CN111459286A - 一种基于Web的VR交互式学习教育系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于基于Web的虚拟现实交互式教育的系统和及方法，该方法包括在VR环境中模拟3D交互式场景，以及在VR显示平台上渲染3D交互式场景和检索3D交互式场景，在VR环境中处理模块接收对检索结果的响应，基于参与者的反应和属性来计算第一累积评价得分；此外，基于第一累积评价得分，在VR环境中处理模块动态模拟后续3D交互式场景；呈现与后续场景的上下文相关联的后续查询结构，并且基于对后续查询的后续响应来计算第二累积评价得分。此外，基于累积评价分数来计算总体评价分数。

Description

一种基于Web的VR交互式学习教育系统及方法
技术领域
本发明涉及虚拟现实(VR)技术领域，更具体地，涉及一种基于Web的VR交互式学习教育系统及方法。
背景技术
传统的计算机辅助教学存在很大的问题，虽然教师采用课件，音视频和互联网等多种数字化教学手段，教学方式仍然是传统的一对多课堂授课的方式，学生的学习积极性无法调动，更重要的是无法评价教学效果，学生的学习情况也难以反馈到下次授课中。
发明内容
一种基于Web的VR交互式学习教育系统，包括用户端和远程服务器端，远程服务器包括处理模块和存储模块，存储模块与处理模块耦合在一起，存储模块内存储有VR仿真数据和用户属性，通过存储在存储模块中的预存指令配置处理模块，处理模块调用存储模块内的VR仿真数据和前若干次学习积累生成VR环境中的下一次学习的3D交互式场景和查询结构，用户端通过B/S模式访问远程服务器来使用3D交互式场景。
优选的，用户端的用户接口通过通信网络与远程服务器进行连接，用于实现远程服务器与用户端之间实时通信，所述通信网络包括各种用于有线/无线通信的网络。
优选的，所述通信网络包括内网、局域网、广域网、互联网中的任一一种。
优选的，所述通信网络包括专用网络/共享网络。
优选的，所述通信网络还包括网络协议，网络协议包括HTTP协议、TCP/IP协议、WAP协议中的任一一种或组合。
一种基于Web的VR交互式学习教育系统的操作方法，包括以下步骤：
步骤S1：用户在用户端上选择学习场景，进入VR环境，；
步骤S2：远程服务器上的处理模块根据步骤S1中用户选择的学习场景，在VR显示平台上渲染初级3D交互式场景，并根据用户选择的学习场景及用户学习模式生成初级查询结构；
步骤S3:远程服务器上的处理模块将选择学习场景相同的多个用户以小组为单位登陆虚拟教学课堂，进入初级3D交互式场景，与初级3D交互式场景中的元素进行交互；同时，教师作为主持人即管理者的身份登录到每个小组对应的虚拟教学课堂上，用于控制和指导每个小组内成员的学习情况；
步骤S4：每个小组内的成员还可通过电子聊天系统和其他小组内的成员进行实时交互；
步骤S5：处理模块接收初级查询结构的响应，向小组内的用户提出与场景内容相关的问题，在用户提供对问题的响应后，结合用户属性，计算第一级累积评价值；
步骤S6：处理模块基于第一级累积评价值，在VR显示平台上动态模拟下一次课程的中级3D交互式场景，以及设计出下一次课堂与学习内容相关的中级查询结构，存储于存储模块内；
步骤S7：用户进入VR环境，首先，在用户端上选择上次的学习场景对应的学习模式，登陆虚拟教学课堂，处理模块调用存储模块内预存的中级3D交互式场景和中级查询结构，用户与中级3D交互式场景中的元素进行交互；然后，处理模块接收中级查询结构的响应，向用户提出与中级3D交互式场景内容相关的问题，在用户提供对问题的响应后，结合用户属性，计算第二级累积评价值；
步骤S8：处理模块基于第一级累积评价值和第二级累积评价值来计算总体评价分数，将获取的评价分数与预存在存储模块上的阈值评价分数进行对比；
步骤S9:若处理模块计算前两次学习的总体评价分数小于阈值评价分数，则处理模块停止渲染后续的3D交互式场景；否则由处理模块基于第二级累积评价值，在VR显示平台上动态模拟下一次课程对应的高级3D交互式场景，以及设计出下一次课堂与学习内容相关的高级查询结构，并存储于存储模块内；重复步骤S7～S8；直到总体评价分数小于阈值评价分数，则处理模块停止渲染后续的3D交互式场景。评价评价评价评价评价评价评价评价评价评价评价评价评价评价评价
优选的，在上述步骤S3和S7中，元素可为图形、图像、声音、3D模型；用户通过手势或眼睛跟踪与之交互。
