CN109147439A - 一种基于虚拟现实技术的多人互动教学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于虚拟现实技术的多人互动教学系统，包括教师端外部控制设备和学生端虚拟现实设备；教师端外部控制设备包括教师端图像处理计算机和教师端显示设备；学生端虚拟现实设备包括学生端图像处理计算机、虚拟现实环境头戴式显示设备、虚拟现实空间定位追踪设备、虚拟现实手部交互设备，虚拟现实环境头戴式显示设备、虚拟现实空间定位追踪设备和虚拟现实手部交互设备分别通信连接于学生端图像处理计算机。通过本发明，可以将虚拟现实环境技术应用到教学中，使课堂更丰富多彩，有效激发学生的学习兴趣，帮助学生显著提升注意力和考试成绩，同时，也可以成倍提高老师的教学效率，多人之间可以进行互动。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟现实技术领域，具体涉及一种基于虚拟现实技术的多人互动教学系统。
背景技术
随着计算机技术的发展，现有技术能够利用计算机模拟出虚拟环境。人们可以通过显示屏或是头戴显示器等不同显示装置观察到虚拟环境，这对于一些学科学习中是非常有用的。例如，在英语学习领域，可以利用场景解决多年来“哑巴口语”的问题；在生物化学领域，可以带学生进入微观世界；在天文地理领域，可以带学生亲临火山的爆发等等。虚拟现实技术可以弥补传统教学中不能演示、不方便演示的实验，可以解决因为地域差异而引起的教学资源不均等问题。
虽然现有技术中利用虚拟环境进行情景式教学，比传统的培训机构教学更加生动有趣，更受学生喜欢，但是这种教学方式仍存在需要完善的地方。其中一个需要改进的地方就是要等待头戴显示器技术更加成熟，比如将有线传输变成无线传输；定位空间更大，可以容纳更多学生同时上课等。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种基于虚拟现实技术的多人互动教学系统，可以使课堂更丰富多彩，有效激发学生的学习兴趣，帮助学生显著提升注意力和考试成绩，同时，也可以成倍提高老师的教学效率，多人之间可以进行互动。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于虚拟现实技术的多人互动教学系统，包括教师端外部控制设备和学生端虚拟现实设备；
所述教师端外部控制设备包括教师端图像处理计算机和教师端显示设备，所述教师端显示设备通信连接于所述教师端图像处理计算机；所述教师端图像处理计算机用于生成教学虚拟现实环境和教师端控制数据输入界面，以及根据教师在教师端控制数据输入界面的输入生成教师端控制数据，并将教学虚拟现实环境和教师端控制数据输入界面显示在教师端显示设备上，将教师端控制数据发送至所述学生端虚拟现实设备；所述教师端控制数据包括教师的空间位置、学生的空间位置指令、学生能看到的道具及内容指令、语音指令以及提前设置好的可以触发教学虚拟现实环境变化的交互操作命令；
所述学生端虚拟现实设备包括学生端图像处理计算机、虚拟现实环境头戴式显示设备、虚拟现实空间定位追踪设备、虚拟现实手部交互设备，所述虚拟现实环境头戴式显示设备、虚拟现实空间定位追踪设备和虚拟现实手部交互设备分别通信连接于所述学生端图像处理计算机；所述学生端图像处理计算机用于根据教师端控制数据生成教学虚拟现实环境并显示在虚拟现实环境头戴式显示设备上，以及将包括学生的空间位置、学生的交互操作数据、学生的语音在内的反馈数据发送至教师端图像处理计算机；虚拟现实空间定位追踪设备用于定位学生当前的空间位置并传输至所述学生端图像处理计算机，虚拟现实手部交互设备用于供学生通过手部动作向学生端图像处理计算机发送交互操作命令，学生端图像处理计算机将各个学生的交互操作指令发送到教师端图像处理计算机，教师端图像处理计算机根据交互操作指令对教学虚拟现实环境进行变化，并将该变化后的教学虚拟现实环境发送至各个学生端图像处理计算机，学生端图像处理计算机接收后显示在对应的虚拟现实环境头戴式显示设备上。
进一步地，所述教师端外部控制设备和学生端虚拟现实设备分别设有教师端扬声器和学生端扬声器，所述教师端扬声器连接于所述教师端图像处理计算机，所述学生端扬声器连接于所述学生端图像处理计算机。
