CN109547941A - 基于增强现实的虚拟实验系统实施方法 - Google Patents

基于增强现实的虚拟实验系统实施方法 Download PDF

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徐垚
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Abstract

本发明公开了一种基于增强现实的虚拟实验系统实施方法，包括：S10预先构建虚拟交互模块，设定虚拟交互的期望值并将其存储于服务器；规划虚拟实验系统的实验用途以及物联网信息调度方式；S20对物联网设备进行编号；使用移动终端识别实验设备，并获取物联网信息以及调取相应的虚拟交互模块；S30通过虚拟交互模块获取用户的交互操作数据并存储于服务器，以建立用户的数据操作模型；S40服务器根据用户的操作数据模型实施虚拟实验系统各模块之间的级联，并进行结果反馈。该方法结合增强现实技术与物联网技术，为中心建设者的管理和用户精准信息的获取与交互提供了一种战略性的创新方案。

Description

基于增强现实的虚拟实验系统实施方法
技术领域
本发明属于虚拟实验领域，具体涉及一种基于增强现实的虚拟实验系统实施方法。
背景技术
近几年来，增强现实技术(AR)与物联网技术在中国科技界的研究成果及市场应用的普及速度非常惊人，此类产品的开发以及用户需求呈现逐年上涨的趋势，足以可见，这类将学科专业与信息技术深度融合的系统在服务市场上的发展潜力以及空间拓展能力非常可佳。
目前，手机等移动终端大量普及，大多数情况下，每一个集体中的成员身处在工作环境、体系结构、管理方式等各种情景。由于学校管理工作的复杂性以及成员信息获取信息交互的多变性，主要面临如下问题：
1)管理混乱，各种信息的获取容易面对突发情况，人为干扰因素较多；
2)使用不规范，缺乏统一的操作模式和信息获取方式；
3)可扩展性差，无法支持现实教学，导致时间扩展运用能力低下；
4)各成员可能面临的或需要解决的问题等数据无法很好收集并提供给中心管理人员，导致不能集中解决问题；
5)缺乏足够的运用实践性、实施精准性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于增强现实的虚拟实验系统实施方法，该方法结合增强现实技术与物联网技术，为中心建设者的管理和用户精准信息的获取与交互提供了一种战略性的创新方案。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
一种基于增强现实的虚拟实验系统实施方法，包括：
S10预先构建虚拟交互模块，设定虚拟交互的期望值并将其存储于服务器；
规划虚拟实验系统的实验用途以及物联网信息调度方式；
S20对物联网设备进行编号；使用移动终端识别实验设备，并获取物联网信息以及调取相应的虚拟交互模块；
S30通过虚拟交互模块获取用户的交互操作数据并存储于服务器，以建立用户的数据操作模型；
S40服务器根据用户的操作数据模型实施虚拟实验系统各模块之间的级联，并进行结果反馈。
一优选实施例中，步骤S10包括：规划实验的实施路线，并在实施路线的指定位置安装物联网设备以及为其设置与该指定位置相对应的物联网信息，以使用户在指定位置接收到物联网信息。
一优选实施例中，步骤S20包括：根据每一个物联网设备的标识建立物联网设备的编号。
一优选实施例中，步骤S20包括：物联网设备使用ibeacon技术在指定位置识别到移动终端，调取相应的虚拟交互模块，并向其发送与该指定位置相对应的物联网信息。
一优选实施例中，步骤S20包括：打开移动终端的摄像功能，根据移动终端的界面显示的提示信息，使用移动终端的摄像部件识别实验设备。
一优选实施例中，步骤S30包括：通过ibeacon技术实时获取用户的交互操作数据并存储于服务器。
一优选实施例中，步骤S40包括：以多媒体形式保存用户的交互数据并构建该用户的操作数据模型。
一优选实施例中，步骤S40包括：根据反馈的结果调整实验的实验路线以及物联网信息调度方式。
一优选实施例中，在移动终端上使用用户的第三方平台账户激活虚拟实验系统。
一优选实施例中，使用ibeacon技术的定位算法收集用户的运动轨迹与行为方式。
采用本发明具有如下的有益效果：
1、在本发明中，ibeacon设备作为一个新型的物联网设备，在虚拟实验系统的实施中，起到了决定性的技术担当作用。借助ibeacon技术通过定位算法，可以开发出精度达到2米的室内技术应用。通过该定位技术，可以大规模收集用户的运动轨迹与行为方式，并通过算法在指定的区域给予用户精准的信息推送。
2、在本发明中，通过精准采集用户的运动轨迹，结合基于移动终端的图像采集等技术手段，将用户的运动轨迹以多媒体数据的形式提交教学者检验。
3、要实现中心管理成员和用户成员在一个平台下进行统一实验的目的，通过系统间的无缝连接，使之达到一个整体的实验效果，通过该平台的部署，不仅可以促进系统的耦合度，解决信息孤岛的问题，还可以使管理者能够迅速实施第三方的实验实验信息交互系统。
4、本发明从下述几个方面进一步地体现了其有益效果：
1)系统针对虚拟实验交互整体需求设计，满足各级实验信息教学需要；
