CN111402651A

CN111402651A - 一种基于vr技术的智能教学系统

Info

Publication number: CN111402651A
Application number: CN202010443739.5A
Authority: CN
Inventors: 陶燎亮; 叶振; 宋俊锋; 胡伟俭; 吴育锋; 沈伟华
Original assignee: Lishui University
Current assignee: Jiangsu Qingyan Technology Co ltd
Priority date: 2020-05-22
Filing date: 2020-05-22
Publication date: 2020-07-10
Anticipated expiration: 2040-05-22
Also published as: CN111402651B

Abstract

本发明的目的在于解决现有VR沉浸式课堂系统课堂学习效率低的问题，找到一种基于VR技术的智能教学系统，提高课堂学习效率，系统包括教师授课端设备、学生学习端设备和VR服务器；教师授课端设备包括至少两个VR拍摄设备，学生学习端设备包括至少两个VR头显设备；VR拍摄设备包括拍摄模块、视频生成模块和视频传输模块；VR服务器包括第一接收模块、确定模块和第一发送模块；VR头显设备包括第二接收模块和第一显示模块。学生在几个VR头显设备所拍的教学视频之间切换，以获取最佳的观看视角观看教师教学，提高教学效率。

Description

一种基于VR技术的智能教学系统

技术领域

本发明涉及智能领域，具体涉及一种基于VR技术的智能教学系统。

背景技术

VR是虚拟现实技术，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。

虚拟现实技术(VR)主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。随着科技的进步，虚拟现实作为信息传递技术的一次大更新，越来越深度、广泛地影响着我们的现实生活。

目前开拓教育领域的VR公司多将目光聚焦于VR沉浸式课堂系统，开展直播式VR教学，学生只能以看直播的方式学习，影响课堂学习效率。

发明内容

本发明的目的在于解决现有所存在的其中一个问题，找到一种基于VR技术的智能教学系统，提高课堂学习效率。

为了实现所述目的，本公开的一方面，一种基于VR技术的智能教学系统，包括教师授课端设备、学生学习端设备和VR服务器；所述教师授课端设备包括至少两个VR拍摄设备，所述学生学习端设备包括至少两个VR头显设备；

所述VR拍摄设备包括：

拍摄模块，用于拍摄现场教学的全景视频；

视频生成模块，用于根据所述全景视频生成VR教学视频，其中，所述VR教学视频内设有第一编号，所述第一编号为VR拍摄设备的唯一编号；

视频传输模块，用于将所述VR教学视频发送至所述VR服务器；

所述VR服务器包括：

第一接收模块，用于接收各个所述VR拍摄设备发送的VR教学视频；

确定模块，用于根据所述VR教学视频内的第一编号确定所述VR教学视频的目标网络地址；

第一发送模块，用于根据所述VR教学视频的目标网络地址，向网络地址为该目标网络地址的VR头显设备发送所述VR教学视频；

所述VR头显设备包括：

第二接收模块，用于接收所述VR教学视频；

第一显示模块，用于显示所述VR教学视频。

可选的，所述学生学习端设备还包括教学手套，所述教学手套为第一颜色，且所述教学手套的手心部外侧设有第二颜色的圆球，其中，所述第一颜色与第二颜色不同；

所述教师授课端设备还包括授课终端；

所述VR头显设备的右侧侧面设有传声器、距离传感器和广角摄像头；

所述距离传感器的输出端与所述广角摄像头的开关相连，用于在所述距离传感器检测到预设距离内有物体时，控制广角摄像头的开关打开，否则，控制广角摄像头的开关关闭；

所述VR头显设备内设有第一处理模块，所述第一处理模块用于获取广角摄像头拍摄的监控视频，并识别所述监控视频的中心区域内是否存在第二颜色的圆形物体，若在设定时长内，所述监控视频的中心区域内均存在第二颜色的圆形物体，则向授课终端发送第一控制信号，其中，所述第一控制信号包含VR头显设备的网络地址；

所述授课终端包括：

第二显示模块，用于显示各第一用户的状态，所述第一用户的状态包括用于表示用户未在线的第一状态、用于表示用户在线的第二状态和用于表示用户举手提问的第三状态，所述第一用户与所述VR头显设备的网络地址一一对应；