进一步地，所述学生端图像处理计算机中存储有教学虚拟现实环境数据库，所述教学虚拟现实环境数据库中存储有多个教学虚拟现实环境，且每个教学虚拟现实环境具有对应的道具及内容、语音指令以及可以触发教学虚拟现实环境变化的交互操作命令。
进一步地，所述教学端图像处理计算机和学生端图像处理计算机之间通过互联网、wifi、红外、激光、zigbee、蓝牙、射频或有线方式进行通信。
利用上述基于虚拟显示技术的多人互动教学系统进行多人互动教学的方法，包括如下步骤：
S1、教师在教师端外部控制设备中，通过教师端图像处理计算机生成所需的教学虚拟现实环境，教师端图像处理计算机将生成的教学虚拟现实环境显示在教学显示设备上，教学虚拟现实环境上还具有教师端控制数据输入界面；
S2、教师在教师端控制数据输入界面输入对应的教师端控制数据，包括教师的空间位置、学生的空间位置指令、学生能看到的道具及内容指令、语音指令以及提前设置好的可以触发教学虚拟现实环境变化的交互操作命令；
S3、教师端图像处理计算机将教师端控制数据发送至学生端虚拟现实设备，由学生端图像处理计算机接收；
S4、学生端图像处理计算机接收到教师端控制数据后，根据教师端控制数据生成教学虚拟现实环境，学生通过虚拟现实手部交互设备以手部动作的方式向学生端图像处理计算机发送交互操作命令，学生端图像处理计算机将各个学生的交互操作指令发送到教师端图像处理计算机，教师端图像处理计算机根据交互操作指令对教学虚拟现实环境进行变化，并将该变化后的教学虚拟现实环境发送至各个学生端图像处理计算机，学生端图像处理计算机接收后显示在对应的虚拟现实环境头戴式显示设备上；
S5、虚拟现实空间定位追踪设备定位学生当前的空间位置并传输至所述学生端图像处理计算机，所述学生端图像处理计算机将包括学生的空间位置、学生的交互操作数据、学生的语音在内的反馈数据发送至教师端图像处理计算机。
需要说明的是，步骤S1中，教师从教学虚拟现实环境数据库中所存储的多个教学虚拟现实环境中选取所需的教学虚拟现实环境。
需要说明的是，所述教学端图像处理计算机和学生端图像处理计算机之间通过互联网、wifi、红外、激光、zigbee、蓝牙、射频或有线方式进行通信。
本发明的有益效果在于：通过本发明，可以将虚拟现实环境技术应用到教学中，使课堂更丰富多彩，有效激发学生的学习兴趣，帮助学生显著提升注意力和考试成绩，同时，也可以成倍提高老师的教学效率。同时，通过教师和虚拟现实环境之间互动、各个学生和虚拟现实环境之间的互动，可以实现教师和学生之间、学生和学生之间通过虚拟现实环境进行互动。
附图说明
图1为本发明实施例的系统组成示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，以下实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
如图1所示，一种基于虚拟现实技术的多人互动教学系统，包括教师端外部控制设备和学生端虚拟现实设备；
所述教师端外部控制设备包括教师端图像处理计算机和教师端显示设备，所述教师端显示设备通信连接于所述教师端图像处理计算机；所述教师端图像处理计算机用于生成教学虚拟现实环境和教师端控制数据输入界面，以及根据教师在教师端控制数据输入界面的输入生成教师端控制数据，并将教学虚拟现实环境和教师端控制数据输入界面显示在教师端显示设备上，将教师端控制数据发送至所述学生端虚拟现实设备；所述教师端控制数据包括教师的空间位置、学生的空间位置指令、学生能看到的道具及内容指令、语音指令以及提前设置好的可以触发教学虚拟现实环境变化的交互操作命令；
所述学生端虚拟现实设备包括学生端图像处理计算机、虚拟现实环境头戴式显示设备、虚拟现实空间定位追踪设备、虚拟现实手部交互设备，所述虚拟现实环境头戴式显示设备、虚拟现实空间定位追踪设备和虚拟现实手部交互设备分别通信连接于所述学生端图像处理计算机；所述学生端图像处理计算机用于根据教师端控制数据生成教学虚拟现实环境并显示在虚拟现实环境头戴式显示设备上，以及将包括学生的空间位置、学生的交互操作数据、学生的语音在内的反馈数据发送至教师端图像处理计算机；虚拟现实空间定位追踪设备用于定位学生当前的空间位置并传输至所述学生端图像处理计算机，虚拟现实手部交互设备用于供学生通过手部动作向学生端图像处理计算机发送交互操作命令，学生端图像处理计算机将各个学生的交互操作指令发送到教师端图像处理计算机，教师端图像处理计算机根据交互操作指令对教学虚拟现实环境进行变化，并将该变化后的教学虚拟现实环境发送至各个学生端图像处理计算机，学生端图像处理计算机接收后显示在对应的虚拟现实环境头戴式显示设备上。
