CN111766940A - 一种可穿戴的互动教学设备用虚拟现实融合系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可穿戴的互动教学设备用虚拟现实融合系统，涉及教学设备技术领域，包括VR眼镜、VR手套、云服务平台、数据采集模块、交互模块、VR呈现模块、显示模块、数据库和智能终端。本发明可合成学生动作影像，将学生动作影像与原始虚拟现实教学基础影像相结合，形成互动式虚拟现实影像，学生动作与虚拟现实影像结合效果更佳，学生体验感更佳，可根据学生在使用互动教学设备时的各项数据和影像建立个人数据子库，可对学生进行针对性教学，对学生的长期培养更加健全，可有效增强互动教学的多样性，可有效应对不同学习阶段，不同地区和不同学习习惯的学生进行使用，因材施教程度化高。

Description

一种可穿戴的互动教学设备用虚拟现实融合系统
技术领域
本发明涉及教学设备技术领域，更具体地说，本发明涉及一种可穿戴的 互动教学设备用虚拟现实融合系统。
背景技术
虚拟现实技术(英文名称：Virtual Reality，缩写为VR)，又称灵境技术， 是20世纪发展起来的一项全新的实用技术。虚拟现实技术囊括计算机、电子 信息、仿真技术于一体，其基本实现方式是计算机模拟虚拟环境从而给人以 环境沉浸感。随着社会生产力和科学技术的不断发展，各行各业对VR技术的 需求日益旺盛。虚拟现实技术在教学方面也有很大的益处，可对学生进行沉 浸式互动教学，可有效激发学生的学习兴趣。
但是现有的虚拟现实技术与教学的结合还处于起步阶段，学生动作与虚 拟现实影像结合效果不佳，对学生的长期培养不健全。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种可穿戴的互动 教学设备用虚拟现实融合系统，本发明所要解决的问题是：如何加强学生动 作与虚拟现实影像的结合效果，完善对学生的长期培养机制。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可穿戴的互动教学设 备用虚拟现实融合系统，包括VR眼镜、VR手套、云服务平台、数据采集模块、 交互模块、VR呈现模块、显示模块、数据库和智能终端，所述云服务平台的 输入端分别与所述数据采集模块、所述交互模块、所述VR呈现模块和所述数 据库的输出端连接，所述云服务平台的输出端分别与所述数据采集模块、所 述交互模块、所述VR呈现模块和所述数据库的输入端连接，所述显示模块的 输入端与所述VR呈现模块的输出端连接，所述显示模块的输出端分别与所述 VR眼镜和所述智能终端的输入端连接，所述智能终端的输入端与所述数据库 的输出端连接，所述智能终端的输出端与所述数据库的输入端连接，所述数 据采集模块包括标记识别单元、脉搏采集单元、温度采集单元和语音采集单 元，所述VR手套的手掌和手指处的两面均设有若干个识别标记，所述交互模 块包括分级模式选择单元、教学模式选择单元、答题模式选择单元和错题管 理单元，所述VR呈现模块包括动作整合单元和执行单元，所述显示模块包括 虚拟影像显示单元和显示屏。
在一个优选的实施方式中，所述脉搏采集单元和所述温度采集单元设于 所述VR手套内层手腕处。
在一个优选的实施方式中，所述标记识别单元和所述语音采集单元均设 于所述VR眼镜外壁。
在一个优选的实施方式中，所述识别标记均匀间隔分布于所述VR手套外 壁两面。
在一个优选的实施方式中，所述VR手套外壁设有数据连接线，所述数据 连接线与所述VR眼镜数据连接。
在一个优选的实施方式中，所述VR眼镜外壁设有活动连接的弹性绑带。
在一个优选的实施方式中，所述VR眼镜外壁设有与所述数据连接线相匹 配的柔性固定架。
在一个优选的实施方式中，所述智能终端为智能手机、智能平板或智能 计算机。
在一个优选的实施方式中，所述云服务平台包括数据处理单元、信息收 发单元和储存单元，所述储存单元包括本地储存器和云储存器。
本发明还提供了一种可穿戴的互动教学设备用虚拟现实融合系统的使用 方法，包括以下步骤：
