CN112002170A - 一种电梯维保教学虚拟现实系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电梯维保教学虚拟现实系统，属于虚拟现实教学技术领域，包括用户端，所述用户端输入端连接有图像展示装置，所述图像展示装置输入端连接有图像发生装置，所述图像发生装置包括交互判断模块，所述交互判断模块输入端电性连接有物料模型、工具模型、工作面、动画模块和音频模块。本发明中，对电梯维保工具、物料的模拟使用为绑定虚拟现实手柄空间坐标，更能够真实反映实际工作中的工具使用情况，可以使电梯维保工专业的职院校或者电梯维保生产厂家的职业培训快速且有效的推进，虚拟现实手柄模拟现场操作显著提高实操实训真实感，满足电梯维保实训专业内容的预习，起到安全生产教育引导的作用。

Description

一种电梯维保教学虚拟现实系统
技术领域
本发明属于虚拟现实教学技术领域，尤其涉及一种电梯维保教学虚拟现实系统。
背景技术
电梯维保教学虚拟仿真系统是一种用于机械类职业院校电梯相关专业教学和电梯生产维修厂家职业技能培训的应用程序，采用计算机加载虚拟仿真教学程序使学生进行部件认知、步骤实操和排故检查等自学自练操作。相较于传统的实物场景教学演示中存在的″难看到″、″难动作″、″高风险″和″高成本″等问题，有着全方位观察、自由操作、虚拟仿真和简单易用的优势。
电梯维保专业在职业教育中属于风险较高、成本较高的专业内容，可能存在人员夹伤、挤伤、坠楼和触电等风险，虽然各专业院校或生产机构在进行实操实训之前都将进行安全生产教育，但感性认知和理性判断都客观存在一定的过程性，在实训时仍有一定的安全风险。
使用实操仿真软件能够进行预先培训，但目前已有的电梯维保教学虚拟仿真系统是使用鼠标键盘配合个人计算机进行交互操作，这种硬件配置和交互方法存在着较多局限性，主要体现在模拟人的手臂动作只可以操控鼠标同时完成4个自由度，无法真正模拟实际职业教育中所需的实操实训的需求，并且在课程完成编程后，无法继续扩展课程内容，且课程编程设计较难，不具备可延展性。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决无法真正模拟实际职业教育中所需的实操实训的需求，并且在课程完成编程后，无法继续扩展课程内容，且课程编程设计较难的问题，而提出的一种电梯维保教学虚拟现实系统。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种电梯维保教学虚拟现实系统，包括用户端，所述用户端输入端连接有图像展示装置，所述图像展示装置输入端连接有图像发生装置，所述图像发生装置包括交互判断模块，所述交互判断模块输入端电性连接有物料模型、工具模型、工作面、动画模块和音频模块，且物料模型、工具模型、工作面、动画模块、音频模块输入端均连接有内容管理编辑子系统，内容管理编辑子系统包括电梯维保安全操作规程项目、机房保养项目、井道保养项目、底坑和层站保养项目、轿厢与对重保养项目和维保主要检查项目，所图像展示装置包括计算机，所述计算机输入端与交互判断模块输出端相连接，所述计算机输入端还连接有镭射定位组件，且计算机输入端与内容管理编辑子系统相连接，所述计算机输出端连接有虚拟现实手柄和虚拟现实头盔，所述虚拟现实手柄和虚拟现实头盔的输出端均与镭射定位组件输入端相连接，所述虚拟现实手柄和虚拟现实头盔均通过用户端拿持佩戴；
所述交互判断模块用于使用资源进行交互判断后反馈给计算机显示计算系统，所述内容管理编辑子系统用于通过开放式的编辑系统调用资源，所述物料模型、工具模型、工作面、动画模块和音频模块主要用于交互判断模块的调用以及被内容管理编辑子系统根据调用电梯维保安全操作规程项目或机房保养项目或井道保养项目或底坑和层站保养项目或轿厢与对重保养项目或维保主要检查项目的工作产生物料、工具、动画以及音频，所述计算机用于通过自身硬件将交互判断模块反馈的显示信号进行计算后向虚拟现实手柄和虚拟现实头盔传输信号，同时根据镭射定位反馈的信号传输至内容管理编辑子系统，所述虚拟现实手柄用于反馈用户端操作信号以及模拟用户端控制手感，所述虚拟现实头盔用于向用户反馈画面，所述镭射定位组件用于通过镭射信号监测虚拟现实手柄和虚拟现实头盔实时空间坐标系并反馈至计算机。
作为上述技术方案的进一步描述：
电梯维保安全操作规程项目、机房保养项目、井道保养项目、底坑和层站保养项目、轿厢与对重保养项目和维保主要检查项目各自包括对应的物料模型、工具模型、工作面、动画模块和音频模块
作为上述技术方案的进一步描述：