2)可集成所有符合标准的第三方虚拟实验系统和软件；
3)采用微信等第三方平台账户下发激活方式，方便用户使用和系统部署；
4)全面实现了实时拍摄扫描识别功能，以提供开放式、精准式信息反馈服务。方便用户自主灵活参与实验，充分发挥每一位教学者的主观能动性，提高了实验效果；
5)具备多种角色应用体系，多种业务权限配置，多种信息反馈机制，满足从用户到实验室管理人员等各级成员的的需求，受益面广；
6)具有多种数据导入导出功能，方便各种身份角色的数据汇总、数据统计；
7)可无缝集成到管理中心的教学信息管理系统中。
附图说明
图1为本发明实施例一种基于增强现实的虚拟实验系统实施方法的步骤示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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。
参照图1，本发明公开了一种基于增强现实的虚拟实验系统实施方法。在本发明实施例中提供了一种基于大型实验装置场景，构建基于增强现实的虚拟实验系统的实施方法，包括以下步骤：
S10，预先构建虚拟交互模块，并设定虚拟交互的期望值，存储于服务器中。
在使用的过程中，可以根据用户根据自身的需求，借助ibeacon技术(ibeacon是苹果公司2013年9月发布的移动设备用OS上配备的新功能，其工作方式是，配备有低功耗蓝牙通信功能的设备使用BLE技术向周围发送自己特有的ID/标识，接收到该ID的应用软件会根据该ID采取一些行动)等技术规划虚拟实验系统的实验用途以及物联网信息调度。
根据用户在具体业务环境下对于虚拟实验系统的需求，可对前期准备的各项工作进行有效的操作设定和组织管理，包括但不限于，事先规划好实验的实施路线，在指定的实施路线上需要对用户进行提示的位置(即指定位置)安装ibeacon设备(即物联网设备)以及对其设置与该指定位置相对应的ibeacon信息(即物联网信息)，以用于后期在移动终端(例如手机)以蓝牙方式识别到指定位置的ibeacon设备时在移动终端操作界面上进行物联网信息展示。
举一例子，假设虚拟实验系统具备消防系统的“火灾演习”功能，由教育者事先规划好实施路线，并在实施路线上的指定位置设定“火灾演习”功能中模拟逃生过程的步骤与提示，例如寻找逃生物品、逃生出口等。该实例通过精准采集用户的运动轨迹，与基于智能移动终端的图像采集等技术手段，将用户的运动轨迹以多媒体数据的形式提交至教学者检验。
用户可以使用微信等第三方平台账户配置激活虚拟实验系统，每一个ibeacon设备都有自己的标识，在消防系统实例的程序里面做下述判断：如果移动终端以蓝牙搜索到这个标识就会实施相应步骤与提示，例如位置信息或者物品信息。
S20，对ibeacon设备等物联网设备建立编号。根据用户需求，在每一处需要进行信息提示或重要标示的位置安装ibeacon设备，每一个ibeacon设备有自己的标识，对这些ibeacon设备建立不同的编号。
移动终端使用摄像功能，识别当前实验设备或部件，同时获取当前指定位置的物联网信息，并调取相应的虚拟交互模块。
在设置系统需求时，借助ibeacon技术的定位算法，可以大规模收集用户的运动轨迹与行为方式，因而在提前预设置虚拟实验系统时，由开发者设定相应实施路线以及提示位置标识。当用户经过指定位置并由系统的蓝牙识别功能搜索到对应目标(物联网设备)后，可通过算法在指定的区域给予用户精准的信息推送。
以上步骤是需要系统设定者根据自身需求提前调度完善的。
当虚拟实验系统程序开发前期工作实施完善后，将此系统发送给需要利用该系统完成相应操作的用户手机中，可以使用微信等第三方平台账户激活已经根据不同需求设定完成对应信息的虚拟实验系统。
在打开移动终端上的系统界面的时候，将会调取此移动终端的摄像功能，系统界面会展示出手机后置摄像头的图像。用户可以根据具体工作需求将手机后置摄像头对向前方路线。使用ibeacon设备的蓝牙信号识别技术，在路线中识别到提前设置好需反馈给用户的信息识别位点。然后会在移动终端的系统界面上提示识别信息，既在用摄像头拍摄的实时画面里，出现对应位点的文字提示框。根据文字要求，将移动终端的摄像头对准提示框内要求用户识别的ibeacon设备位点并扫描，识别当前实验设备或部件。
同时，从云端(服务器)获取当前指定位置的物联网信息，调取相应的虚拟交互模块，然后会及时反馈在用户的移动终端系统界面上，给出用户在此位置需要的物联网信息。
在本消防系统实例中，例如可以在消防栓、灭火器、火灾报警器、消防斧、水带、水枪等常用的消防安全逃生设备，以及安全出口、逃生出口等场景，安装ibeacon设备，且每一个ibeacon设备有自己的标识，对这些ibeacon设备建立不同的编号。用户通过移动终端的摄像功能，扫描当前的逃生设备或逃生出口，以识别本消防系统实例的当前实验设备或部件。同时，获取当前位置的物联网信息，并在程序中通过算法做下述判断：蓝牙是否搜索到正确的标识，即是否可调取相应的虚拟交互模块。
S30，通过虚拟交互模块，获取用户的交互操作数据，存储于服务器中，以建立当前用户的数据操作模型。
