CN109166374B - 基于虚拟现实技术的教学系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于虚拟现实技术的教学系统，该教学系统包括教师资源端、学生资源端，教学系统还包括Creator模块、可视化编程模块以及VR建模模块，教师资源端包括课件处理系统、教师端中控系统、课程处理系统，Creator模块用于VR场景和内容排序，生成VR演示内容，可视化编程模块用于建立VR场景内容、VR故事任务、VR模型动作和VR课程知识嵌入内容；VR建模模块用于根据像素块堆积原理来搭建VR模型。本发明的教学系统通过虚拟现实技术将教学资源进行统一管理和整合，利用三维虚拟的教学资源辅助教学，围绕软件工具打通硬件和内容，构建完整的VR创客以及利用VR技术进行知识学习和能力锻炼的方案，形成创新的交互教学培训模式。

Description

基于虚拟现实技术的教学系统

【技术领域】

本发明涉及虚拟教学技术领域，具体的，涉及一种基于虚拟现实技术的教学系统。

【背景技术】

虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。目前，VR技术应用于模拟仿真培训、医疗、娱乐、航天、房地产、教育、旅游等行业。

其中，VR技术与教育相结合是我们最熟悉的运用之一了，教育的重要性自然不比多说，所以一切有利于教育的技术都被大众所看好，VR就是现在教育科技中备受争议的一项新技术，越来越多的落地案例表明VR技术与教育相结合存在着较大的好处。

现有的教学方案通常为，硬件、资源两部分部分。其中硬件包括VR 一体机，学生通过它来学习VR课程内容。资源则为开发商开发的VR课件。传统的VR课堂系统有以下 缺点，教学方式不成熟，VR课件难以替换，没有资源管理系统，VR教室利用率低，整个VR教室的设备较为简单，没有办法真正的实现VR教育的常态化教学。

因此，这样的教育方式较为单一，教室内的设备更新换代较慢，难以适应社会的发展，同时，为了提高教育资源分配均衡性，保障不同地区均能获得良好的教育资源，开发多功能互动教学系统具有重要意义。

【发明内容】

本发明的主要目的是提供一种通过虚拟现实技术将教学资源进行统一管理和整合的基于虚拟现实技术的教学系统。

为了实现上述的主要目的，本发明提供的基于虚拟现实技术的教学系统包括教师资源端、学生资源端，教学系统还包括Creator模块、可视化编程模块以及VR建模模块；教师资源端包括课件处理系统、教师端中控系统、课程处理系统，课件处理系统用于制作课程课件，并且将选择的课程课件下发至学生资源端，课程处理系统用于处理教师端课程内容和学生端课程内容，教师端中控系统用于教师现场教学时控制学生资源端；Creator 模块用于VR场景和内容排序，生成VR演示内容；可视化编程模块用于建立VR场景内容、VR故事任务、VR模型动作和VR课程知识嵌入内容；VR 建模模块用于根据像素块堆积原理来搭建VR模型。

进一步的方案是，Creator模块通过建立多个全景图片的跳转逻辑，以提供全景视觉内的热点编辑，并根据热点编辑产生VR演示内容，其中，热点编辑包括全景图片场景编辑和全景视频场景编辑。

更进一步的方案是，可视化编程模块通过拖拽逻辑图形块在指定的区域内快速建立VR场景，其中，逻辑图形块为表示VR虚拟场景内动态元素运动的逻辑图形块。

更进一步的方案是，课件处理系统还用于删除不需要的课程课件，并对原有的课程课件进行更新操作。

更进一步的方案是，课程处理系统还用于上传课程内容、查询课程列表；课程处理系统还用于删除不需要的课程，并对原有的课程内容进行更新操作。

更进一步的方案是，学生资源端包括VR一体机、PC端、全景摄像头、移动终端、幻型控制器以及VR眼镜。

由此可见，本发明提供的基于虚拟现实技术的教学系统通过教师资源端搭载教师端课程教案、教师端中控系统、教师端课件制作和学生端课程内容；Creator模块以类PPT的方式，帮助学生快速创作VR演示内容；可视化编程模块能以拖拽方式快速搭建VR场景；VR建模模块是基于像素块堆积来搭建模型的建模软件，可以帮助使用者快速建立VR模型，让学生创作属于自己的模型。因此，本发明的教学系统通过虚拟现实技术将教学资源进行统一管理和整合，提高了同一课程备课的效率和质量，利用三维虚拟的教学资源辅助教学，围绕软件工具打通硬件和内容，构建完整的VR 创客以及利用VR技术进行知识学习和能力锻炼的方案，形成创新的交互教学培训模式。