优选的，在上述步骤S5～S10中，
第一级累积评价评价值：
F1＝(x1*p1+x2*p2+…+xi*pi…+xn*pn)/p1+p2+…pi…+pn；
其中，n表示处理模块接收初级查询结构的响应，向小组内的用户提出与场景内容相关的问题数量；xi表示用户回答的第i个问题的得分；
pi表示xi对应的权系数；
第二级累积评价评价值：
F2＝(x1*p1+x2*p2+…+xj*pj…+xm*pm)/p1+p2+…pj…+pm；
其中，m表示处理模块接收中级查询结构的响应，向用户提出与场景内容相关的问题数量；xj表示用户回答的第j个问题的得分；pj表示xj对应的权系数；
第S级累积评价评价值：
FS＝(x1*p1+x2*p2+…+xt*pt…+xT*pT)/p1+p2+…pj…+pT；
其中，T表示处理模块接收S级查询结构的响应，向用户提出与场景内容相关的问题数量；xt表示用户回答的第t个问题的得分；pt表示xt对应的权系数；
总体评价分数＝F1+F2+…+FS…+FN/N；
其中，N表示累积学习的次数；FS表示第S级累积评价值。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：本发明学生配置学习环境，设计考试和其它教学活动。在虚拟课堂教学活动中，学生在首次学习时，仍然以常规的计算机辅助教学方式进行学习，教师指导学习内容，再辅助计算机的学习资源，包括音频，视频，三维教具等。然后学生学习完毕后将学习情况采用人机交互和人人交互的方式反馈给系统，系统通过提问和观察的方式实时跟踪学生的学习情况，采用多维度指标评价学习效果，并且自动设计下一轮教学的学习模式和教学案例，提供给教师和学生参考，提高了互联网教学的质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明一实施例提供的一种基于Web的VR交互式学习教育系统的结构图；
图2为本发明一实施例提供的一种基于Web的VR交互式学习教育系统的B/S模型；
图3为本发明一实施例提供的一种基于Web的VR交互式学习教育系统的操作方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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所示，本发明具体公开了一种一种基于Web的VR交互式学习教育系统，包括用户端和远程服务器端，远程服务器包括处理模块和存储模块，存储模块与处理模块耦合在一起，存储模块内存储有VR仿真数据(包括3D景观模型、3D对象模型、情节片段、知识库)和用户属性(包括用户名、用户ID、权重、查询信息、查询反馈、操作对象分配表)，通过存储在存储模块中的预存指令配置处理模块，处理模块调用存储模块内的VR仿真数据和前若干次学习积累生成VR环境中的下一次学习的3D交互式场景和查询结构，用户端通过B/S模式访问远程服务器来使用3D交互式场景。
在本实施例中，用户端的用户接口通过通信网络与远程服务器进行连接，用于实现远程服务器与用户端之间实时通信，所述通信网络包括各种用于有线/无线通信的网络。
上述所述的通信网络包括内网、局域网、广域网、互联网中的任一一种。也可以使用专用网络/共享网络，可以在其上使用不同的网络协议，网络协议包括HTTP协议、TCP/IP协议、WAP协议中的任一一种或组合。
其中，用户端包括用户终端和人机交互装置，所述用户终端分别与远程服务器和人机交互装置电连接，所述人机交互装置包括VR目镜、穿戴式智能手套；利用VR眼镜为用户提供虚拟现实的学习场景，让用户通过穿戴式智能手套对虚拟现实的学习场景做出与现实一致的反馈，这对培养学生的兴趣、增强学习积极性、加深学生的记忆和提高学习效率具有良好的效果。
参照图2和图3本发明还提供一种基于Web的VR交互式学习教育系统的操作方法，用户端采用VR设备，其包括视觉设备、头部设备和控制设备，包括以下步骤：
步骤S1：用户佩戴好VR设备，使用智能手机Chrome浏览器进入系统，选择学习场景，进入VR环境，；
步骤S2：处理模块根据步骤S1中用户选择的学习场景，在VR显示平台上渲染初级3D交互式场景，并根据用户选择的学习场景及用户学习模式生成初级查询结构，其中学习模式包括教师引导型和学习自助型；
步骤S3:处理模块将选择学习场景相同的多个用户以小组为单位登陆虚拟教学课堂，进入初级3D交互式场景，与初级3D交互式场景中的元素进行交互；同时，教师作为主持人即管理者的身份登录到每个小组对应的虚拟教学课堂上，用于控制和指导每个小组内用户的学习情况；