第二处理模块，用于接收第一控制信号，根据所述第一控制信号内的网络地址，将所述第二显示模块中与所述网络地址对应的第一用户的状态变更为第三状态；

输入模块，用于接收第二用户输入的第二控制信号，所述第二控制信号用于指定第一用户；

控制模块，根据所述第二控制信号，控制授课终端与所述第二控制信号指定的第一用户所在的VR头显设备通信，以接收该VR头显设备上的传声器所输入的第一语音；

扬声器，用于播放所述第一语音。

可选的，所述第一颜色为白色，所述第二颜色为红色。

可选的，第一颜色为白色，所述第二颜色为橙色。

可选的，所述设定时长为3秒。

可选的，所述预设距离为5cm。

可选的，所述根据所述VR教学视频内的第一编号确定所述VR教学视频的目标网络地址，包括：

根据所述VR教学视频内的第一编号，从根据预设的关联关系表中查找出与所述VR教学视频内的第一编号关联的网络地址，以作为目标网络地址；

所述确定模块，还用于接收VR头显设备发送的关联信号，根据所述VR头显设备的网络地址和所述关联信号修改关联关系表。

可选的，识别所述监控视频的中心区域内是否存在第二颜色的圆形物体，包括：

提取监控视频的中心区域图像，识别所述中心区域图像中第一像素点及其坐标，所述第一像素点是颜色为第二颜色的像素点；

根据所述第一像素点及其坐标计算第一像素点的平均坐标；

根据所述第一像素点的平均坐标和所有第一像素点的坐标，通过如下计算每个第一像素点坐标与平均坐标的坐标差积；

T_i＝(X_i-X_p)(Y_i-Y_p)

其中，T_i为第i个第一像素点的坐标差积，X_i为第i个第一像素点的X轴坐标值，X_p为平均坐标中的X轴坐标值，Y_i为第i个第一像素点的Y轴坐标值，Y_p为平均坐标中的Y轴坐标值；

获取坐标坐标差积前M大的第一像素点和坐标坐标差积前M小的第一像素点作为样本像素点，其中

计算所有样本像素点的第一坐标距离，其中所述样本像素点的第一距离为样本像素点的坐标与所述平均坐标的坐标之间距离；

根据所有样本像素点的第一坐标距离，通过如下公式计算圆形判断值；

其中，O为圆形判断值，2M为样本像素点数量，D_j为第j个样本像素点的第一距离，D_e为第e个样本像素点的第一距离；

若O大于预设阈值，则判断所述监控视频的中心区域内存在第二颜色的圆形物体，否则，判断所述监控视频的中心区域内不存在第二颜色的圆形物体。

可选的，所述预设阈值为2M×M。

可选的，监控视频的中心区域图像为位于监控视频图像中部的1/2区域的图像。

通过实施本公开的技术方案可以取得以下有益技术效果：VR服务器可以根据VR教学视频内的第一编号确定VR教学视频的目标网络地址，并将VR教学视频发送至所述VR服务器，使得VR服务器2可以控制VR头显设备接收哪个VR拍摄设备的教学视频，使得学生可以根据需求在几个VR头显设备所拍的教学视频之间切换，以获取最佳的观看视角观看教师教学，提高教学效率。

附图说明

图1为本公开一个实施方式中的基于VR技术的智能教学系统的框图；

图2为本公开一个实施方式中的VR拍摄设备的框图；

图3为本公开一个实施方式中的VR服务器的框图；

图4为本公开一个实施方式中的VR头显设备的框图；

图5为本公开一个实施方式中的教学手套的结构示意图；

图6为本公开一个实施方式中的VR头显设备与教学手套的结构示意图；

图7为本公开一个实施方式中的VR头显设备的另一种框图；

图8为本公开一个实施方式中的授课终端的框图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明：

参见图1-图4，一种基于VR技术的智能教学系统，包括教师授课端设备1、VR服务器2和学生学习端设备3；教师授课端设备1包括至少两个VR拍摄设备11，学生学习端设备3包括至少两个VR头显设备31；

VR拍摄设备11包括：

拍摄模块111，用于拍摄现场教学的全景视频；

视频生成模块112，用于根据全景视频生成VR教学视频，其中，VR教学视频内设有第一编号，第一编号为VR拍摄设备11的唯一编号；

视频传输模块113，用于将VR教学视频发送至VR服务器2；

VR服务器2包括：

第一接收模块21，用于接收各个VR拍摄设备11发送的VR教学视频；

确定模块22，用于根据VR教学视频内的第一编号确定VR教学视频的目标网络地址；

第一发送模块23，用于根据VR教学视频的目标网络地址，向网络地址为该目标网络地址的VR头显设备31发送VR教学视频；

VR头显设备31包括：

第二接收模块311，用于接收VR教学视频；

第一显示模块312，用于显示VR教学视频。

本公开的实施例中的基于VR技术的智能教学系统，VR服务器2可以根据VR教学视频内的第一编号确定VR教学视频的目标网络地址，并将VR教学视频发送至VR服务器2，使得VR服务器2可以控制VR头显设备31接收哪个VR拍摄设备11的教学视频。

