CN109118848B - 一种基于光通信的多媒体信息系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及多媒体教学技术领域，具体为一种基于光通信的多媒体信息系统。包括服务器、照明灯、教师终端以及学生终端，照明灯设有信号发射模块，信号发射模块用于将服务器的数据通过照明灯的光信号发射出去，教师终端以及学生终端均设有用于接收照明灯光信号的光信号接收模块，教师终端以及学生终端上还设有无线通信模块，教师终端以及学生终端均通过无线通信模块与服务器数据连接；教师终端以及学生终端均包括显示模块和操作输入模块，操作输入模块用于供学生或教师输入实验操作，无线通信模块用于将学生或教师的实验操作发送给服务器。本发明提供的一种基于光通信的多媒体信息系统，能够使学生动手进行模拟实验，提高实验教学的教学质量。

Description

一种基于光通信的多媒体信息系统

技术领域

本发明涉及多媒体教学技术领域，具体为一种基于光通信的多媒体信息系统。

背景技术

目前，随着多媒体、信息化技术迅速发展，使得课堂教学方式也灵活多样化。教育技术现代进程的不断进步，多媒体教学作为一种先进的教学手段是必不可少的。各类学校和学术单位，都在建设多媒体教室或多功能厅。多媒体教学集声音、图像、视频和文字等媒体为一体，可以作为一种有效的辅助教学手段，且能将所要呈现的内容直观的展示出来，方便对其进行理解，既能达到传授知识、开发智力及培养能力的目的，又能实现因材施教和个性化教学的目的，因此深受师生们及学术单位的青睐。

虽然多媒体教学大量应用于课堂，但是实验操作课程由于其具有实操性，难以实现教学多媒体化。现有的多媒体教学进行实验课程教学，也只能是传输影像资料，让学生观摩，不能使学生亲自动手进行模拟实验，影像实验教学的教学质量。

发明内容

本发明意在提供一种基于光通信的多媒体信息系统，能够使学生动手进行模拟实验，提高实验教学的教学质量。

为了解决上述技术问题，本专利提供如下技术方案：

一种基于光通信的多媒体信息系统，包括服务器、照明灯、教师终端以及学生终端，所述照明灯设有信号发射模块，所述信号发射模块用于将服务器的数据通过照明灯的光信号发射出去，所述教师终端以及学生终端均设有用于接收照明灯光信号的光信号接收模块，所述教师终端以及学生终端上还设有无线通信模块，所述教师终端以及学生终端均通过无线通信模块与服务器数据连接；

所述教师终端以及学生终端均包括显示模块和操作输入模块，所述操作输入模块用于供学生或教师输入实验操作，所述无线通信模块用于将学生或教师的实验操作发送给服务器；

所述服务器包括数据存储模块、影像生成模块、场景生成模块、场景更新模块以及演示模块，所述数据存储模块用于存储实验的基础数据和影像数据，所述场景生成模块用于根据实验的基础数据生成模拟实验场景，所述场景更新模块用于根据输入的实验操作更新模拟实验场景，所述照明灯用于将模拟实验场景通过光信号发送给所有学生终端以及教师终端，所述显示模块用于显示模拟实验场景；

所述影像生成模块用于根据教师输入的实验操作从数据存储模块中读取相应的影像数据并合成演示影像，所述照明灯还用于将演示影像通过光信号发送给学生终端。

本发明技术方案中，服务器存储有实验的相关的基本数据以及实验的各种影像数据，场景生成模块根据基本数据生成模拟实验场景，并通过光信号向外广播的形式传送给学生终端以及教师终端进行加载和显示，然后学生就通过输入实验操作进行模拟实验，由场景更新模块实时对模拟实验场景进行更新，学生终端以及教师终端通过无线通信模块将学生以及教师的实验操作发送给服务器，影像生成模块根据教师的每一个实验操作，实时地生成对应的操作影像，相比直接使用视频播放教学，这种可以使师生有效的进行互动，老师可以边操作边讲，同时相比于使用真实的器材，更加安全且成本更低。

本发明的技术方案，通过建立虚拟的模拟实验场景，使学生通过虚拟的模拟实验场景进行实验，无需消耗或接触真实的实验材料，更加安全和环保；现有的一些VR或者AR技术里，每个人都是单独的虚拟空间，即每个人看不到其他人的虚拟场景中的物品，通过光信号广播的形式以及建立模拟实验场景可以将所有学生以及教师统一到同一个场景中，彼此之间相互联系，一个学生也可以看到其他学生的实验操作，学生之间也可以互相帮助一起完成实验，就如同进行真实的实验一样，而不再是将每个学生各自隔开每个学生使用独立的模拟场景；由于整个场景的数据量巨大，如果通过传统的无线或者WiFi信号等传送，每个学生终端都要进行数据的传输，会存在带宽要求高，各个学生终端之间存在延时，不同步等问题，因此本方案中仅通过无线信号传输学生或教师的实验操作，而通过光信号广播的形式来传输实验模拟场景以及演示视频，这一方面可以解决数据传输的延时、带宽等问题，另一方面由于是广播信号的形式，因此每个学生终端接收到的场景都是相同的，即同步的，不存在时差，进而使两个学生之间可以互动，或者合力完成一个模拟实验。学生可以实时查看操作结果对应的视频效果，更加真实，便于学生理解和学习。