首先，根据虚拟实验系统程序的需求，调度者自行设定虚拟实验系统的用途以及各项运行信息的反馈工作。然后，通过ibeacon技术获取用户的实时操作数据，进行识别与信息反馈。再将用户的实时交互操作数据反馈并储存于服务器中，建立当前用户的实时数据操作模型，以便于后期分析。
事先，程序调度者根据需求设定虚拟实验系统的用途以及各项运行信息的反馈工作。在用户移动终端的摄像头(即摄像部件)拍摄以及ibeacon设备蓝牙配对判断、识别移动终端中，通过ibeacon技术获取用户的实时操作数据，进行识别，再将信息反馈给用户。
使用者可以在运行此虚拟试验系统的过程中，进行相应位点的信息提示语反馈，更加具体地接受到指示者的要求以及运行中的需求。不仅如此，在用户使用系统的过程中，把使用时的交互操作的数据，比如用户理解信息的时间长短，系统调度者调度路线的合理性、便捷性，以及各种存在于系统之中的用户交互数据等，储存于服务器中，以便系统自身的完善以及用户使用的合理便捷。
在后期信息分析中，提升了系统的使用价值以及及时为使用者反馈更加有用的信息。将每一位用户的信息进行储存，并建立模板，可以更好地为系统调度者以及使用者带来合理的修改与建议。
在本消防系统实例中，由教育者事先规划好实验的实施路线，并在相应位置安装ibeacon设备。用户通过移动终端调取摄像功能，以AR(增强现实技术)扫描的形式在实景情况下模拟火灾逃生。
本消防系统实例通过相应提示、教学交互手段，指导用户对相应的消防安全逃生设备、逃生出口等进行拍摄等交互操作。例如，任务提示准备逃生时拍摄逃生物品，指导用户拍摄一个常用的消防安全逃生设备；任务提示拍摄逃生成功后的场景，指导用户拍摄一个安全出口，捕捉/获取完用户的交互操作数据后，存储于服务器中，建立当前用户的数据操作模型。
S40，在服务器端，构建当前用户的数据操作模型(数据模型)，实现各个模块的级联，并返回数据的结果。
每一位用户使用微信等第三方平台个人账户在移动终端上激活虚拟实验系统，服务器端登记每一位用户的账户信息，以及使用过程中全部的反馈工作，作为不同的数据模板。将用户使用系统过程中的行为/操作以及交互数据，用多媒体等形式进行保存，构建当前用户的数据操作模型并且实时保存在云端中。
借助ibeacon室内定位技术以及基于智能移动端的图像采集等技术手段，记录用户在使用虚拟实验系统过程中，所经历的区域、所收集到的不同信息等，以多媒体数据的形式上传到并提交检验。后期工作人员根据不同的模板类型进行分析，实现整个系统模拟过程的全方位管理，更好地完善模拟系统。后台可以在服务器端，构建当前用户的数据操作模型，实现各个模块的级联，并返回数据的结果。
组织调度者能够针对用户在使用系统的过程中所出现的问题，进行更具针对性的修改，针对反馈信息的精准性以及科学性进行进一步的调整，保证关键性步骤以及用户的使用效果。
以及，还可以在本消防实例中，将上一步骤S30中用户的交互操作数据，以多媒体的形式保存数据，构建当前用户的数据操作模型。借助ibeacon室内定位技术以及基于智能移动端的图像采集等技术手段，记录用户在模拟逃生过程中所经历的区域、所收集的消防逃生设备等，以多媒体数据的形式提交教学者检验，实现用户消防安全模拟过程的全方位管理。实现各个模块的级联，并返回数据的结果。使教学组织者能够针对用户在逃生的过程中所出现的问题，进行更具针对性的教学辅导，保证关键性教学内容的教学效果。
本具体实施例中，在具体的业务开展的过程中，根据中心管理者的具体业务环境以及业务需求，实施前期工作任务，包括系统的具体用途、期望值调度与外部部署工作的提前启动。同时，根据准备工作中相关任务的特点，需要在传统的提前调度模式上进行优化设计，建立各个任务的组织结构，有效进行任务的管理。
基于以上的业务需求，虚拟实验系统在服务器端主要借助AR技术和物联网技术这两种技术。AR技术实时地计算摄影部件捕获的影像的位置及角度并加上相应图像，可以立即识别出人们看到的事物，并且检索和显示与该景象相关的数据，从而作为一种新型的高效人机接口和仿真工具。物联网技术通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按照约定的协议，将任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理。以及，物联网中的ibeacon技术，用它来打造一个信号基站，当用户持有移动终端进入该区域时，就会得到获得该基站的推送信息。借助ibeacon技术通过定位算法，大规模收集用户的运动轨迹与行为方式，可以通过算法在指定的区域给予用户精准的信息推送。
结合以上技术于一身的虚拟实验系统，不仅用途广泛，满足非常多用户以及管理者的需求，高效管理实验教学资源，实现现实与虚拟之间的信息交互，更加方便直观且精准地为用户提供实时性信息反馈以及信息提示，提升了效率，并且也更加方便为中心管理人员提供数据模板，更好地分析各种情况以及解决方案，满足多地区、多种类和复杂情况下的虚拟仿真实验教学的需求。
应当理解，本文所述的示例性实施例是说明性的而非限制性的。尽管结合附图描述了本发明的一个或多个实施例，本领域普通技术人员应当理解，在不脱离通过所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种形式和细节的改变。