【附图说明】

图1是本发明基于虚拟现实技术的教学系统实施例的原理图。

【具体实施方式】

为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限用于本发明。

参见图1，本发明的基于虚拟现实技术的教学系统包括教师资源端10、学生资源端20，教学系统还包括Creator模块30、可视化编程模块40以及VR建模模块50；教师资源端10包括课件处理系统11、教师端中控系统 12、课程处理系统13，课件处理系统13用于制作课程课件，并且将选择的课程课件下发至学生资源端20，课程处理系统13用于处理教师端课程内容和学生端课程内容，教师端中控系统12用于教师现场教学时控制学生资源端。其中，学生资源端20包括学生虚拟现实硬件设备，教师端中控系统12主要用于教师现场教学时控制学生虚拟现实硬件设备。

Creator模块30用于VR场景和内容排序，生成VR演示内容，其中， Creator模块30通过建立多个全景图片的跳转逻辑，以提供全景视觉内的热点编辑，并根据热点编辑产生VR演示内容，其中，热点编辑包括全景图片场景编辑和全景视频场景编辑。Creator模块30包括RCreator工具，该RCreator工具是面向K12(kindergartenthroughtwelfthgrade)的VR演示内容制作工具，以类PPT的方式，帮助学生快速创作VR演示内容。其特点是：有丰富的交互设计；支持常用媒体文件格式；提供拖拽的方式，能快速建立多个全景图片的跳转逻辑关系；提供全景视觉内的热点编辑，可增加文字、图片、视频、音频等内容；支持VR一体机浏览和播放，并可进行互动操作。

可视化编程模块40用于建立VR场景、VR故事任务、VR模型动作和 VR课程知识嵌入内容，可视化编程模块40通过拖拽逻辑图形块在指定的区域内快速建立VR场景，其中，逻辑图形块为表示VR虚拟场景内动态元素运动的逻辑图形块。其中，可视化编程模块40包括RetronLABVR可视化编程工具，RetronLABVR可视化编程工具是一种基于虚拟现实技术，根据STEAM平台中用于教授K12年龄段编程知识的Scratch编程而定制化改造的VR可视化编程工具。其技术特点为：能以拖拽方式快速搭建VR场景；提供可视化、图形化的编程模块；提供丰富的3D模型素材库；可便捷地生成独立VR应用包、安装在一体机上；在教学中拥有动手性强、逻辑性强、设计策划性强和灵活性高的训练特点。

VR建模模块50用于根据像素块堆积原理来搭建VR模型，VR建模模块 50包括一种基于像素块堆积来搭建模型的VR建模软件，可以帮助使用者快速建立VR模型，让学生创作属于自己的模型，其技术特点为：操作方式简单，通过拖拽、点击和色彩调配即可搭建模型；跟根据现成的模型进行想象力的加工；模型提供导入Unity3D和配套软件的SDK包即可在VR一体机中漫游观看。

在本实施例中，课件处理系统11还用于删除不需要的课程课件，并对原有的课程课件进行更新操作。

在本实施例中，课程处理系统13还用于上传课程内容、查询课程列表；课程处理系统13还用于删除不需要的课程，并对原有的课程内容进行更新操作。

其中，系统管理员可以上传PDF课程、查询课程列表、对课程进行更新、删除操作。系统管理员在增加新用户的时候可以挑选已上传的课程，为用户设置可查阅的授权课程，编辑用户的时候可以对现有用户的授权课程进行变更修改。系统管理员上传PDF课程的时候，后台系统自动对课程进行DES对称加密，为加强课程的安全性在服务器端不明文存储原始直接可阅读的PDF文件。授权用户登陆安卓客户端读取课程列表，下载加密后的课程，解密课程到内存缓存阅读，为加强课程的安全性在安卓客户端不明文转存原直接可阅读的PDF文件。

学生资源端20包括VR一体机、PC端、全景摄像头、移动终端、幻型控制器以及VR眼镜等设备。学生资源端20包括学生虚拟现实硬件设备，该设备为学习虚拟现实技术的基本硬件载体。具体地，学生虚拟现实硬件设备包含VR一体机、定制版平板电脑、全景摄像头、定制版手机、幻型控制器、Cardboard和适配电脑，用于让学生完成练习了解VR的成像原理、练习VR基本操作、编程VR基础项目和补充科学知识等课程。

在本实施例中，此类套件设备主要用于拓展高端K12创客的创新开发范围，套件内容多样，搭配VR一体机/AR一体机、定制版平板电脑和适配电脑为基础，可拓展AI交互、AR交互、脑电仪、全身动捕、无人机、手势识别仪、肌电手环和双手柄等多种培训套件。可以用于让用户完成练习了解VR的成像原理、练习VR基本操作、编程VR基础项目和补充科学知识等课程。

