CN112331001A - 一种基于虚拟现实技术的教学系统 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了基于虚拟现实技术的教学系统，包括教学资源平台、学员端智能交互设备、三维模型构建单元和虚幻引擎控制单元；其中教学资源平台包括数据库服务器、控制模块和虚拟演播客户端等，通过真实动作捕捉还原的精准动作，开发精确动作教学课程软件，以实现对真人教学的虚拟现实还原，提高教学效率与学习准确度。

Description

一种基于虚拟现实技术的教学系统
技术领域
本公开涉及智能交互领域，尤其涉及一种基于虚拟现实技术的教学 系统。
背景技术
虚拟现实VR技术应用于螺旋稳定肌肉链的教学跟练及辅助指导(即 运动与康复教学领域)的软件开发。
现在的康复运动教学软件存在以下技术问题，表现形式过于单一， 面对屏幕无法做到全方位展示技术动作教学，教学效率与学习体验均不 够理想；真人手把手教学无法做到一对多训练，一对一学习成本高且无 法实时复习回顾；手势和手柄束缚。
发明内容
为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种基于虚拟 现实技术的教学系统，包括教学资源平台、学员端智能交互设备、三维 模型构建单元和虚幻引擎控制单元；
所述教学资源平台包括数据库服务器、控制模块和虚拟演播客户端；
所述数据库服务器，用于存储教学资源、教员信息、学员信息和虚 拟三维教学场景，所述教学资源包括已授课程和预约课程；所述教员信 息包括姓名、教授科目、课程安排、年龄、身份认证、联系方式和对应 教员端智能交互设备编号；所述学员信息包括姓名、学习科目、课程安 排、年龄、身份认证、联系方式和对应学员端智能交互设备编号；
所述控制模块，用于接收并审核教员端智能交互设备和学员端智能 交互设备的接入请求，向通信连通的教员端智能交互设备和学员端智能 交互设备实时发送所述虚拟三维教学场景；
所述虚拟演播客户端，用于接收用户的位置信息和动作信息，确定 用户是否在预定距离范围内与物体产生碰撞；如果是，则根据所述物体 的功能属性，确定所述用户的操作命令，并将执行命令同步至所述数据 库服务器，以便数据库服务器将第一响应结果显示给所述用户；
学员端智能交互设备包括摄像机、实时跟踪单元、对焦单元、图像 分析单元、坐标成像单元，所述实时跟踪单元用于对用户的动作进行实 时跟踪拍摄，所述对焦单元用于对所述用户与所述物体拍摄的画面进行 实时对焦拍摄，所述图像分析单元用于对对焦拍摄好的画面进行定位校 正处理，所述坐标成像单元用于对摄像得到的画面进行坐标合成处理； 所述实时跟踪单元将人体运动姿态传递至虚幻引擎控制单元添加入虚拟 三维教学场景中；
三维模型构建单元，用于构建和存储三维教学场景模型并传送至虚 幻引擎控制单元；
虚幻引擎控制单元包括三维动画人物设置模块、声音模拟模块和灯 光渲染模块；所述三维动画人物设置模块用于设置教员和学员人物、并 依据接收的教员手指运动姿态和人体头部运动姿态、以及学员移动速度 和方向同步设置显示相应人物的运动姿态；所述声音模拟模块用于将接 收的教学讲课语音加入虚拟三维教学场景中。
根据本公开的至少一个实施方式，所述数据库服务器还包括身份验 证单元，用于对个人信息进行分析、登记、记录，将记录好的个人信息 结果通过单片机传输到总控制器，用于在老师考核时，能够对个人位置、 信息进行确定。
根据本公开的至少一个实施方式，所述学员端智能交互设备还包括 语音录入模块用于输入学员讲话语音、并实时传递至虚幻引擎控制单元 添加入虚拟三维教学场景中。
根据本公开的至少一个实施方式，所述声音模拟模块还用于依据教 员与学员之间的距离、以及学员与学员之间的距离设置声音分贝大小。
根据本公开的至少一个实施方式，所述数据库服务器还包括交互监 测模块，所述交互监测模块通过交互界面与所述智能交互设备相连，便 于老师对学生的实验情况进行实时监控，并对所做的概率实验讲解，实 现交互。
根据本公开的至少一个实施方式，所述学员端智能交互设备还包括 像素处理单元；所述像素处理单元用于对合成后的坐标画面通过滤波处 理，并对滤波后的坐标画面信号获取像素矩阵，进行去噪、分割处理， 确定边缘失真点，进行优化补偿，防止画面信号传输之间出现失真。
具体实施方式
下面结合实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是， 此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方 式中的特征可以相互组合。下面将结合实施方式来详细说明本公开。