VR拍摄设备11可以是两个或多个，VR服务器2中可以设置VR拍摄设备11的唯一编号(第一编号)与VR头显设备31的网络地址(目标网络地址)的关联关系表，学生可在学生学习端设备3输入关联信号以改变关联关系表。以1号VR拍摄设备11、2号VR拍摄设备11、3号VR拍摄设备11、1号VR头显设备31和2号VR头显设备31为例，1号VR拍摄设备11可以设置在讲台正前方，2号VR拍摄设备11可以设置在讲台左前侧，3号VR拍摄设备11可以设置在讲台右前侧，1号学生头戴1号VR头显设备31式，2号学生头戴2号VR头显设备31式；服务器可以控制1号VR头显设备31接受1号VR拍摄设备11、2号VR拍摄设备11和3号VR拍摄设备11中其中一个发送的VR教学视频，控制2号VR头显设备31接受1号VR拍摄设备11、2号VR拍摄设备11和3号VR拍摄设备11中其中一个发送的VR教学视频；进而，智能教学系统可以自由切换VR拍摄设备11所接受的VR教学视频，使得不同学生可以在观看不同位置拍摄的VR教学视频，进而提高教学效率。

在一个可选的实施方式中，根据VR教学视频内的第一编号确定VR教学视频的目标网络地址，包括：

根据VR教学视频内的第一编号，从根据预设的关联关系表中查找出与VR教学视频内的第一编号关联的网络地址，以作为目标网络地址；

确定模块22，还用于接收VR头显设备31发送的关联信号，根据VR头显设备31的网络地址和关联信号修改关联关系表。

学生只需控制VR头显设备31发送关联信号，即可控制VR头显设备31接收哪一个VR拍摄设备11拍摄的VR视频，便于学生自由切换视觉位置，防止在教学过程中，教学内容被遮挡视野而导致学生无法观察教学内容。

在一个可选的实施方式中，参见图5和图6，学生学习端设还包括教学手套32，教学手套32为第一颜色，且教学手套32的手心部外侧设有第二颜色的圆球321，其中，第一颜色与第二颜色不同；可以知道的，该教学手套是右手手套，圆球321处于图5中所处位置

参见图6和图7，VR头显设备31的右侧侧面设有传声器313、距离传感器314和广角摄像头315；其中，距离传感器314可以是激光传感器，激光传感器的激光发射器朝向右侧或右前侧，广角摄像头朝向与激光发射器朝向相同。

距离传感器314的输出端与广角摄像头315的开关相连，用于在距离传感器314检测到预设距离内有物体时，控制广角摄像头315的开关打开，否则，控制广角摄像头315的开关关闭；

VR头显设备31内设有第一处理模块316，第一处理模块316用于获取广角摄像头315拍摄的监控视频，并识别监控视频的中心区域内是否存在第二颜色的圆形物体，若在设定时长内，监控视频的中心区域内均存在第二颜色的圆形物体，则向授课终端12发送第一控制信号，其中，第一控制信号包含VR头显设备31的网络地址；

参见图8，教师授课端设备1还包括授课终端12；

授课终端12包括：

第二显示模块121，用于显示各第一用户的状态，第一用户的状态包括用于表示用户未在线的第一状态、用于表示用户在线的第二状态和用于表示用户举手提问的第三状态，第一用户与VR头显设备31的网络地址一一对应；

第二处理模块122，用于接收第一控制信号，根据第一控制信号内的网络地址，将第二显示模块121中与网络地址对应的第一用户的状态变更为第三状态；其中，第一用户的状态变为第三状态时，若在设定时间内未再半分钟内接收到相应的第一控制信号。则可以将该第一用户的状态变为第二状态。

输入模块123，用于接收第二用户输入的第二控制信号，第二控制信号用于指定第一用户；

控制模块124，根据第二控制信号，控制授课终端12与第二控制信号指定的第一用户所在的VR头显设备31通信，以接收该VR头显设备31上的传声器313所输入的第一语音；

