CN111798714A - 一种古建筑vr虚拟现实体验教学系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种古建筑VR虚拟现实体验教学系统，涉及智能教学技术领域，具体方案为：包括服务器端、学生端和教师端；服务器端包括构建VR虚拟仿真单元和人机交互单元，VR虚拟仿真单元通过影像和计算机三维图形对建筑进行虚拟数字化及其拆分或组装，组装建筑及其拆分单元对应标有相关信息；人机交互单元包括将建筑进行拆分或组装的控制模块。基于VR虚拟现实技术的古建筑沉浸式交互教学课程，摆脱传统历史建筑课程枯燥无味的数字背诵教学模式，以身临其境的体验，让学生对建筑产生真实的情感反应，留下深刻的建筑形象与空间记忆，从而产生更深层次的感悟和思考。

Description

一种古建筑VR虚拟现实体验教学系统

技术领域

本发明涉及智能教学技术领域，更具体地说，它涉及一种古建筑VR虚拟现实体验教学系统。

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。VR技术也取得了巨大进步，并逐步成为一个新的科学技术领域。

古建筑遗产是老祖宗遗留的珍贵隗宝，也是华夏民族智慧的结晶，具有无与伦比的历史价值、艺术价值、建筑价值、科学价值，古建筑遗传具有不可再生和不可逆的特性，在保护古建筑实体本身的同时，必须借助当今科技发展的成果，把古建筑遗传通过数字化建模的形式永久性的保存下来，通过建模和VR虚拟现实技术，让建筑遗产能够永远以特定的形式，呈现在人民的面前。并且数字资源库的建立，为今后的科学研究、活化创新提供基础研究资料。

国内对历史建筑遗产保护一直有持续与大量的研究，从单体建筑到建筑群、历史地段再到文化名城，研究成果丰硕，但长期以来保护研究主要集中在建筑的形体和建筑文化方面，而忽视了建筑工艺的研究。在历史建筑遗产数字化保护方面，在虚拟现实领域(VR)有个别研究案例，在建筑信息模型系统领域的研究甚少。国外对于VR技术的研究与应用领先于国内，但也未见对建筑遗产与非物质遗产在数字化基础上系统整合的相关研究。尤其是把建筑遗产数字化，并通过VR虚拟现实技术应用于教学的研究，仍然处于起步阶段。

古建筑时刻面临着损失的的现状，人们无法对古建筑进行拆装，不利于人们了解学习古建筑的组成和结构，古建筑的结构教学有些导学任务需要对文物进行拆装，但现有技术无法办到，由于无法进行拆装，人们总是与古建筑存在很大的距离感，观赏体验也很差。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的提供一种古建筑VR虚拟现实体验教学系统，通过VR沉浸式的技术优点，对古建筑结构、构造、工艺、材料进行分解展示，通过VR技术立体展现古建筑的构造工艺特点，让学生通过虚拟的体验教学模式，更加直观的感受古建筑的精致与雄伟，并使用课程虚拟现实体验式教学，建成古建筑VR虚拟现实体验教学系统，必将极大的激发学生的学习兴趣和主动性，并且通过虚拟体验将提高学生学习成效。

具体方案为：

一种古建筑VR虚拟现实体验教学系统，包括服务器端、学生端和教师端；

服务器端包括构建VR虚拟仿真单元和人机交互单元，VR虚拟仿真单元通过影像和计算机三维图形对建筑进行虚拟数字化及其拆分或组装，组装建筑及其拆分单元对应标有相关信息；人机交互单元包括将建筑进行拆分或组装的控制模块；

教师端包括教学模块、考核模块和教师自由交互模块，教学模块包括主动视角移动单元、建筑物及其拆分或组装标记单元，与人机交互单元配合的教师交互单元；考核模块包括选择性隐藏组装建筑及其拆分单元对应标有相关信息的考试单元，还包括评分单元；教师自由交互模块用于教师自由浏览服务器端相关信息；

学生端包括学习模块、测评模块和学生自由交互模块，学习模块包括被动视角移动单元，与人机交互单元配合的学生交互单元；测评模块用于获取考核模块相关信息；学生自由交互模块用于学生自由浏览服务器端相关信息。