通过本公开的技术方案，其中，(1)通过真实动作捕捉还原的精准 动作，开发精确动作教学课程软件，以实现对真人教学的虚拟现实还原， 提高教学效率与学习准确度；(2)将全手势识别技术应用于课程软件操 作，脱离手柄束缚的同时增强完本的课程体验感，化繁就简；(3)将创 新的螺旋稳定肌肉链教学内容与先进虚拟现实技术相结合，搭载高性能VR设备，配合专业课程编排，实现无真人教练状态下的实时教学康复训 练与复习学习技术动作过程，提高教学与授课效率，丰富训练学习体验。
根据本公开的第一实施方式，提供了一种基于虚拟现实技术的教学 系统，包括教学资源平台、学员端智能交互设备、三维模型构建单元和 虚幻引擎控制单元；
所述教学资源平台包括数据库服务器、控制模块和虚拟演播客户端；
所述数据库服务器，用于存储教学资源、教员信息、学员信息和虚 拟三维教学场景，所述教学资源包括已授课程和预约课程；所述教员信 息包括姓名、教授科目、课程安排、年龄、身份认证、联系方式和对应 教员端智能交互设备编号；所述学员信息包括姓名、学习科目、课程安 排、年龄、身份认证、联系方式和对应学员端智能交互设备编号；
所述控制模块，用于接收并审核教员端智能交互设备和学员端智能 交互设备的接入请求，向通信连通的教员端智能交互设备和学员端智能 交互设备实时发送所述虚拟三维教学场景；
所述虚拟演播客户端，用于接收用户的位置信息和动作信息，确定 用户是否在预定距离范围内与物体产生碰撞；如果是，则根据所述物体 的功能属性，确定所述用户的操作命令，并将执行命令同步至所述数据 库服务器，以便数据库服务器将第一响应结果显示给所述用户；
学员端智能交互设备包括摄像机、实时跟踪单元、对焦单元、图像 分析单元、坐标成像单元，所述实时跟踪单元用于对用户的动作进行实 时跟踪拍摄，所述对焦单元用于对所述用户与所述物体拍摄的画面进行 实时对焦拍摄，所述图像分析单元用于对对焦拍摄好的画面进行定位校 正处理，所述坐标成像单元用于对摄像得到的画面进行坐标合成处理； 所述实时跟踪单元将人体运动姿态传递至虚幻引擎控制单元添加入虚拟 三维教学场景中；
三维模型构建单元，用于构建和存储三维教学场景模型并传送至虚 幻引擎控制单元；
虚幻引擎控制单元包括三维动画人物设置模块、声音模拟模块和灯 光渲染模块；所述三维动画人物设置模块用于设置教员和学员人物、并 依据接收的教员手指运动姿态和人体头部运动姿态、以及学员移动速度 和方向同步设置显示相应人物的运动姿态；所述声音模拟模块用于将接 收的教学讲课语音加入虚拟三维教学场景中。
数据库服务器还包括身份验证单元，用于对个人信息进行分析、登 记、记录，将记录好的个人信息结果通过单片机传输到总控制器，用于 在老师考核时，能够对个人位置、信息进行确定。
学员端智能交互设备还包括语音录入模块用于输入学员讲话语音、 并实时传递至虚幻引擎控制单元添加入虚拟三维教学场景中。
声音模拟模块还用于依据教员与学员之间的距离、以及学员与学员 之间的距离设置声音分贝大小。
数据库服务器还包括交互监测模块，所述交互监测模块通过交互界 面与所述智能交互设备相连，便于老师对学生的实验情况进行实时监控， 并对所做的概率实验讲解，实现交互。
学员端智能交互设备还包括像素处理单元；所述像素处理单元用于 对合成后的坐标画面通过滤波处理，并对滤波后的坐标画面信号获取像 素矩阵，进行去噪、分割处理，确定边缘失真点，进行优化补偿，防止 画面信号传输之间出现失真。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例 /方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实 施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的 至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表 述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、 结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的 方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本 说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的 特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示 或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定 有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。 