a)学生佩戴上VR眼镜和VR手套，数据采集模块进行数据采集，标记识 别单元对VR手套上的识别标记进行识别，捕捉学生动作数据，脉搏采集单元 可对学生学习时的脉搏数据进行采集，温度采集单元对学生学习时的体温数 据进行采集，语音采集单元对学生发出的声音进行语音数据采集，并将学生 动作数据、脉搏数据、体温数据和语音数据发送到云服务平台；
b)云服务平台对发送来的数据进行分析处理，根据捕捉学生动作数据可 对学生动作进行分析，并合成学生动作影像，将学生动作影响发送到VR呈现 模块中，动作整合单元将学生动作影像与原始虚拟现实教学基础影像相结合， 形成互动式虚拟现实影像，执行单元将互动式虚拟现实影像进行显示，并将 互动式虚拟显示影像发送到显示模块，其中虚拟影像显示单元向VR眼镜提供 互动式虚拟现实影像，实现学生动作与虚拟现实影像的实时呈现，显示屏为 智能终端提供虚拟现实影像，老师可使用智能终端查看学生表现，并进行指 导学习；
c)云服务平台对学生脉搏数据、体温数据进行分析，可根据学生的脉搏 数据和体温数据判断学生使用互动教学设备时的学习状态，答题时，当学生 脉搏数据和体温数据正常无突变时，说明学生答题不紧张，答题正确直接通 过，答题错误则题目直接计入错题库中，当学生脉搏或体温数据突变时，说 明学生答题很紧张，对题目答案不确定，此时无论答题是否正确都计入错题 库中，并将错题库发送到交互模块和数据库中，数据库将错题库发送到智能 终端，学生可使用智能终端直接查看错题库中的错题和解析；
d)云服务平台对语音数据进行分析，并将语音数据与虚拟影像结合，实 现语音数据与虚拟现实影像的互动，可通过语音对虚拟现实影像进行选择和 切换场景及模式；
e)数据库为云服务平台提供教学知识点，题库和原始虚拟现实教学基础 影像，同时云服务平台向数据库中上传学生在使用互动式教学设备时的各项 数据，为学生建立个人数据子库，老师、家长和学生都可通过智能终端查看 数据库中的内容，并对查看个人数据子库权限进行设定，老师登陆账号可查 看本班学生的个人数据子库，家长登陆账号可查看自己孩子的个人数据子库， 学生登陆账号可查看自己的个人数据子库；
f)交互模块导入云服务平台，可在虚拟现实影像中加入交互界面，通过 分级模式选择单元可对教学级别进行选择，等级划分按照学生年级进行划分， 同时同一级别中又按照教材版本进行再次划分；通过教学模式选择单元可对 教学模式进行选择，教学模式可划分为娱乐模式、正常模式和高难度模式； 通过答题模式选择单元可对学生答题模式进行选择，答题模式可划分为开卷 答题模式和闭卷答题模式，同时开卷答题模式和闭卷答题模式中都包含自主 答题副模式和提示答题副模式；错题管理单元可对错题库进行整理，同时错题在以后的答题中穿插出现，连续答对两次以后则不再计入错题库。
本发明的技术效果和优点：
1、本发明通过设置VR眼镜、VR手套、云服务平台、数据采集模块、交 互模块、VR呈现模块、显示模块、数据库和智能终端，可对学生动作数据、 脉搏数据、体温数据和语音数据进行采集发送分析处理，可合成学生动作影 像，将学生动作影像与原始虚拟现实教学基础影像相结合，形成互动式虚拟 现实影像，学生动作与虚拟现实影像结合效果更佳，学生体验感更佳，可根 据学生在使用互动教学设备时的各项数据和影像建立个人数据子库，可对学 生进行针对性教学，对学生的长期培养更加健全；
2、本发明通过在所述交互模块内部设置分级模式选择单元、教学模式选 择单元、答题模式选择单元和错题管理单元，学生可对教学级别进行选择， 可对教学模式进行选择，可对学生答题模式进行选择，可对错题库进行整合 管理，可有效增强互动教学的多样性，可有效应对不同学习阶段，不同地区 和不同学习习惯的学生进行使用，因材施教程度化高。
附图说明
图1为本发明整体的模块连接框图。
图2为本发明数据VR眼镜和VR手套的结构示意图。
图3为本发明云服务平台的模块框图。
