包 括以下事件:某个学生的登陆或退出,转化为该学生对应的虚拟人物走进或走出该虚拟教 室;某个学生处于在线听课状态时,则在所述虚拟教室模型中的对应的虚拟座位上显示对 应的虚拟人物;某个学生的掉线,转化为将该学生对应的虚拟人物进行虚化;某个学生走错 教室,转化为将该学生对应的虚拟人物进行颜色标识; 数据合成模块,用于将用户数据处理模块和系统事件处理模块中的数据对应至虚拟人 物模型,并合成至虚拟教室模型,形成统一的显示数据,传输给教师端和学生端进行显示; 所述虚拟教室模块、虚拟人物模块、用户数据处理模块、音频交换系统、系统事件处理 模块均与数据合成模块相连; 所述教师端和学生端都包括有: 图像组合显不換块,用于将教学服务器传输过来的虚拟现实进行显示; 动作捕捉模块,包括图像采集模块、动作识别单元、位置定位单元和中央处理单元;所 述图像采集模块、动作识别单元、位置定位单元均与中央处理单元相连;所述中央处理单元 采集的信息包括当前人物的位置信息、姿态信息、动作信息,并发送给所述用户数据处理模 块; 声音处理模块,包括一个或多个拾音器,和一个或多个扬声器,分别用于发言和接收讲 话; 控制设定面板,包括设定本系统的通信参数,登陆信息、课程信息、用户基础信息、用户 权限; 所述教师端还包括: 教室黑板演示模块,用于将教师端的演示内容投射到虚拟教室模型的黑板上,所述演 示内容为电脑屏幕演示内容或自定义手写板的内容; 课堂设置模块,用于设置当前教室内的讨论模式和进行课堂管理。
2. 根据权利要求1所述的基于虚拟现实的远程教学系统,其特征在于:所述虚拟人物模 块可替换为视频协调模块,用于根据场景需要,将教师的虚拟模型切换成授课视频。
3. 根据权利要求1所述的基于虚拟现实的远程教学系统,其特征在于:所述图像组合显 示模块为头盔显示模块,所述头盔显示模块由用户佩戴到头部眼前的位置,用于将教学服 务器的虚拟现实的数据显示在教师和学生的眼前。
4.根据权利要求3所述的基于虚拟现实的远程教学系统,其特征在于:所述教师和学生 的登陆后的初始位置信息由数据合成模块映射定位于虚拟教室模型中的座位位置,其后其 位置的变化由动作捕捉模块进行监测,经用户数据处理模块发送至数据合成模块,用于体 现教师和学生的位置变化。
5.根据权利要求4所述的基于虚拟现实的远程教学系统,其特征在于:所述教学服务器 还包括通信状态监测模块;所述通信状态监测模块用于检测学生端和教师端与教学服务器 的通信连接质量,并对教师端的数据包设定较高的传输优先级。
6.根据权利要求5所述的基于虚拟现实的远程教学系统,其特征在于:所述教师端和学 生端还都包括视角切换模块,用于切换重点关注的视角;所述视角包括全景视角、特定视角 和黑板视角;所述全景视角能够看到虚拟教室模型的全景,包括教室里的虚拟人物模型;所 述特定视角用于选取重点关注的对象或区域;所述黑板视角用于关注当前虚拟教室模型的 黑板上的内容。
7. 根据权利要求6所述的基于虚拟现实的远程教学系统,其特征在于:所述课堂设置模 块还包括时钟插件,所述时钟插件用于课堂计时或考试计时,教师能够通过设置将当前时 间或倒计时时间显示于虚拟教室模型的黑板上的选定位置。
8. 根据权利要求7所述的基于虚拟现实的远程教学系统,其特征在于:所述数据合成模 块还包含同步装置,所述同步装置用于将用户数据处理模块中的动作和音频交换系统中的 声音保持同步;所述同步装置是基于数据包的时间戳进行同步的。
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