进一步，所述服务器还包括错误检测模块以及警报模块，所述错误检测模块用于检测学生的实验操作中的错误操作，所述警报模块用于在模拟实验场景中有错误操作的学生的可视范围内添加错误提醒。可以实时检测学生的操作是否正确，并在学生动作不正确时向学生发出警报提醒。

进一步，所述服务器还包括错误记录模块，所述错误记录模块用于记录学生的错误操作并生成错误操作记录，所述教师终端以及学生终端还用于学生的错误操作记录。通过记录这些错误的操作方便老师和学生进行查看，进而改正错误操作。

进一步，所述服务器还包括错误操作分析模块，所述基础数据包括操作重要度数据，所述错误操作分析模块用于对学生的错误操作记录进行分析，筛选出涉及人数超过预设值的错误操作或重要度数值大于预设值的错误操作，并将筛选出的错误操作所对应的实验操作标记为重点操作，所述影像生成模块还包括重点操作标注模块，所述重点操作标注模块会在生成演示影像时，在影像中圈出重点操作并将相关的影像进行慢放。

通过记录错误的操作数量和对应操作的重要度，将学生的错误操作中，出现频率较高的以及较为重要的操作进行标记，并在老师的实验演示影像中，将相应的部分圈出来并进行慢放，进而使得学生充分的学习到规范的操作步骤。

进一步，所述基础数据还包括操作指导语音，所述重点操作标注模块还用于在生成的实验演示影像中每一个重点操作位置添加相应的操作指导语音。通过操作指导语音对学生进行语音提醒。

进一步，所述服务器还包括随机紧急事件测试模块，所述随机紧急事件测试模块用于根据实验的基础数据以及学生的操作，生成随机紧急事件，所述场景更新模块还用于根据随机紧急事件更新模拟实验场景，所述随机紧急事件测试模块还用于判断学生在发生随机紧急事件后的实验操作是否正确，所述警报模块还用于在检测到学生处理随机紧急事件的实验操作存在错误后向相应学生的可视范围内的模拟实验场景内添加错误提醒以及正确处理方法。通过随机紧急事件测试模块产生随机的紧急事件，例如酒精灯被打破，酒精灯点燃了其他物品等，此时来查看学生对应的处理操作，如果学生处理操作不正确则提示学生相应的处理方法，进而使学生能够学习紧急事件的处理方法。

附图说明

图1为本发明一种基于光通信的多媒体信息系统实施例中的逻辑框图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

如图1所示，本实施例中一种基于光通信的多媒体信息系统，包括服务器、照明灯、教师终端以及学生终端，照明灯设有信号发射模块，信号发射模块用于将服务器的数据通过照明灯的光信号发射出去，教师终端以及学生终端均设有用于接收照明灯光信号的光信号接收模块，教师终端以及学生终端上还设有无线通信模块，教师终端以及学生终端均通过无线通信模块与服务器数据连接。信号发射模块可以调控照明灯的闪烁频率，光信号接收模块则根据照明灯的闪烁信息来进行数据的接收，本实施例中，光信号传输相关技术和设备均采用现有LIFI技术以及相关设备。

教师终端以及学生终端均包括显示模块和操作输入模块，操作输入模块用于供学生或教师输入实验操作，无线通信模块用于将学生或教师的实验操作发送给服务器。

服务器包括数据存储模块、影像生成模块、场景生成模块、场景更新模块以及演示模块，数据存储模块用于存储实验的基础数据和影像数据，基础数据包括实验的3D模型数据，实验室场地环境数据，学生以及教师的基本信息，以及实验药品以及相互反应数据，如两种药品的基本属性数据以及混合后的反应数据等，场景生成模块用于根据实验的基础数据生成模拟实验场景，场景更新模块用于根据输入的实验操作更新模拟实验场景，影像生成模块用于根据教师输入的实验操作从数据存储模块中读取相应的影像数据并合成演示影像；照明灯用于将模拟实验场景以及演示影像通过光信号以广播的形式发送给所有学生终端以及教师终端。