附图标记为：1VR眼镜、2VR手套、3云服务平台、4数据采集模块、5交 互模块、6VR呈现模块、7显示模块、8数据库、9智能终端、10标记识别单 元、11脉搏采集单元、12温度采集单元、13语音采集单元、14分级模式选 择单元、15教学模式选择单元、16答题模式选择单元、17错题管理单元、18 动作整合单元、19执行单元、20虚拟影像显示单元、21显示屏、22数据连 接线、23弹性绑带、24柔性固定架、25数据处理单元、26信息收发单元、 27储存单元、28识别标记。
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，所描述的实施例仅仅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。
如图1-3所示的一种可穿戴的互动教学设备用虚拟现实融合系统，包括 VR眼镜1、VR手套2、云服务平台3、数据采集模块4、交互模块5、VR呈现 模块6、显示模块7、数据库8和智能终端9，所述云服务平台3的输入端分 别与所述数据采集模块4、所述交互模块5、所述VR呈现模块6和所述数据 库8的输出端连接，所述云服务平台3的输出端分别与所述数据采集模块4、 所述交互模块5、所述VR呈现模块6和所述数据库8的输入端连接，所述显 示模块7的输入端与所述VR呈现模块6的输出端连接，所述显示模块7的输 出端分别与所述VR眼镜1和所述智能终端9的输入端连接，所述智能终端9 的输入端与所述数据库8的输出端连接，所述智能终端9的输出端与所述数 据库8的输入端连接，所述数据采集模块4包括标记识别单元10、脉搏采集 单元11、温度采集单元12和语音采集单元13，所述VR手套2的手掌和手指处的两面均设有若干个识别标记28，所述VR呈现模块6包括动作整合单元 18和执行单元19，所述显示模块7包括虚拟影像显示单元20和显示屏21。
所述脉搏采集单元11和所述温度采集单元12设于所述VR手套2内层手 腕处，保证所述脉搏采集单元11和所述温度采集单元12与学生体表接触， 便于进行脉搏数据和体温数据的采集。
所述标记识别单元10和所述语音采集单元13均设于所述VR眼镜1外壁， 保证标记识别单元10随着VR眼镜1进行移动，标记识别更加方便，语音采 集单元13设置在VR眼镜1上便于对学生发出的语音进行采集。
所述识别标记28均匀间隔分布于所述VR手套2外壁两面，可有效提高 学生动作捕捉效率和清晰度。
所述VR手套2外壁设有数据连接线22，所述数据连接线22与所述VR眼 镜1数据连接，保证VR手套2与VR眼镜1的数据连接，便于数据传输。
所述VR眼镜1外壁设有活动连接的弹性绑带23，便于佩戴VR眼镜。
所述VR眼镜1外壁设有与所述数据连接线22相匹配的柔性固定架24， 便于对数据连接线22进行柔性保护。
所述智能终端9为智能手机、智能平板或智能计算机，使得设备和系统 使用更加方便快捷。
所述云服务平台3包括数据处理单元25、信息收发单元26和储存单元 27，数据处理单元25用于对数据进行分析处理。信息收发单元26用于接收 数据和发送数据，储存单元27用于对数据进行保存，所述储存单元27包括 本地储存器和云储存器，可实现对数据的双重储存，避免数据丢失。
本发明还提供了一种可穿戴的互动教学设备用虚拟现实融合系统的使用 方法，包括以下步骤：
a)学生佩戴上VR眼镜1和VR手套2，数据采集模块4进行数据采集， 标记识别单元10对VR手套2上的识别标记28进行识别，捕捉学生动作数据， 脉搏采集单元11可对学生学习时的脉搏数据进行采集，温度采集单元12对 学生学习时的体温数据进行采集，语音采集单元13对学生发出的声音进行语 音数据采集，并将学生动作数据、脉搏数据、体温数据和语音数据发送到云 服务平台3；
b)云服务平台3对发送来的数据进行分析处理，根据捕捉学生动作数据 可对学生动作进行分析，并合成学生动作影像，将学生动作影响发送到VR呈 现模块6中，动作整合单元18将学生动作影像与原始虚拟现实教学基础影像 相结合，形成互动式虚拟现实影像，执行单元19将互动式虚拟现实影像进行 显示，并将互动式虚拟显示影像发送到显示模块7，其中虚拟影像显示单元 20向VR眼镜提供互动式虚拟现实影像，实现学生动作与虚拟现实影像的实时 呈现，显示屏21为智能终端9提供虚拟现实影像，老师可使用智能终端9查 看学生表现，并进行指导学习，学生动作与虚拟现实影像结合效果更佳，学 生体验感更佳；