所述计算机向虚拟现实手柄传输反馈控制震动信号，所述计算机向虚拟现实头盔反馈画面效果信号。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述计算机显示计算硬件为GPU图像处理器。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述镭射定位组件定位精度为3mm。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述虚拟现实手柄内设有线性振动马达，且线性振动马达与虚拟现实手柄控制模块相连通。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述虚拟现实头盔音频输入端为6.5mm耳机接口。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述音频模块为7.1声道立体环绕声模块。
一种内容管理编辑子系统调用资源的方法，具体包括以下步骤：
S1、开始调用资源，对计算机反馈的操作脚本步骤进行数组排序；
S2、对步骤序号依次判断，判断是否进入电梯维保安全操作规程项目、是否进入机房保养项目、是否进入井道保养项目、是否进入底坑和层站保养项目、是否进入轿厢与对重保养项目、是否进入维保主要检查项目；
S3、当进入某一项目时，判断否使用工具、是否拾取物料、是否播放动画；
S4、当判断需要使用工具时，展现工具窗口并激活对应工具ModelCollider，激活后判断是否正确对应，不正确对应返回上一步继续激活对应工具，正确拾取工具后，激活工具的ActiveCollider，ModelCollider与ActiveCollider碰撞，判断不需要使用工具，关闭对象池中的工具组件；
S5、当判断需要拾取物料时，对应物料ModelCollider激活，激活后判断是否正确对应，不正确对应返回上一步继续激活对应物料，判断正确拾取物料后，激活物料的ActiveCollider，ModelCollider与ActiveCollider碰撞，判断不需要使用工具，关闭对象池中的物料组件；
S6、当判断需要播放动画时，对应Animation组件激活，启动AnimationClip播放动画，判断不需要使用工具，关闭对象池中的物料组件；
S7、判断是否完成数组中所有步骤，判断为未完成，进行下一步骤内容，判断完成后结束。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明中，对电梯维保工具、物料的模拟使用为绑定虚拟现实手柄空间坐标，更能够真实反映实际工作中的工具使用情况，对电梯维保工作面选择为绑定虚拟现实头盔，可以更真实反映实际安装过程中工作面的工况，对电梯维保音效的控制为7.1声道的空间立体音效，通过虚拟现实头盔的定位和音效的模拟，可以更有助于使用者对施工过程中遇到声音工况的判定，采用现有国家课程标准和施工规范进行内容设定，以实际工程项目为主线，以施工任务为引领，突出技能训练，强调职场场景，全部训练在数字化虚拟场景下进行，包括了电梯维保的安全操作规程、机房保养项目、井道保养项目、底坑和层站保养项目、轿厢与对重保养项目和维保主要检查项目共6个实训单元，每个实训单元含有若干项典型项目，每个实训项目包含物料模型、工具模型、工作面、动画模块、音频模块选择等多种虚拟现实训练内容，实现认识与实践相结合、教学与实训相结合、操作与指导相结合，可以使电梯维保工专业的职院校或者电梯维保生产厂家的职业培训快速且有效的推进，虚拟现实手柄模拟现场操作显著提高实操实训真实感，满足电梯维保实训专业内容的预习，起到安全生产教育引导的作用。
2、本发明中，通过教学内容管理编辑子系统的C-Sharp语言脚本集成工具，能够根据教师需要自行定制教学脚本步骤，开放式的内容管理编辑子系统，使用模块化、颗粒化的内容管理编辑子系统可以灵活对现有资源进行编辑应用，在内容提出新的需求时，可以高效修改，同时，内容管理编辑子系统可以有效降低项目实施人员的修改作业难度，提高企业用工效率，避免课程在编程后，无法继续扩展课程内容，具备良好的教学延展性。
附图说明
图1为本发明提出的一种电梯维保教学虚拟现实系统的逻辑框图；
图2为本发明提出的一种内容管理编辑子系统调用资源的方法的逻辑框图。
图例说明：