学生终端或教师终端接收到模拟实验场景后，通过显示模块显示模拟实验场景。本实施例中，教师终端以及学生终端均采用增强现实即AR技术，通过显示模块将模拟实验场景加载并显示在学生以及教师的眼前，模拟实验场景为整个实验室内所有人共用的，即一个完整的模拟实验场景，教师终端以及学生终端上设有定位模块以及角度传感器，显示模块根据每个教师终端或者学生终端所在位置以及视角的角度，显示整个模拟实验场景中处于该终端视野范围内的部分，定位模块可以采用RFID室内定位技术，角度传感器采用现有的VR或者AR中的技术即可，主要用于确定用户的视野角度。操作输入模块包括手柄，该手柄采用现有的VR设备的操控手柄，手柄上设有按键、重力传感器、加速度传感器、角度传感器以及RFID定位模块，用于记录手柄的位置、移动速度、方向、距离、角度等信息，学生通过操作手柄对模拟实验场景中的器材或者药品进行操作，如将手柄对着一个试管点击按键后可以将试管拿起，然后旋转手柄，对应的试管就会旋转，进而将药品倒出。

服务器还包括错误检测模块、警报模块、错误记录模块、错误操作分析模块以及随机紧急事件测试模块。错误检测模块用于检测学生的实验操作中的错误操作，警报模块用于在模拟实验场景中有错误操作的学生的可视范围内添加错误提醒，例如当学生执行了一项错误的操作后，在其面前的桌子上添加可以闪烁的红色感叹号的模型，来提醒该学生操作存在错误。

错误记录模块用于记录学生的错误操作并生成错误操作记录，教师终端以及学生终端还用于学生的错误操作记录。基础数据包括操作重要度数据，错误操作分析模块用于对学生的错误操作记录进行分析，筛选出涉及人数超过预设值的错误操作或重要度数值大于预设值的错误操作，并将筛选出的错误操作所对应的实验操作标记为重点操作，影像生成模块还包括重点操作标注模块，重点操作标注模块会在生成演示影像时，在影像中圈出重点操作并将相关的影像进行慢放。

基础数据还包括操作指导语音，重点操作标注模块还用于在生成的实验演示影像中每一个重点操作位置添加相应的操作指导语音。

随机紧急事件测试模块用于根据实验的基础数据以及学生的操作，生成随机紧急事件，场景更新模块还用于根据随机紧急事件更新模拟实验场景，随机紧急事件测试模块还用于判断学生在发生随机紧急事件后的实验操作是否正确，警报模块还用于在检测到学生处理随机紧急事件的实验操作存在错误后向相应学生的可视范围内的模拟实验场景内添加错误提醒以及正确处理方法。

所述照明灯采用彩色照明灯，所述服务器还包括灯光控制模块，所述灯光控制模块包括进度检测模块，离线检测模块，照明灯强度控制模块，照明灯颜色控制模块，所述进度检测模块用于检测每个学生的实验进度，离线检测模块用于检测学生操作的停滞时间，如果一个学生长时间没有操作则判断其离线，所述照明灯强度控制模块用于在检测到某个或某组学生进度过慢或某个学生离线时，加大其所在位置的照明灯的亮度，所述照明灯颜色控制模块用于根据学生的进度控制其附近照明灯的颜色，具体的当学生进度较快是，其头上的照明灯为绿色，当学生进度很慢或离线时为红色，当学生犯错误的操作时，照明灯灯光为黄色。通过离线检测模块检测没有认真听讲，走神的学生，并通过增加照明强度来排除是灯光信号不好的原因，同时通过红色的灯光提醒教师注意，对其进行照看，增加光照强度也有利于引起教师的注意。根据学生的进度改变学生附近头上的照明灯的颜色，可以使得教师通过颜色一眼就能看到谁的进度快，谁的进度慢，谁遇到了困难，谁犯了错误，进而可以使教师快速找到需要帮助的学生，完成教学任务。

本实施例运行时，服务器存储有实验的相关的基本数据以及实验的各种影像数据，场景生成模块根据基本数据生成模拟实验场景，并通过光信号向外广播的形式传送给学生终端以及教师终端进行加载和显示，然后学生就通过输入实验操作进行模拟实验，由场景更新模块实时对模拟实验场景进行更新，学生终端以及教师终端通过无线通信模块将学生以及教师的实验操作发送给服务器，影像生成模块根据教师的每一个实验操作，实时地生成对应的操作影像，相比直接使用视频播放教学，这种可以使师生有效的进行互动，老师可以边操作边讲，同时相比于使用真实的器材，更加安全且成本更低。