作为一个中优选方案，组装建筑及其拆分单元的相关信息包括建筑介绍、建筑流程和工艺流程；

建筑流程包括建筑外侧相应建筑及其拆分单元的相关信息；工艺流程包括建筑内侧相应建筑及其拆分单元的相关信息。

作为一个中优选方案，组装建筑及其拆分单元的相关信息包括图像介绍和文字介绍。

作为一个中优选方案，组装建筑及其拆分单元的相关信息包括长度尺寸和角度尺寸显示。

作为一个中优选方案，考试单元内容包括完形填空和/或简答测试。

作为一个中优选方案，建筑物及其拆分或组装标记单元为与手持端配合的虚拟数字化红外。

作为一个中优选方案，服务器端构建VR虚拟仿真系统的方法包括：

通过人机交互设备的动作，依靠计算机仿真系统，构建目标虚拟系统，实现用户在虚拟环境中进行交互和信息交流。

一种建筑VR虚拟教学交互系统，基于上述的古建筑VR虚拟现实体验教学系统，包括故建筑工艺VR展示模块、传统制作工VR展示模块、珍贵历史文物VR展示模块和古遗址还原VR展示模块；

构建过程及功能包括：虚拟场景的开发制作、虚拟工艺品的精模加工、加工工艺的虚拟还原场景动画、民间工匠的访谈视频及代表作、相关非遗文字内容的描述、传统戏曲音频鉴赏和全程语音授课解说。

一种建筑VR虚拟现实体验教学方法，基于上述的古建筑VR虚拟现实体验教学系统，服务器端构建VR虚拟仿真单元包括以下步骤：

S1：实地取景VR拍摄，采集素材；

S2：根据拍摄资料再相关建模软件内完成虚拟引擎能识别的法线贴图模型；

S3：收集古建筑传统工艺数据，分类别筛选提炼文字和图片信息，对关键工艺流程做VR交互拆解脚本；

S4：在虚拟现实开发引擎内添加对应的模型和材质信息，完善整体展示效果和功能性UI的对应开发，并在虚拟场景内添加讲解文字以及各种语音讲解和特色音效。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明提供的古建筑VR虚拟现实体验教学系统将VR沉浸式的技术优点应用于辅助教学、记录并再现传统工艺技术等方面，以促进非物质文化遗产的传承；

(2)本发明提供的古建筑VR虚拟现实体验教学系统将实现一批中国著名古建筑的数字化建设，把珍贵的古建筑建筑隗宝用信息数字化的方式永久性的保存下来，为后代留下珍贵的虚拟现实体验和真实数据资源，一方面保护和传承了古建筑遗产，另一方面为古建筑的活化与创新利用提供基础资料，将促进建筑遗产保护传承与创新发展工作；

(3)基于VR虚拟现实技术的古建筑沉浸式交互教学课程，摆脱传统历史建筑课程枯燥无味的数字背诵教学模式，以身临其境的体验，让学生对建筑产生真实的情感反应，留下深刻的建筑形象与空间记忆，从而产生更深层次的感悟和思考。VR虚拟现实技术不仅解决了学生在课程中无法现场考察建筑的问题，同时通过VR交互设备，可以实现对传统建筑构造的拆解和安装，增强学生的建筑构造的理解，降低教学成本，提高教学效率；

(4)推动非遗古建筑与文化产业融合发展，通过现代高端技术VR将非遗古建筑文化向全国各地乃至世界传播和推广，促进非遗古建筑教学和其他动漫游戏，旅游电商等行业的结合，发展新型文化产品和服务。培育一批知名品牌和企业，提升VR教学与文化产业融合发展水平。

附图说明

图1是本发明实施例的古建筑VR虚拟现实体验教学系统的示意图；

图2是本发明实施例的古建筑VR虚拟现实体验教学系统的硬件结构示意图。

具体实施方式

本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包括”为一开放式用语，故应解释成“包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。