步骤S4：每个小组内的成员还可通过电子聊天系统和其他小组内的成员进行实时交互；在这里“交互”是指VR环境中的用户—场景之间和用户—用户之间的协作和响应。例如，多个参与者可以在VR环境中选择“金融场景模拟”场景；其它非参与者可以根据权限开启观看模式，并且可以查看小组的学习记录。
步骤S5：处理模块接收初级查询结构的响应，向小组内的用户提出与场景内容相关的问题，在用户提供对问题的响应后，结合用户属性，即学习模式、用户权限等，计算第一级累积评价评价值；
步骤S6：处理模块基于第一级累积评价得分，在VR显示平台上动态模拟下一次课程的中级3D交互式场景，以及设计出下一次课堂与学习内容相关的中级查询结构，存储于存储模块内；
步骤S7：用户进入VR环境，首先，在用户端上选择上次的学习场景，登陆虚拟教学课堂，处理模块调用存储模块内预存的中级3D交互式场景和中级查询结构，用户与中级3D交互式场景中的元素进行交互；然后，处理模块接收中级查询结构的响应，向用户提出与中级3D交互式场景内容相关的问题，在用户提供对问题的响应后，结合用户属性，计算第二级累积评价值；
步骤S8：处理模块基于第一级累积评价值和第二级累积评价值计算总体评价分数，将获取的评价分数与预存在存储模块上的阈值评价分数进行对比；
步骤S9:若处理模块计算前两次学习的总体评价分数小于阈值评价分数，则处理模块停止渲染后续的3D交互式场景；
步骤S10：若处理模块计算前两次学习的总体评价分数大于阈值评价分数，则由处理模块基于第二级累积评价值，在VR显示平台上动态模拟下一次课程对应的高级3D交互式场景，以及设计出下一次课堂与学习内容相关的高级查询结构，并存储于存储模块内；重复步骤S7～S8；直到总体评价分数小于阈值评价分数，则处理模块停止渲染后续的3D交互式场景；
优选的，在上述步骤S3和S7中，元素可为图形、图像、声音、3D模型；用户通过手势或眼睛跟踪与之交互。
优选的，在上述步骤S5～S10中，
第一级累积评价值：
F1＝(x1*p1+x2*p2+…+xi*pi…+xn*pn)/p1+p2+…pi…+pn；
其中，n表示处理模块接收初级查询结构的响应，向小组内的用户提出与场景内容相关的问题数量；xi表示用户回答的第i个问题的得分；pi表示xi对应的权系数；
第二级累积评价值：
F2＝(x1*p1+x2*p2+…+xj*pj…+xm*pm)/p1+p2+…pj…+pm；
其中，m表示处理模块接收中级查询结构的响应，向用户提出与场景内容相关的问题数量；xj表示用户回答的第j个问题的得分；pj表示xj对应的权系数；
第S级累积评价得分：
FS＝(x1*p1+x2*p2+…+xt*pt…+xT*pT)/p1+p2+…pj…+pT；
其中，T表示处理模块接收S级查询结构的响应，向用户提出与场景内容相关的问题数量；xt表示用户回答的第t个问题的得分；pt表示xt对应的权系数；
总体评价分数＝F1+F2+…+FS…+FN/N；
其中，N表示累积学习的次数；FS表示第S级累积评价值。
实施例：
在一个模拟汽车保险的金融课堂里，首先由处理模块渲染出基本3D场景，可以使参与者能够通过手部运动和眼睛跟踪在VR环境中驾驶车辆；基于参与者的选择，处理模块向参与者呈现与“交通保险中的规则”有关的3D交互式场景，通过查询结构向参与者提出相关的问题；在用户提供对问题的响应后，处理模块接受查询结构响应，并计算第一级累积评价得分，第一级累积评价得分提供了对参与者所要学习的知识的估计，处理模块基于第一级累积评价得分调整3D交互式场景内容和设置，场景从基础场景进阶到高级场景，然后不断迭代这个过程，直至完成整个学习。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种基于Web的VR交互式学习教育系统，其特征在于，包括用户端和远程服务器端，远程服务器包括处理模块和存储模块，存储模块与处理模块耦合在一起，存储模块内存储有VR仿真数据和用户属性，通过存储在存储模块中的预存指令配置处理模块，处理模块调用存储模块内的VR仿真数据和前若干次学习积累生成VR环境中的下一次学习的3D交互式场景和查询结构，用户端通过B/S模式访问远程服务器来使用3D交互式场景。