c)云服务平台3对学生脉搏数据、体温数据进行分析，可根据学生的脉 搏数据和体温数据判断学生使用互动教学设备时的学习状态，答题时，当学 生脉搏数据和体温数据正常无突变时，说明学生答题不紧张，答题正确直接 通过，答题错误则题目直接计入错题库中，当学生脉搏或体温数据突变时， 说明学生答题很紧张，对题目答案不确定，此时无论答题是否正确都计入错 题库中，并将错题库发送到交互模块5和数据库8中，数据库8将错题库发 送到智能终端9，学生可使用智能终端9直接查看错题库中的错题和解析；
d)云服务平台3对语音数据进行分析，并将语音数据与虚拟影像结合， 实现语音数据与虚拟现实影像的互动，可通过语音对虚拟现实影像进行选择 和切换场景及模式；
e)数据库8为云服务平台3提供教学知识点，题库和原始虚拟现实教学 基础影像，同时云服务平台3向数据库8中上传学生在使用互动式教学设备 时的各项数据，为学生建立个人数据子库，老师、家长和学生都可通过智能 终端查看数据库8中的内容，并对查看个人数据子库权限进行设定，老师登 陆账号可查看本班学生的个人数据子库，家长登陆账号可查看自己孩子的个 人数据子库，学生登陆账号可查看自己的个人数据子库，可有效对学生进行 长期全面培养；
f)交互模块5导入云服务平台3，可在虚拟现实影像中加入交互界面。
该实施方式具体解决了背景技术中现有的教育机器人，对学习环境的分 析处理能力差，无法对学生学习环境进行分级处理，为学生提供一个良好的 学习环境的问题。
如附图1所示的一种可穿戴的互动教学设备用虚拟现实融合系统，其中， 所述交互模块5包括分级模式选择单元14、教学模式选择单元15、答题模式 选择单元16和错题管理单元17。
实施方式具体为：使用时，通过分级模式选择单元14可对教学级别进行 选择，等级划分按照学生年级进行划分，同时同一级别中又按照教材版本进 行再次划分；通过教学模式选择单元15可对教学模式进行选择，教学模式可 划分为娱乐模式、正常模式和高难度模式；通过答题模式选择单元16可对学 生答题模式进行选择，答题模式可划分为开卷答题模式和闭卷答题模式，同 时开卷答题模式和闭卷答题模式中都包含自主答题副模式和提示答题副模 式；错题管理单元17可对学生在答题时的错题或不确定的题目进行收集整理，建立错题库，同时在以后的答题中穿插出现，连续答对两次以后则不再计入 错题库。
本发明工作原理：
参照说明书附图1-3，通过设置VR眼镜1、VR手套2、云服务平 台3、数据采集模块4、交互模块5、VR呈现模块6、显示模块7、数 据库8和智能终端9，可对学生动作数据、脉搏数据、体温数据和语 音数据进行采集发送分析处理，可合成学生动作影像，将学生动作影 像与原始虚拟现实教学基础影像相结合，形成互动式虚拟现实影像， 学生动作与虚拟现实影像结合效果更佳，学生体验感更佳，可根据学 生在使用互动教学设备时的各项数据和影像建立个人数据子库，可对 学生进行针对性教学，对学生的长期培养更加健全；
进一步的，参照说明书附图1，通过在所述交互模块5内部设置分级模式 选择单元14、教学模式选择单元15、答题模式选择单元16和错题管理单元 17，学生可对教学级别进行选择，可对教学模式进行选择，可对学生答题模 式进行选择，可对错题库进行整合管理，可有效增强互动教学的多样性，可 有效应对不同学习阶段，不同地区和不同学习习惯的学生进行使用，因材施 教程度化高。
最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非 另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以 是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、 “下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对 位置改变，则相对位置关系可能发生改变；