在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除 非另有明确具体的限定。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明 本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员 而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化 或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (6)

1.一种基于虚拟现实技术的教学系统，其特征在于，包括教学资源平台、学员端智能交互设备、三维模型构建单元和虚幻引擎控制单元；
所述教学资源平台包括数据库服务器、控制模块和虚拟演播客户端；
所述数据库服务器，用于存储教学资源、教员信息、学员信息和虚拟三维教学场景，所述教学资源包括已授课程和预约课程；所述教员信息包括姓名、教授科目、课程安排、年龄、身份认证、联系方式和对应教员端智能交互设备编号；所述学员信息包括姓名、学习科目、课程安排、年龄、身份认证、联系方式和对应学员端智能交互设备编号；
所述控制模块，用于接收并审核教员端智能交互设备和学员端智能交互设备的接入请求，向通信连通的教员端智能交互设备和学员端智能交互设备实时发送所述虚拟三维教学场景；
所述虚拟演播客户端，用于接收用户的位置信息和动作信息，确定用户是否在预定距离范围内与物体产生碰撞；如果是，则根据所述物体的功能属性，确定所述用户的操作命令，并将执行命令同步至所述数据库服务器，以便数据库服务器将第一响应结果显示给所述用户；
学员端智能交互设备包括摄像机、实时跟踪单元、对焦单元、图像分析单元、坐标成像单元，所述实时跟踪单元用于对用户的动作进行实时跟踪拍摄，所述对焦单元用于对所述用户与所述物体拍摄的画面进行实时对焦拍摄，所述图像分析单元用于对对焦拍摄好的画面进行定位校正处理，所述坐标成像单元用于对摄像得到的画面进行坐标合成处理；所述实时跟踪单元将人体运动姿态传递至虚幻引擎控制单元添加入虚拟三维教学场景中；
三维模型构建单元，用于构建和存储三维教学场景模型并传送至虚幻引擎控制单元；
虚幻引擎控制单元包括三维动画人物设置模块、声音模拟模块和灯光渲染模块；所述三维动画人物设置模块用于设置教员和学员人物、并依据接收的教员手指运动姿态和人体头部运动姿态、以及学员移动速度和方向同步设置显示相应人物的运动姿态；所述声音模拟模块用于将接收的教学讲课语音加入虚拟三维教学场景中。
2.如权利要求1所述的基于虚拟现实技术的教学系统，其特征在于，所述数据库服务器还包括身份验证单元，用于对个人信息进行分析、登记、记录，将记录好的个人信息结果通过单片机传输到总控制器，用于在老师考核时，能够对个人位置、信息进行确定。
3.如权利要求1所述的基于虚拟现实技术的教学系统，其特征在于，所述学员端智能交互设备还包括语音录入模块用于输入学员讲话语音、并实时传递至虚幻引擎控制单元添加入虚拟三维教学场景中。
4.如权利要求1所述的基于虚拟现实技术的教学系统，其特征在于，所述声音模拟模块还用于依据教员与学员之间的距离、以及学员与学员之间的距离设置声音分贝大小。
5.如权利要求1所述的基于虚拟现实技术的教学系统，其特征在于，所述数据库服务器还包括交互监测模块，所述交互监测模块通过交互界面与所述智能交互设备相连，便于老师对学生的实验情况进行实时监控，并对所做的概率实验讲解，实现交互。
6.如权利要求1所述的基于虚拟现实技术的教学系统，其特征在于，所述学员端智能交互设备还包括像素处理单元；所述像素处理单元用于对合成后的坐标画面通过滤波处理，并对滤波后的坐标画面信号获取像素矩阵，进行去噪、分割处理，确定边缘失真点，进行优化补偿，防止画面信号传输之间出现失真。
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