进一步地，所述教师端外部控制设备和学生端虚拟现实设备分别设有教师端扬声器和学生端扬声器，所述教师端扬声器连接于所述教师端图像处理计算机，所述学生端扬声器连接于所述学生端图像处理计算机。通过扬声器的设置，可以营造并使用有声教学虚拟现实环境，使得虚拟现实环境更加多样化，更能激发学生的学习兴趣。
进一步地，所述学生端图像处理计算机中存储有教学虚拟现实环境数据库，所述教学虚拟现实环境数据库中存储有多个教学虚拟现实环境，且每个教学虚拟现实环境具有对应的道具及内容、语音指令以及可以触发教学虚拟现实环境变化的交互操作命令。在实际应用中，可以根据实际的需求，定期更新教学虚拟现实环境数据库。
进一步地，所述教学端图像处理计算机和学生端图像处理计算机之间通过互联网、wifi、红外、激光、zigbee、蓝牙、射频或有线方式进行通信。
利用上述基于虚拟显示技术的多人互动教学系统进行多人互动教学的方法，包括如下步骤：
S1、教师在教师端外部控制设备中，通过教师端图像处理计算机生成所需的教学虚拟现实环境，教师端图像处理计算机将生成的教学虚拟现实环境显示在教学显示设备上，教学虚拟现实环境上还具有教师端控制数据输入界面；
S2、教师在教师端控制数据输入界面输入对应的教师端控制数据，包括教师的空间位置、学生的空间位置指令、学生能看到的道具及内容指令、语音指令以及提前设置好的可以触发教学虚拟现实环境变化的交互操作命令；这个步骤中，教师实现了对学生的教学控制，学生在学生端虚拟现实设备中只能看到教师所设置的教学虚拟现实环境、道具、可以使用的交互操作指令、教师的语音指令等，从而保证了教学的效果和效率。在实际应用中可以根据需要设置更多类型的教学端控制数据。
S3、教师端图像处理计算机将教师端控制数据发送至学生端虚拟现实设备，由学生端图像处理计算机接收；
S4、学生端图像处理计算机接收到教师端控制数据后，根据教师端控制数据生成教学虚拟现实环境，学生通过虚拟现实手部交互设备以手部动作的方式向学生端图像处理计算机发送交互操作命令，学生端图像处理计算机将各个学生的交互操作指令发送到教师端图像处理计算机，教师端图像处理计算机根据交互操作指令对教学虚拟现实环境进行变化，并将该变化后的教学虚拟现实环境发送至各个学生端图像处理计算机，学生端图像处理计算机接收后显示在对应的虚拟现实环境头戴式显示设备上；
S5、虚拟现实空间定位追踪设备定位学生当前的空间位置并传输至所述学生端图像处理计算机，所述学生端图像处理计算机将包括学生的空间位置、学生的交互操作数据、学生的语音在内的反馈数据发送至教师端图像处理计算机。反馈数据还可以包括学生的状态信息等数据。
进一步地，步骤S1中，教师从教学虚拟现实环境数据库中所存储的多个教学虚拟现实环境中选取所需的教学虚拟现实环境。
进一步地，所述教学端图像处理计算机和学生端图像处理计算机之间通过互联网、wifi、红外、激光、zigbee、蓝牙、射频或有线方式进行通信。
对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于虚拟现实技术的多人互动教学系统，其特征在于，包括教师端外部控制设备和学生端虚拟现实设备；
所述教师端外部控制设备包括教师端图像处理计算机和教师端显示设备，所述教师端显示设备通信连接于所述教师端图像处理计算机；所述教师端图像处理计算机用于生成教学虚拟现实环境和教师端控制数据输入界面，以及根据教师在教师端控制数据输入界面的输入生成教师端控制数据，并将教学虚拟现实环境和教师端控制数据输入界面显示在教师端显示设备上，将教师端控制数据发送至所述学生端虚拟现实设备；所述教师端控制数据包括教师的空间位置、学生的空间位置指令、学生能看到的道具及内容指令、语音指令以及提前设置好的可以触发教学虚拟现实环境变化的交互操作命令；