1、用户端；2、图像展示装置；201、计算机；202、虚拟现实手柄；203、虚拟现实头盔；204、镭射定位组件；3、图像发生装置；301交互判断模块；302、内容管理编辑子系统；303、物料模型；304、工具模型；305、工作面；306、动画模块；307、音频模块。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种电梯维保教学虚拟现实系统，包括用户端1，所述用户端1输入端连接有图像展示装置2，所述图像展示装置2输入端连接有图像发生装置3，所述图像发生装置3包括交互判断模块301，所述交互判断模块301输入端电性连接有物料模型303、工具模型304、工作面305、动画模块306和音频模块307，且物料模型303、工具模型304、工作面305、动画模块306、音频模块307输入端均连接有内容管理编辑子系统302，内容管理编辑子系统302包括电梯维保安全操作规程项目、机房保养项目、井道保养项目、底坑和层站保养项目、轿厢与对重保养项目和维保主要检查项目，所述图像展示装置2包括计算机201，所述计算机201输入端与交互判断模块301输出端相连接，所述计算机201输入端还连接有镭射定位组件204，且计算机201输入端与内容管理编辑子系统302相连接，所述计算机201输出端连接有虚拟现实手柄202和虚拟现实头盔203，所述虚拟现实手柄202和虚拟现实头盔203的输出端均与镭射定位组件204输入端相连接，所述虚拟现实手柄202和虚拟现实头盔203均通过用户端1拿持佩戴。
所述交互判断模块301用于使用资源进行交互判断后反馈给计算机201显示计算系统，所述内容管理编辑子系统302用于通过开放式的编辑系统调用资源，所述物料模型303、工具模型304、工作面305、动画模块306和音频模块307主要用于交互判断模块301的调用以及被内容管理编辑子系统302调用电梯维保安全操作规程项目或机房保养项目或井道保养项目或底坑和层站保养项目或轿厢与对重保养项目或维保主要检查项目的工作产生物料、工具、动画以及音频，所述计算机201用于通过自身硬件将交互判断模块301反馈的显示信号进行计算后向虚拟现实手柄202和虚拟现实头盔203传输信号，同时根据镭射定位反馈的信号传输至内容管理编辑子系统302，所述虚拟现实手柄202用于反馈用户端1操作信号以及模拟用户端1控制手感，所述虚拟现实头盔203用于向用户反馈画面，所述镭射定位组件204用于通过镭射信号监测虚拟现实手柄202和虚拟现实头盔203实时空间坐标系并反馈至计算机201。
所述计算机201向虚拟现实手柄202传输反馈控制震动信号，所述计算机201向虚拟现实头盔203反馈画面效果信号，所述计算机201显示计算硬件为GPU图像处理器，所述镭射定位组件204定位精度为3mm，所述虚拟现实手柄202内设有线性振动马达，且线性振动马达与虚拟现实手柄202控制模块相连通，所述虚拟现实头盔203音频输入端为6.5mm耳机接口，所述音频模块307为7.1声道立体环绕声模块。
实施方式具体为：在对电梯维保工具、物料的模拟使用为绑定虚拟现实手柄202空间坐标，更能够真实反映实际工作中的工具使用情况，对电梯维保工作面305选择为绑定虚拟现实头盔203，可以更真实反映实际安装过程中工作面305的工况，对电梯维保音效的控制为7.1声道的空间立体音效，通过虚拟现实头盔203的定位和音效的模拟，可以更有助于使用者对施工过程中遇到声音工况的判定，采用现有国家课程标准和施工规范进行内容设定，可以使电梯维保工专业的职院校或者电梯维保生产厂家的职业培训快速且有效的推进，完整的电梯维保教学流程设计，并通过虚拟现实系统进行交互与作业的展示，完整的电梯数字模型设计，使用数字建模工具对项目开发提供1∶1的实物数字建模，更加完整、详细展示了电梯维保的实际情况，以施工任务为引领，突出技能训练，强调职场场景，全部训练在数字化虚拟场景下进行，根据实际工程施工中的标准进行设计，电梯维保的安全操作规程、机房保养项目、井道保养项目、底坑和层站保养项目、轿厢与对重保养项目和维保主要检查项目共6个实训单元，每个实训单元含有若干项典型项目，每个实训项目包含物料模型、工具模型、工作面、动画模块、音频模块选择等多种虚拟现实训练内容，实现认识与实践相结合、教学与实训相结合、操作与指导相结合，同时通过使用虚拟现实头盔203作为显示输出设备，使用虚拟现实手柄202进行交互，使用镭射进行定位与引导，可以全景体验电梯维保的职场环境与工作内容，系统基于职场环境和工作过程进行开发，其中使用数字化模型工具不少于20种，安装物料数字化模型不少于100种，工作点位判断不少于20种，徒手操作不少于30种，所有教学与实训操作有提示文字与语音进行指导，所有技术资料有语音进行播报，提示及技术资料文字内容简练、准确、专业，语音资源清晰、正式。虚拟现实手柄202模拟现场操作显著提高实操实训真实感，满足电梯维保实训专业内容的预习，起到安全生产教育引导的作用。