Claims (10)

1.一种基于增强现实的虚拟实验系统实施方法，其特征在于，包括：
S10预先构建虚拟交互模块，设定虚拟交互的期望值并将其存储于服务器；
规划虚拟实验系统的实验用途以及物联网信息调度方式；
S20对物联网设备进行编号；使用移动终端识别实验设备，并获取物联网信息以及调取相应的虚拟交互模块；
S30通过虚拟交互模块获取用户的交互操作数据并存储于服务器，以建立用户的数据操作模型；
S40服务器根据用户的操作数据模型实施虚拟实验系统各模块之间的级联，并进行结果反馈。
2.如权利要求1所述的基于增强现实的虚拟实验系统实施方法，其特征在于，步骤S10包括：规划实验的实施路线，并在实施路线的指定位置安装物联网设备以及为其设置与该指定位置相对应的物联网信息，以使用户在指定位置接收到物联网信息。
3.如权利要求1所述的基于增强现实的虚拟实验系统实施方法，其特征在于，步骤S20包括：根据每一个物联网设备的标识建立物联网设备的编号。
4.如权利要求2所述的基于增强现实的虚拟实验系统实施方法，其特征在于，步骤S20包括：物联网设备使用ibeacon技术在指定位置识别到移动终端，调取相应的虚拟交互模块，并向其发送与该指定位置相对应的物联网信息。
5.如权利要求4所述的基于增强现实的虚拟实验系统实施方法，其特征在于，步骤S20包括：打开移动终端的摄像功能，根据移动终端的界面显示的提示信息，使用移动终端的摄像部件识别实验设备。
6.如权利要求1所述的基于增强现实的虚拟实验系统实施方法，其特征在于，步骤S30包括：通过ibeacon技术实时获取用户的交互操作数据并存储于服务器。
7.如权利要求1所述的基于增强现实的虚拟实验系统实施方法，其特征在于，步骤S40包括：以多媒体形式保存用户的交互数据并构建该用户的操作数据模型。
8.如权利要求1所述的基于增强现实的虚拟实验系统实施方法，其特征在于，步骤S40包括：根据反馈的结果调整实验的实验路线以及物联网信息调度方式。
9.如权利要求1所述的基于增强现实的虚拟实验系统实施方法，其特征在于，在移动终端上使用用户的第三方平台账户激活虚拟实验系统。
10.如权利要求1所述的基于增强现实的虚拟实验系统实施方法，其特征在于，使用ibeacon技术的定位算法收集用户的运动轨迹与行为方式。
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