具体地，VR一体机：用于学生观察虚拟现实场景和其自己制作的虚拟现实内容；定制版平板电脑：该设备内置教案和播控系统，教师端主要依托其对学生进行教学和播控操作；全景摄像头：该设备主要用于拍摄全景场景，为课程项目提供素材；定制版手机：该设备内置课程教学内容、 Cardboard硬件载体和全景拍摄的硬件载体；幻型控制器：该设备用于教学项目配套硬件；Cardboard：用于学习虚拟现实基本原理；适配电脑：用于学习虚拟现实编程课程。

所以，一种虚拟现实技术在教育中的教学系统及方法应用，通过学生自己动手的方式，由浅至深地学习光学、程序设计、3D建模和图形化设计等知识技能，最终掌握虚拟现实的基础开发能力，并以此作为学生进行创客活动的思维资本及技术资本。同时，使用虚拟现实技术，使得教学内容更为丰富，极大满足学生线下实操的项目实践内容，能在在线上学习涵盖科学、数学、物理和信息技术在内的一至六年级的学习课程。

在本实施例中，还提供一种通过软硬结合打造区域性特色的智慧教室系统，该系统主要以定制化的多台(可达250台)VR一体机设备和VR中控系统以及各种STEAM套件组成。以新型的交互式、沉浸式和实战式的方法，在老师统一播控教学课件内容的情况下，不仅能让学生尽情发挥自己的动手能力学习适合其年龄阶段的创新实验项目，另一方面还能在高仿真、多场景的情况下，学习多种义务教课程知识，通过形象有趣的新颖方式，充分发挥小朋友的主观能动性，高度契合中小学生的心理特征，特别是在面对比较抽象或者从未接触过的名词时，能够解决学生畏难情绪后产生的采取退缩、回避等行为。最后还能在虚拟的环境中通过还原各种危险的突发事件，在确保安全的时候，高效进行安全教育。

本实施例还提供一种教学APP系统，该教学APP系统教学APP系统包括用户系统、资源管理系统、数据统计系统、版本管理系统、轮播管理系统和修改密码系统。

由此可见，本发明提供的基于虚拟现实技术的教学系统通过教师资源端10搭载教师端课程教案、教师端中控系统12、教师端课件制作和学生端课程内容；Creator模块30以类PPT的方式，帮助学生快速创作VR演示内容；可视化编程模块40能以拖拽方式快速搭建VR场景；VR建模模块 50是基于像素块堆积来搭建模型的建模软件，可以帮助使用者快速建立VR 模型，让学生创作属于自己的模型。因此，本发明的教学系统通过虚拟现实技术将教学资源进行统一管理和整合，提高了同一课程备课的效率和质量，利用三维虚拟的教学资源辅助教学，围绕软件工具打通硬件和内容，构建完整的VR创客以及利用VR技术进行知识学习和能力锻炼的方案，形成创新的交互教学培训模式。

需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例，但发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改，也均落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.基于虚拟现实技术的教学系统，包括教师资源端、学生资源端，其特征在于，所述教学系统还包括Creator模块、可视化编程模块以及VR建模模块；

所述教师资源端包括课件处理系统、教师端中控系统、课程处理系统，所述课件处理系统用于制作课程课件，并且将选择的课程课件下发至所述学生资源端，所述课程处理系统用于处理教师端课程内容和学生端课程内容，教师端中控系统用于教师现场教学时控制所述学生资源端；

所述Creator模块用于VR场景和内容排序，生成VR演示内容；

所述可视化编程模块用于建立所述VR场景、VR故事任务、VR模型动作和VR课程知识嵌入内容；

所述VR建模模块用于根据像素块堆积原理来搭建VR模型；

所述Creator模块通过建立多个全景图片的跳转逻辑，以提供全景视觉内的热点编辑，并根据所述热点编辑产生所述VR演示内容，其中，所述热点编辑包括全景图片场景编辑和全景视频场景编辑，所述Creator模块包括RCreator工具，以类PPT的方式，帮助学生快速创作VR演示内容；

所述可视化编程模块通过拖拽逻辑图形块在指定的区域内快速建立所述VR场景，其中，所述逻辑图形块为表示VR虚拟场景内动态元素运动的逻辑图形块，所述可视化编程模块包括RetronLAB VR可视化编程工具，根据STEAM平台中用于教授K12年龄段编程知识的Scratch编程而定制化改造。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟现实技术的教学系统，其特征在于：

所述课件处理系统还用于删除不需要的课程课件，并对原有的课程课件进行更新操作。

3.根据权利要求1或2所述的基于虚拟现实技术的教学系统，其特征在于：

所述课程处理系统还用于上传课程内容、查询课程列表；所述课程处理系统还用于删除不需要的课程，并对原有的课程内容进行更新操作。

4.根据权利要求1或2所述的基于虚拟现实技术的教学系统，其特征在于：

所述学生资源端包括VR一体机、PC端、全景摄像头、移动终端、幻型控制器以及VR眼镜。

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