其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结 构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同 实施例可以相互组合；
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明， 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应 包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可穿戴的互动教学设备用虚拟现实融合系统，包括VR眼镜(1)、VR手套(2)、云服务平台(3)、数据采集模块(4)、交互模块(5)、VR呈现模块(6)、显示模块(7)、数据库(8)和智能终端(9)，其特征在于：所述云服务平台(3)的输入端分别与所述数据采集模块(4)、所述交互模块(5)、所述VR呈现模块(6)和所述数据库(8)的输出端连接，所述云服务平台(3)的输出端分别与所述数据采集模块(4)、所述交互模块(5)、所述VR呈现模块(6)和所述数据库(8)的输入端连接，所述显示模块(7)的输入端与所述VR呈现模块(6)的输出端连接，所述显示模块(7)的输出端分别与所述VR眼镜(1)和所述智能终端(9)的输入端连接，所述智能终端(9)的输入端与所述数据库(8)的输出端连接，所述智能终端(9)的输出端与所述数据库(8)的输入端连接，所述数据采集模块(4)包括标记识别单元(10)、脉搏采集单元(11)、温度采集单元(12)和语音采集单元(13)，所述VR手套(2)的手掌和手指处的两面均设有若干个识别标记(28)，所述交互模块(5)包括分级模式选择单元(14)、教学模式选择单元(15)、答题模式选择单元(16)和错题管理单元(17)，所述VR呈现模块(6)包括动作整合单元(18)和执行单元(19)，所述显示模块(7)包括虚拟影像显示单元(20)和显示屏(21)。
2.根据权利要求1所述的一种可穿戴的互动教学设备用虚拟现实融合系统，其特征在于：所述脉搏采集单元(11)和所述温度采集单元(12)设于所述VR手套(2)内层手腕处。
3.根据权利要求1所述的一种可穿戴的互动教学设备用虚拟现实融合系统，其特征在于：所述标记识别单元(10)和所述语音采集单元(13)均设于所述VR眼镜(1)外壁。
4.根据权利要求1所述的一种可穿戴的互动教学设备用虚拟现实融合系统，其特征在于：所述识别标记(28)均匀间隔分布于所述VR手套(2)外壁两面。
5.根据权利要求1所述的一种可穿戴的互动教学设备用虚拟现实融合系统，其特征在于：所述VR手套(2)外壁设有数据连接线(22)，所述数据连接线(22)与所述VR眼镜(1)数据连接。
6.根据权利要求1所述的一种可穿戴的互动教学设备用虚拟现实融合系统，其特征在于：所述VR眼镜(1)外壁设有活动连接的弹性绑带(23)。
7.根据权利要求5所述的一种可穿戴的互动教学设备用虚拟现实融合系统，其特征在于：所述VR眼镜(1)外壁设有与所述数据连接线(22)相匹配的柔性固定架(24)。
8.根据权利要求1所述的一种可穿戴的互动教学设备用虚拟现实融合系统，其特征在于：所述智能终端(9)为智能手机、智能平板或智能计算机。
9.根据权利要求1所述的一种可穿戴的互动教学设备用虚拟现实融合系统，其特征在于：所述云服务平台(3)包括数据处理单元(25)、信息收发单元(26)和储存单元(27)。
10.根据权利要求9所述的一种可穿戴的互动教学设备用虚拟现实融合系统，其特征在于：所述储存单元(27)包括本地储存器和云储存器。
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