所述学生端虚拟现实设备包括学生端图像处理计算机、虚拟现实环境头戴式显示设备、虚拟现实空间定位追踪设备、虚拟现实手部交互设备，所述虚拟现实环境头戴式显示设备、虚拟现实空间定位追踪设备和虚拟现实手部交互设备分别通信连接于所述学生端图像处理计算机；所述学生端图像处理计算机用于根据教师端控制数据生成教学虚拟现实环境并显示在虚拟现实环境头戴式显示设备上，以及将包括学生的空间位置、学生的交互操作数据、学生的语音在内的反馈数据发送至教师端图像处理计算机；虚拟现实空间定位追踪设备用于定位学生当前的空间位置并传输至所述学生端图像处理计算机，虚拟现实手部交互设备用于供学生通过手部动作向学生端图像处理计算机发送交互操作命令，学生端图像处理计算机将各个学生的交互操作指令发送到教师端图像处理计算机，教师端图像处理计算机根据交互操作指令对教学虚拟现实环境进行变化，并将该变化后的教学虚拟现实环境发送至各个学生端图像处理计算机，学生端图像处理计算机接收后显示在对应的虚拟现实环境头戴式显示设备上。
2.根据权利要求1所述的基于虚拟现实技术的多人互动教学系统，其特征在于，所述教师端外部控制设备和学生端虚拟现实设备分别设有教师端扬声器和学生端扬声器，所述教师端扬声器连接于所述教师端图像处理计算机，所述学生端扬声器连接于所述学生端图像处理计算机。
3.根据权利要求1所述的基于虚拟现实技术的多人互动教学系统，其特征在于，所述学生端图像处理计算机中存储有教学虚拟现实环境数据库，所述教学虚拟现实环境数据库中存储有多个教学虚拟现实环境，且每个教学虚拟现实环境具有对应的道具及内容、语音指令以及可以触发教学虚拟现实环境变化的交互操作命令。
4.根据权利要求1所述的基于虚拟现实技术的多人互动教学系统，其特征在于，所述教学端图像处理计算机和学生端图像处理计算机之间通过互联网、wifi、红外、激光、zigbee、蓝牙、射频或有线方式进行通信。
5.利用上述任一权利要求所述的基于虚拟显示技术的多人互动教学系统进行多人互动教学的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、教师在教师端外部控制设备中，通过教师端图像处理计算机生成所需的教学虚拟现实环境，教师端图像处理计算机将生成的教学虚拟现实环境显示在教学显示设备上，教学虚拟现实环境上还具有教师端控制数据输入界面；
S2、教师在教师端控制数据输入界面输入对应的教师端控制数据，包括教师的空间位置、学生的空间位置指令、学生能看到的道具及内容指令、语音指令以及提前设置好的可以触发教学虚拟现实环境变化的交互操作命令；
S3、教师端图像处理计算机将教师端控制数据发送至学生端虚拟现实设备，由学生端图像处理计算机接收；
S4、学生端图像处理计算机接收到教师端控制数据后，根据教师端控制数据生成教学虚拟现实环境，学生通过虚拟现实手部交互设备以手部动作的方式向学生端图像处理计算机发送交互操作命令，学生端图像处理计算机将各个学生的交互操作指令发送到教师端图像处理计算机，教师端图像处理计算机根据交互操作指令对教学虚拟现实环境进行变化，并将该变化后的教学虚拟现实环境发送至各个学生端图像处理计算机，学生端图像处理计算机接收后显示在对应的虚拟现实环境头戴式显示设备上；
S5、虚拟现实空间定位追踪设备定位学生当前的空间位置并传输至所述学生端图像处理计算机，所述学生端图像处理计算机将包括学生的空间位置、学生的交互操作数据、学生的语音在内的反馈数据发送至教师端图像处理计算机。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S1中，教师从教学虚拟现实环境数据库中所存储的多个教学虚拟现实环境中选取所需的教学虚拟现实环境。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述教学端图像处理计算机和学生端图像处理计算机之间通过互联网、wifi、红外、激光、zigbee、蓝牙、射频或有线方式进行通信。
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