一种内容管理编辑子系统302调用资源的方法，具体包括以下步骤：
S1、开始调用资源，对计算机201反馈的操作脚本步骤进行数组排序；
S2、对步骤序号依次判断，判断是否进入电梯维保安全操作规程项目、是否进入机房保养项目、是否进入井道保养项目、是否进入底坑和层站保养项目、是否进入轿厢与对重保养项目、是否进入维保主要检查项目；
S3、当进入某一项目时，判断否使用工具、是否拾取物料、是否播放动画；
S3、当判断需要使用工具时，展现工具窗口并激活对应工具ModelCollider，激活后判断是否正确对应，不正确对应返回上一步继续激活对应工具，正确拾取工具后，激活工具的ActiveCollider，ModelCollider与ActiveCollider碰撞，判断不需要使用工具，关闭对象池中的工具组件；
S4、当判断需要拾取物料时，对应物料ModelCollider激活，激活后判断是否正确对应，不正确对应返回上一步继续激活对应物料，判断正确拾取物料后，激活物料的ActiveCollider，ModelCollider与ActiveCollider碰撞，判断不需要使用工具，关闭对象池中的物料组件；
S5、当判断需要播放动画时，对应Animation组件激活，启动AnimationClip播放动画，判断不需要使用工具，关闭对象池中的物料组件；
S6、判断是否完成数组中所以步骤，判断为未完成，进行下一步骤内容，判断完成后结束。
实施方式具体为：通过教学内容管理编辑子系统302的C-Sharp语言脚本集成工具，能够根据教师需要自行定制教学脚本步骤，开放式的内容管理编辑子系统302，使用模块化、颗粒化的内容管理编辑子系统302可以灵活对现有资源进行编辑应用，在内容提出新的需求时，可以高效修改，且能够同时对虚拟现实操作中的多步骤进行判定实施，同时，内容管理编辑子系统302可以有效降低项目实施人员的修改作业难度，提高企业用工效率，避免课程在编程后，无法继续扩展课程内容，具备良好的教学延展性。
工作原理：使用时，系统在实训前须进行新手引导，对所涉及的工具、物料、移动、传送、触碰和资料的交互内容进行逐步教学演练，便于使用者在没有使用过虚拟现实设备的前提下进行顺利的操作使用，计算机201向交换判断模块调用模拟课程单元，通过箱虚拟现实手柄202和虚拟现实头盔203发送震动信号和操作实训虚拟现实画面，用户端1拿持虚拟现实手柄202并投在虚拟现实头盔203在得到画面后在镭射定位组件204顶部进行实操训练，虚拟现实手柄202和虚拟现实头盔203的位置通过计算机201反馈至内容管理编辑子系统302，根据脚本进行步骤输出，内容管理编辑子系统302通过编辑系统调用资源，调用物料模型303、工具模型304在工作面305进行实训操作，动画模块306能够进行对比教学，音频模块307模拟操作碰撞生锈，交互判断模块301判断实训内容步骤是否标准并反馈至计算机201的显示计算系统获得操作结果，完成虚拟现实下的电梯实训内容。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电梯维保教学虚拟现实系统，包括用户端(1)，其特征在于，所述用户端(1)输入端连接有图像展示装置(2)，所述图像展示装置(2)输入端连接有图像发生装置(3)，所述图像发生装置(3)包括交互判断模块(301)，所述交互判断模块(301)输入端电性连接有物料模型(303)、工具模型(304)、工作面(305)、动画模块(306)和音频模块(307)，且物料模型(303)、工具模型(304)、工作面(305)、动画模块(306)、音频模块(307)输入端均连接有内容管理编辑子系统(302)，所述内容管理编辑子系统(302)包括电梯维保安全操作规程项目、机房保养项目、井道保养项目、底坑和层站保养项目、轿厢与对重保养项目和维保主要检查项目，所述图像展示装置(2)包括计算机(201)，所述计算机(201)输入端与交互判断模块(301)输出端相连接，所述计算机(201)输入端还连接有镭射定位组件(204)，且计算机(201)输入端与内容管理编辑子系统(302)相连接，所述计算机(201)输出端连接有虚拟现实手柄(202)和虚拟现实头盔(203)，所述虚拟现实手柄(202)和虚拟现实头盔(203)的输出端均与镭射定位组件(204)输入端相连接，所述虚拟现实手柄(202)和虚拟现实头盔(203)均通过用户端(1)拿持佩戴；