扬声器125，用于播放第一语音。

可以快速识别学生是否需要举手提问，并将该学生的状态置为第三状态，在教师选择第三状态的学生提问时，可以自动接收该学生的传声器的信号，以实现教师与学生的对话。

本实施例中，距离传感器314检测到预设距离内有物体时，控制广角摄像头315的开关打开，否则，控制广角摄像头315的开关关闭；一方面，保证广角摄像头315仅在需要时工作，以降低能耗，另一方面由于只有在距离传感器检测到预设距离内有物体时，广角摄像头才打开，第一处理模块才能获取广角摄像头拍摄的监控视频，根据识别监控视频的中心区域内是否存在第二颜色的圆形物体，判断学生是否举手，提高判断准确率。

在一个实施例中，第一颜色为白色，第二颜色为红色。

在一个实施例中，第一颜色为白色，第二颜色为橙色。

在一个实施例中，设定时长为3秒。

在一个实施例中，预设距离为5cm。

在一个可选的实施方式中，识别监控视频的中心区域内是否存在第二颜色的圆形物体，包括：

提取监控视频的中心区域图像，识别中心区域图像中第一像素点及其坐标，第一像素点是颜色为第二颜色的像素点；

根据第一像素点及其坐标计算第一像素点的平均坐标；

根据第一像素点的平均坐标和所有第一像素点的坐标，通过如下计算每个第一像素点坐标与平均坐标的坐标差积；

T_i＝(X_i-X_p)(Y_i-Y_p)

若拍摄到监控视频的中心区域内第二颜色只有圆球，那么此处的样本像素点是圆圈的边缘像素点。

计算所有样本像素点的第一坐标距离，其中样本像素点的第一距离为样本像素点的坐标与平均坐标的坐标之间距离；

若O大于预设阈值，则判断监控视频的中心区域内存在第二颜色的圆形物体，否则，判断监控视频的中心区域内不存在第二颜色的圆形物体。

本方法可以快速判断是否存在第二颜色的圆形物体，且计算量小，既可以降低硬件要求，又可以提高判断速率。

在一个实施例中，预设阈值可以为2M×M。

在一个实施例中，监控视频的中心区域图像为位于监控视频图像中部的1/2区域的图像。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims

1.一种基于VR技术的智能教学系统，其特征在于，包括教师授课端设备、学生学习端设备和VR服务器；所述教师授课端设备包括至少两个VR拍摄设备，所述学生学习端设备包括至少两个VR头显设备；

所述VR拍摄设备包括：

拍摄模块，用于拍摄现场教学的全景视频；

视频传输模块，用于将所述VR教学视频发送至所述VR服务器；

所述VR服务器包括：

所述VR头显设备包括：

第二接收模块，用于接收所述VR教学视频；

第一显示模块，用于显示所述VR教学视频。

2.如权利要求1所述的一种基于VR技术的智能教学系统，其特征在于，所述学生学习端设备还包括教学手套，所述教学手套为第一颜色，且所述教学手套的手心部外侧设有第二颜色的圆球，其中，所述第一颜色与第二颜色不同；

所述教师授课端设备还包括授课终端；

所述授课终端包括：

扬声器，用于播放所述第一语音。

3.如权利要求2所述的一种基于VR技术的智能教学系统，其特征在于，所述第一颜色为白色，所述第二颜色为红色。

4.如权利要求2所述的一种基于VR技术的智能教学系统，其特征在于，第一颜色为白色，所述第二颜色为橙色。

5.如权利要求3所述的一种基于VR技术的智能教学系统，其特征在于，所述设定时长为3秒。

6.如权利要求4所述的一种基于VR技术的智能教学系统，其特征在于，所述预设距离为5cm。

7.如权利要求1所述的一种基于VR技术的智能教学系统，其特征在于，所述根据所述VR教学视频内的第一编号确定所述VR教学视频的目标网络地址，包括：

8.如权利要求2所述的一种基于VR技术的智能教学系统，其特征在于，识别所述监控视频的中心区域内是否存在第二颜色的圆形物体，包括：

根据所述第一像素点及其坐标计算第一像素点的平均坐标；

T_i＝(X_i-X_p)(Y_i-Y_p)

9.如权利要求8所述的一种基于VR技术的智能教学系统，其特征在于，所述预设阈值为2M×M。

10.如权利要求9所述的一种基于VR技术的智能教学系统，其特征在于，监控视频的中心区域图像为位于监控视频图像中部的1/2区域的图像。