本说明书及权利要求的上下左右等方位名词，是结合附图以便于进一步说明，使得本申请更加方便理解，并不对本申请做出限定，在不同的场景中，上下、左右、里外均是相对而言。

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

一种古建筑VR虚拟现实体验教学系统，包括服务器端、学生端和教师端；

服务器端包括构建VR虚拟仿真单元和人机交互单元，VR虚拟仿真单元通过影像和计算机三维图形对建筑进行虚拟数字化及其拆分或组装，组装建筑及其拆分单元对应标有相关信息；人机交互单元包括将建筑进行拆分或组装的控制模块；

教师端包括教学模块、考核模块和教师自由交互模块，教学模块包括主动视角移动单元、建筑物及其拆分或组装标记单元，与人机交互单元配合的教师交互单元；考核模块包括选择性隐藏组装建筑及其拆分单元对应标有相关信息的考试单元，还包括评分单元；教师自由交互模块用于教师自由浏览服务器端相关信息；

学生端包括学习模块、测评模块和学生自由交互模块，学习模块包括被动视角移动单元，与人机交互单元配合的学生交互单元；测评模块用于获取考核模块相关信息；学生自由交互模块用于学生自由浏览服务器端相关信息。

作为一个中优选实施例，组装建筑及其拆分单元的相关信息包括建筑介绍、建筑流程和工艺流程；

建筑流程包括建筑外侧相应建筑及其拆分单元的相关信息；工艺流程包括建筑内侧相应建筑及其拆分单元的相关信息。

作为一个中优选实施例，组装建筑及其拆分单元的相关信息包括图像介绍和文字介绍。

作为一个中优选实施例，组装建筑及其拆分单元的相关信息包括长度尺寸和角度尺寸显示。

作为一个中优选实施例，考试单元内容包括完形填空和/或简答测试。

作为一个中优选实施例，建筑物及其拆分或组装标记单元为与手持端配合的虚拟数字化红外。

作为一个中优选实施例，服务器端构建VR虚拟仿真系统的方法包括：

通过人机交互设备的动作，依靠计算机仿真系统，构建目标虚拟系统，实现用户在虚拟环境中进行交互和信息交流。

一种建筑VR虚拟教学交互系统，基于上述的古建筑VR虚拟现实体验教学系统，包括故建筑工艺VR展示模块、传统制作工VR展示模块、珍贵历史文物VR展示模块和古遗址还原VR展示模块；

构建过程及功能包括：虚拟场景的开发制作、虚拟工艺品的精模加工、加工工艺的虚拟还原场景动画、民间工匠的访谈视频及代表作、相关非遗文字内容的描述、传统戏曲音频鉴赏和全程语音授课解说。

一种建筑VR虚拟现实体验教学方法，基于上述的古建筑VR虚拟现实体验教学系统，服务器端构建VR虚拟仿真单元包括以下步骤：

S1：实地取景VR拍摄，采集素材；

S2：根据拍摄资料再相关建模软件内完成虚拟引擎能识别的法线贴图模型；

S3：收集古建筑传统工艺数据，分类别筛选提炼文字和图片信息，对关键工艺流程做VR交互拆解脚本；

S4：在虚拟现实开发引擎内添加对应的模型和材质信息，完善整体展示效果和功能性UI的对应开发，并在虚拟场景内添加讲解文字以及各种语音讲解和特色音效。

建立古建筑信息数字资源库，首先对已有的古建筑数字资源进行整合，入库编册，并完善不足信息数据，并建成3D模型；对未有调研测绘的重点古建筑进行调研测绘，绘制图纸，建立3D模型，入库编册，从而形成一个数据完整，细节清晰、构造完善、可视可读、可操作、可研究、可保存的古建筑信息数字资源库。

建立古建筑VR虚拟现实体验教学系统，颠覆传统教学的二维模式。通过VR设备，学生在课堂就能实现实地考察的效果，学生如身临其境一般参观历史古建筑，相较课本单纯的图片观看，VR虚拟真实体验让学生对建筑的形态、尺度、色彩、机理都有深刻的体验和感受。通过VR虚拟对古建筑构件进行拆解分析，并通过游戏等交互方式，让学生在沉浸式的虚拟真实体验感中感知、拆卸、安装古建筑构件，从而了解和掌握古建筑构造和工艺。