所述交互判断模块(301)用于使用资源进行交互判断后反馈给计算机(201)显示计算系统，所述内容管理编辑子系统(302)用于通过开放式的编辑系统调用资源，所述物料模型(303)、工具模型(304)、工作面(305)、动画模块(306)和音频模块(307)主要用于交互判断模块(301)的调用，以及被内容管理编辑子系统(302)根据调用电梯维保安全操作规程项目或机房保养项目或井道保养项目或底坑和层站保养项目或轿厢与对重保养项目或维保主要检查项目的工作产生相应项目对应的物料、工具、动画以及音频，所述计算机(201)用于通过自身硬件将交互判断模块(301)反馈的显示信号进行计算后向虚拟现实手柄(202)和虚拟现实头盔(203)传输信号，同时根据镭射定位反馈的信号传输至内容管理编辑子系统(302)，所述虚拟现实手柄(202)用于反馈用户端(1)操作信号以及模拟用户端(1)控制手感，所述虚拟现实头盔(203)用于向用户反馈画面，所述镭射定位组件(204)用于通过镭射信号监测虚拟现实手柄(202)和虚拟现实头盔(203)实时空间坐标系并反馈至计算机(201)。
2.根据权利要求1所述的一种电梯维保教学虚拟现实系统，其特征在于，所述电梯维保安全操作规程项目、机房保养项目、井道保养项目、底坑和层站保养项目、轿厢与对重保养项目和维保主要检查项目各自包括对应的物料模型(303)、工具模型(304)、工作面(305)、动画模块(306)和音频模块(307)。
3.根据权利要求1所述的一种电梯维保教学虚拟现实系统，其特征在于，所述计算机(201)向虚拟现实手柄(202)传输反馈控制震动信号，所述计算机(201)向虚拟现实头盔(203)反馈画面效果信号。
4.根据权利要求1所述的一种电梯维保教学虚拟现实系统，其特征在于，所述计算机(201)显示计算硬件为GPU图像处理器。
5.根据权利要求1所述的一种电梯维保教学虚拟现实系统，其特征在于，所述镭射定位组件(204)定位精度为3mm。
6.根据权利要求1所述的一种电梯维保教学虚拟现实系统，其特征在于，所述虚拟现实手柄(202)内设有线性振动马达，且线性振动马达与虚拟现实手柄(202)控制模块相连通。
7.根据权利要求1所述的一种电梯维保教学虚拟现实系统，其特征在于，所述虚拟现实头盔(203)音频输入端为6.5mm耳机接口。
8.根据权利要求1所述的一种电梯维保教学虚拟现实系统，其特征在于，所述音频模块(307)为7.1声道立体环绕声模块。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种电梯维保教学虚拟现实系统，其特征在于，还包括一种内容管理编辑子系统(302)调用资源的方法，具体包括以下步骤：
S1、开始调用资源，对计算机(201)反馈的操作脚本步骤进行数组排序；
S2、对步骤序号依次判断，判断是否进入电梯维保安全操作规程项目、是否进入机房保养项目、是否进入井道保养项目、是否进入底坑和层站保养项目、是否进入轿厢与对重保养项目、是否进入维保主要检查项目；
S3、当进入某一项目时，判断否使用工具、是否拾取物料、是否播放动画；
S4、当判断需要使用工具时，展现工具窗口并激活对应工具ModelCollider，激活后判断是否正确对应，不正确对应返回上一步继续激活对应工具，正确拾取工具后，激活工具的ActiveCollider，ModelCollider与ActiveCollider碰撞，判断不需要使用工具，关闭对象池中的工具组件；
S5、当判断需要拾取物料时，对应物料ModelCollider激活，激活后判断是否正确对应，不正确对应返回上一步继续激活对应物料，判断正确拾取物料后，激活物料的ActiveCollider，ModelCollider与ActiveCollider碰撞，判断不需要使用工具，关闭对象池中的物料组件；
S6、当判断需要播放动画时，对应Animation组件激活，启动AnimationClip播放动画，判断不需要使用工具，关闭对象池中的物料组件；
S7、判断是否完成数组中所以步骤，判断为未完成，进行下一步骤内容，判断完成后结束。
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王雨婷: "基于Unity3D的电梯安装仿真互动系统的设计与实现", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)工程科技Ⅱ辑》, 15 March 2016 (2016-03-15), pages 1 - 2 *

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