通过建立虚拟的模拟实验场景，使学生通过虚拟的模拟实验场景进行实验，无需消耗或接触真实的实验材料，更加安全和环保；现有的一些VR或者AR技术里，每个人都是单独的虚拟空间，即每个人看不到其他人的虚拟场景中的物品，本实施例中，通过光信号广播的形式以及建立模拟实验场景可以将所有学生以及教师统一到同一个场景中，彼此之间相互联系，一个学生也可以看到其他学生的实验操作，学生之间也可以互相帮助进而一起完成实验，就如同进行真实的实验一样，而不再是将每个学生各自隔开每个学生使用独立的模拟场景；由于整个场景的数据量巨大，如果通过传统的无线或者WiFi信号等传送，每个学生终端都要进行数据的传输，会存在带宽要求高，各个学生终端之间存在延时，不同步等问题，因此本方案中，考虑到实验室的照明灯通常是保持开启的状态，因此结合LIFI技术，仅通过无线信号来传输学生或教师的身份信息以及实验操作的数据，而通过光信号广播的形式来传输实验模拟场景以及演示视频，这一方面可以解决数据传输的延时、带宽等问题，另一方面由于是广播信号的形式，因此每个学生终端接收到的场景都是相同的，即同步的，不存在时差，进而使两个学生之间可以互动，或者合力完成一个模拟实验。学生可以实时查看操作结果对应的视频效果，更加真实，便于学生理解和学习。

错误检测模块可以实时检测学生的操作是否正确，并在学生动作不正确时向学生发出警报提醒。通过记录这些错误的操作方便老师和学生进行查看，进而改正错误操作。通过记录错误的操作数量和对应操作的重要度，将学生的错误操作中，出现频率较高的以及较为重要的操作进行标记，并在老师的实验演示影像中，将相应的部分圈出来并进行慢放，进而使得学生充分的学习到规范的操作步骤。通过操作指导语音对学生进行语音提醒。通过随机紧急事件测试模块产生随机的紧急事件，例如酒精灯被打破，酒精灯点燃了其他物品等，此时来查看学生对应的处理操作，如果学生处理操作不正确则提示学生相应的处理方法，进而使学生能够学习紧急事件的处理方法。

以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (4)

1.一种基于光通信的多媒体信息系统，其特征在于：包括服务器、照明灯、教师终端以及学生终端，所述照明灯设有信号发射模块，所述信号发射模块用于将服务器的数据通过照明灯的光信号发射出去，所述教师终端以及学生终端均设有用于接收照明灯光信号的光信号接收模块，所述教师终端以及学生终端上还设有无线通信模块，所述教师终端以及学生终端均通过无线通信模块与服务器数据连接；

所述教师终端以及学生终端均包括显示模块和操作输入模块，所述操作输入模块用于供学生或教师输入实验操作，所述无线通信模块用于将学生或教师的实验操作发送给服务器；

所述服务器包括数据存储模块、影像生成模块、场景生成模块、场景更新模块以及演示模块，所述数据存储模块用于存储实验的基础数据和影像数据，所述场景生成模块用于根据实验的基础数据生成模拟实验场景，所述场景更新模块用于根据输入的实验操作更新模拟实验场景，所述照明灯用于将模拟实验场景通过光信号发送给所有学生终端以及教师终端，所述显示模块用于显示模拟实验场景；

所述影像生成模块用于根据教师输入的实验操作从数据存储模块中读取相应的影像数据并合成演示影像，所述照明灯还用于将演示影像通过光信号发送给学生终端；

所述服务器还包括错误检测模块以及警报模块，所述错误检测模块用于检测学生的实验操作中的错误操作，所述警报模块用于在模拟实验场景中有错误操作的学生的可视范围内添加错误提醒；

所述服务器还包括随机紧急事件测试模块，所述随机紧急事件测试模块用于根据实验的基础数据以及学生的操作，生成随机紧急事件，所述场景更新模块还用于根据随机紧急事件更新模拟实验场景，所述随机紧急事件测试模块还用于判断学生在发生随机紧急事件后的实验操作是否正确，所述警报模块还用于在检测到学生处理随机紧急事件的实验操作存在错误后向相应学生的可视范围内的模拟实验场景内添加错误提醒以及正确处理方法。

2.根据权利要求1所述的一种基于光通信的多媒体信息系统，其特征在于：所述服务器还包括错误记录模块，所述错误记录模块用于记录学生的错误操作并生成错误操作记录，所述教师终端以及学生终端还用于学生的错误操作记录。

3.根据权利要求2所述的一种基于光通信的多媒体信息系统，其特征在于：所述服务器还包括错误操作分析模块，所述基础数据包括操作重要度数据，所述错误操作分析模块用于对学生的错误操作记录进行分析，筛选出涉及人数超过预设值的错误操作或重要度数值大于预设值的错误操作，并将筛选出的错误操作所对应的实验操作标记为重点操作，所述影像生成模块还包括重点操作标注模块，所述重点操作标注模块会在生成演示影像时，在影像中圈出重点操作并将相关的影像进行慢放。

4.根据权利要求3所述的一种基于光通信的多媒体信息系统，其特征在于：所述基础数据还包括操作指导语音，所述重点操作标注模块还用于在生成的实验演示影像中每一个重点操作位置添加相应的操作指导语音。

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