1.古建筑遗产与虚拟现实的结合，建筑遗产教学与虚拟现实的结合，通过虚拟现实技术展现建筑遗产的工艺产品制作过程、古代文化建筑场景的还原；2.通过虚拟现实技术对建筑遗产的细节展现，如工艺制作过程、古代建筑的安装拼接过程、建筑遗产的语音和文字说明等；3.对古建筑的场景还原，以及建筑构件的拆分、旋转、拼接，并对每个建筑构件进行语音加文字的讲解；4.提供叠加动画、鸟瞰、透视以及构件分解等多种教学模式，支持建筑构件虚拟拼接以及多种虚拟现实考试模式等。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种古建筑VR虚拟现实体验教学系统，其特征在于，包括服务器端、学生端和教师端；

服务器端包括构建VR虚拟仿真单元和人机交互单元，VR虚拟仿真单元通过影像和计算机三维图形对建筑进行虚拟数字化及其拆分或组装，组装建筑及其拆分单元对应标有相关信息；人机交互单元包括将建筑进行拆分或组装的控制模块；

教师端包括教学模块、考核模块和教师自由交互模块，教学模块包括主动视角移动单元、建筑物及其拆分或组装标记单元，与人机交互单元配合的教师交互单元；考核模块包括选择性隐藏组装建筑及其拆分单元对应标有相关信息的考试单元，还包括评分单元；教师自由交互模块用于教师自由浏览服务器端相关信息；

学生端包括学习模块、测评模块和学生自由交互模块，学习模块包括被动视角移动单元，与人机交互单元配合的学生交互单元；测评模块用于获取考核模块相关信息；学生自由交互模块用于学生自由浏览服务器端相关信息。

2.根据权利要求1所述的古建筑VR虚拟现实体验教学系统，其特征在于，所述组装建筑及其拆分单元的相关信息包括建筑介绍、建筑流程和工艺流程；

建筑流程包括建筑外侧相应建筑及其拆分单元的相关信息；工艺流程包括建筑内侧相应建筑及其拆分单元的相关信息。

3.根据权利要求2所述的古建筑VR虚拟现实体验教学系统，其特征在于，所述组装建筑及其拆分单元的相关信息包括图像介绍和文字介绍。

4.根据权利要求3所述的古建筑VR虚拟现实体验教学系统，其特征在于，所述组装建筑及其拆分单元的相关信息包括长度尺寸和角度尺寸显示。

5.根据权利要求4所述的古建筑VR虚拟现实体验教学系统，其特征在于，所述考试单元内容包括完形填空和/或简答测试。

6.根据权利要求5所述的古建筑VR虚拟现实体验教学系统，其特征在于，所述建筑物及其拆分或组装标记单元为与手持端配合的虚拟数字化红外。

7.根据权利要求5所述的古建筑VR虚拟现实体验教学系统，其特征在于，所述服务器端构建VR虚拟仿真系统的方法包括：

通过人机交互设备的动作，依靠计算机仿真系统，构建目标虚拟系统，实现用户在虚拟环境中进行交互和信息交流。

8.一种建筑VR虚拟教学交互系统，其特征在于，基于权利要求1至7任一所述的古建筑VR虚拟现实体验教学系统，包括故建筑工艺VR展示模块、传统制作工VR展示模块、珍贵历史文物VR展示模块和古遗址还原VR展示模块；

构建过程及功能包括：虚拟场景的开发制作、虚拟工艺品的精模加工、加工工艺的虚拟还原场景动画、民间工匠的访谈视频及代表作、相关非遗文字内容的描述、传统戏曲音频鉴赏和全程语音授课解说。

9.一种建筑VR虚拟现实体验教学方法，其特征在于，基于权利要求1至7任一所述的古建筑VR虚拟现实体验教学系统，服务器端构建VR虚拟仿真单元包括以下步骤：

S1：实地取景VR拍摄，采集素材；

S2：根据拍摄资料再相关建模软件内完成虚拟引擎能识别的法线贴图模型；

S3：收集古建筑传统工艺数据，分类别筛选提炼文字和图片信息，对关键工艺流程做VR交互拆解脚本；

S4：在虚拟现实开发引擎内添加对应的模型和材质信息，完善整体展示效果和功能性UI的对应开发，并在虚拟场景内添加讲解文字以及各种语音讲解和特色音效。

Images