2.根据权利要求1所述的一种基于Web的VR交互式学习教育系统，其特征在于，用户端的用户接口通过通信网络与远程服务器进行连接，用于实现远程服务器与用户端之间实时通信，所述通信网络包括各种用于有线/无线通信的网络。
3.根据权利要求2所述的一种基于Web的VR交互式学习教育系统，其特征在于，所述通信网络包括内网、局域网、广域网、互联网中的任一一种。
4.根据权利要求2所述的一种基于Web的VR交互式学习教育系统，其特征在于，所述通信网络包括专用网络/共享网络。
5.根据权利要求4所述的一种基于Web的VR交互式学习教育系统，其特征在于，所述通信网络还包括网络协议，网络协议包括HTTP协议、TCP/IP协议、WAP协议中的任一一种或组合。
6.一种用于权利要求1～5任一所述的基于Web的VR交互式学习教育系统的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：用户在用户端上选择学习场景，进入VR环境，；
步骤S2：远程服务器上的处理模块根据步骤S1中用户选择的学习场景，在VR显示平台上渲染初级3D交互式场景，并根据用户选择的学习场景及用户学习模式生成初级查询结构；
步骤S3:远程服务器上的处理模块将选择学习场景相同的多个用户以小组为单位登陆虚拟教学课堂，进入初级3D交互式场景，与初级3D交互式场景中的元素进行交互；同时，教师作为主持人即管理者的身份登录到每个小组对应的虚拟教学课堂上，用于控制和指导每个小组内成员的学习情况；
步骤S4：每个小组内的成员还可通过电子聊天系统和其他小组内的成员进行实时交互；
步骤S5：处理模块接收初级查询结构的响应，向小组内的用户提出与场景内容相关的问题，在用户提供对问题的响应后，结合用户属性，计算第一级累积评价评价值；
步骤S6：处理模块基于第一级累积评价评价值，在VR显示平台上动态模拟下一次课程的中级3D交互式场景，以及设计出下一次课堂与学习内容相关的中级查询结构，存储于存储模块内；
步骤S7：用户进入VR环境，首先，在用户端上选择上次的学习场景对应的学习模式，登陆虚拟教学课堂，处理模块调用存储模块内预存的中级3D交互式场景和中级查询结构，用户与中级3D交互式场景中的元素进行交互；然后，处理模块接收中级查询结构的响应，向用户提出与中级3D交互式场景内容相关的问题，在用户提供对问题的响应后，结合用户属性，计算第二级累积评价评价值；
步骤S8：处理模块基于第一级累积评价评价值和第二级累积评价评价值来计算总体评价分数，将获取的评价分数与预存在存储模块上的阈值评价分数进行对比；
步骤S9:若处理模块计算前两次学习的总体评价分数小于阈值评价分数，则处理模块停止渲染后续的3D交互式场景；否则评价评价由处理模块基于第二级累积评价评价值，在VR显示平台上动态模拟下一次课程对应的高级3D交互式场景，以及设计出下一次课堂与学习内容相关的高级查询结构，并存储于存储模块内；重复步骤S7～S8；直到总体评价分数小于阈值评价分数，则处理模块停止渲染后续的3D交互式场景。
7.根据权利要求6所述的.一种基于Web的VR交互式学习教育系统的操作方法，其特征在于，在上述步骤S3和S7中，元素可为图形、图像、声音、3D模型；用户通过手势或眼睛跟踪与之交互。
8.根据权利要求6所述的.一种基于Web的VR交互式学习教育系统的操作方法，其特征在于，在上述步骤S5～S10中，
第一级累积评价评价值：
F1＝(x1*p1+x2*p2+…+xi*pi…+xn*pn)/p1+p2+…pi…+pn；
其中，n表示处理模块接收初级查询结构的响应，向小组内的用户提出与场景内容相关的问题数量；xi表示用户回答的第i个问题的得分；
pi表示xi对应的权系数；
第二级累积评价评价值：
F2＝(x1*p1+x2*p2+…+xj*pj…+xm*pm)/p1+p2+…pj…+pm；其中，m表示处理模块接收中级查询结构的响应，向用户提出与场景内容相关的问题数量；xj表示用户回答的第j个问题的得分；pj表示xj对应的权系数；
第S级累积评价评价值：
FS＝(x1*p1+x2*p2+…+xt*pt…+xT*pT)/p1+p2+…pj…+pT；
其中，T表示处理模块接收S级查询结构的响应，向用户提出与场景内容相关的问题数量；xt表示用户回答的第t个问题的得分；pt表示xt对应的权系数；
总体评价分数＝F1+F2+…+FS…+FN/N；
其中，N表示累积学习的次数；FS表示第S级累积评价值。
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