CN112540675A - 一种基于vr、ar及mr技术的数字创意类课程教学辅助系统 - Google Patents

一种基于vr、ar及mr技术的数字创意类课程教学辅助系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于VR、AR及MR技术的数字创意类课程教学辅助系统，包括：运维端，所述运维端包括认证模块、存储模块、管理模块；所述认证模块用于认证教师信息、学生信息；所述存储模块用于存储教学相关信息；所述管理模块用于采集教师的操作信息并进行反馈；教师端，所述教师端用于采集教师的操作信息，根据教师的操作信息从存储模块中提取教学资料；学生端，所述学生端包括N多个沉浸式体验单元，所述学生端用于采集教师端提取的教学资料，所述沉浸式体验单元用于向学生展示教学资料，并提供沉浸式体验。本发明为学生提供一种沉浸式的体验，提高教学效果。

Description

一种基于VR、AR及MR技术的数字创意类课程教学辅助系统
技术领域
本发明涉及一种教学辅助系统，特别是涉及一种基于VR、AR及MR技术的数字创意类课程教学辅助系统。
背景技术
在数字创意类课程中，有一类课程涉及场景建模、角色建模、角色动画设计、特效设计等工作领域，在这一类课程中需要学生进行充分的实操训练，为了达到更好的教学效果，教师在课堂上对学生的实操训练结果进行展示和点评是十分必要的环节。该环节一般需要在多媒体教室或者机房进行，教师通过大屏幕或者屏幕广播将需要进行展示和点评的学生实操训练作品呈现给课堂上的所有学生。这种教学方式是当前普遍使用的方式。
教学方式具有如下缺点：第一点，该方式是在一个二维屏幕上展示三维的作品，从展示形式上难以最大化的吸引学生的注意力和调动学生的学习积极性；第二点，教师只能够在相关设计工具软件的界面上进行展示和点评，一般用鼠标充当指示器，缺少更加方便的交互手段对作品进行点评；第三点，学生的实训结果需要教师自行收集和整理，容易造成遗失，不够便捷和安全。
发明内容
本发明提供了一种基于VR、AR及MR技术的数字创意类课程教学辅助系统，以实现教学的有效交互，提高教学效果。
本发明提供了一种基于VR、AR及MR技术的数字创意类课程教学辅助系统，包括：
运维端，所述运维端包括认证模块、存储模块、管理模块；所述认证模块用于认证教师信息、学生信息；所述存储模块用于存储教学相关信息；所述管理模块用于采集教师的操作信息并进行反馈；
教师端，所述教师端用于采集教师的操作信息，根据教师的操作信息从存储模块中提取教学资料；
学生端，所述学生端包括N多个沉浸式体验单元，所述学生端用于采集教师端提取的教学资料，所述沉浸式体验单元用于向学生展示教学资料，并提供沉浸式体验。
进一步地，所述管理模块包括账号管控单元、课程管理单元；所述账号管控单元用于管理学生账号；所述课程管理单元用于创建及修改课程以及课程任务。
更进一步地，所述认证模块包括过程如下：
采集使用者的信息，所述信息至少包括用户名、密码、班级、学号中的一种或多种；
验证使用者身份为教师或学生；
若使用者身份为教师，则开启账号管控单元、课程管理单元的使用权限。
更进一步地，所述账号管控单元包括过程如下：
采集学生信息，所述学生信息包括至少包括用户名、班级、学号中的一种或多种，并将学生信息打包为学生账号文件包，并存储于存储模块中；
提取存储模块中的学生账号文件包，采集教师的输入信息，对学生账号文件包内的学生信息进行修改；
采集教师的操作信息，删除存储模块中的学生账号文件包。
更进一步地，所述课程管理单元包括过程如下：
采集教师的输入信息，并提取存储模块内的教学信息，创建课程文件；
根据教师的设定信息，在课程中文件设定任务信息；
向学生展示课程文件，采集学生对课程文件的操作记录并保存；
将学生的操作记录与课程文件进行关联，并保存于管理模块中。
更进一步地，所述教师端包括点评单元，所述点评单元用于采集教师的打分信息。
更进一步地，所述点评单元包括过程如下：
提取存储模块中与课程文件相关的操作记录，并展示；
采集教师对操作记录的点评信息，并与操作记录关联，作为点评记录保存于存储模块中。
更进一步地，所述教师端还包括展示单元，所述展示单元用提取操作记录及点评记录，并发送给沉浸式体验单元进行展示。
更进一步地，所述学生端包括自由控制过程、教师展示过程；
所述自由控制过程的工作过程如下：
采集学生对学生端的操作信息，沉浸式体验单元根据操作信息对操作记录及点评记录进行展示；
所述教师展示过程的工作过程如下：
采集教师对展示单元的控制信息，沉浸式体验单元采集教师对展示单元的控制信息，并进行同步展示；
所述控制信息至少移动、旋转、缩放、局部高亮显示、图形化标注操作中的一种或多种。
进一步地，所述沉浸式体验单元至少为HMD、VR一体机、MR眼镜、AR眼镜、智能手机、平板电脑中的一种或多种。
本发明与现有技术相比，为学生提供一种沉浸式的体验，使学生在教师展示和点评作品的过程中感觉到自己和作品处于同一个空间中，能够灵活的从多角度和不同的距离来对作品进行观察，并能够在这个空间中方便的跟随教师的指引仔细观察作品的各个细节部位，提高教学效果。
附图说明
图1为本发明实施例连接示意图；
图2为教师和学生使用本发明实施例进行展示和点评流程的示意图；
图3为教师使用本发明实施例对学生作品进行评分的流程的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将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的实施例，而不是全部的实施例。
本发明实施例公开了一种基于VR、AR及MR技术的数字创意类课程教学辅助系统，包括：
运维端，所述运维端包括认证模块、存储模块、管理模块；所述认证模块用于认证教师信息、学生信息；所述存储模块用于存储教学相关信息；所述管理模块用于采集教师的操作信息并进行反馈；
教师端，所述教师端用于采集教师的操作信息，根据教师的操作信息从存储模块中提取教学资料；
学生端，所述学生端包括N多个沉浸式体验单元，所述学生端用于采集教师端提取的教学资料，所述沉浸式体验单元用于向学生展示教学资料，并提供沉浸式体验。
其中，本发明实施例由运维端(包括服务器、控制系统)、教师端(教师机/教师PC机客户端)、学生端(学生PC机及其相连的HMD、VR一体机、MR眼镜、AR眼镜、智能手机、平板电脑等设备/学生沉浸式客户端)构成，如图1所示，上述设备借助教学场所内的千兆高速无线局域网相互连接。N为大于等于1的整数。
本发明实施例通过采用N多个沉浸式体验单元，为学生提供一种沉浸式的体验，使学生在教师展示和点评作品的过程中感觉到自己和作品处于同一个空间中，能够灵活的从多角度和不同的距离来对作品进行观察，并能够在这个空间中方便的跟随教师的指引仔细观察作品的各个细节部位，提高教学效果。
可选的，所述管理模块包括账号管控单元、课程管理单元；所述账号管控单元用于管理学生账号；所述课程管理单元用于创建及修改课程以及课程任务。
其中，如图2所示，控制系统包括后台系统、教师Web界面、学生Web界面。
教师在教师Web界面输入账号信息，并对课程管理单元进行管理使用，学生通过学生Web界面对课程及课程任务进行了解并上传作业。
特别的，所述认证模块包括过程如下：
采集使用者的信息，所述信息至少包括用户名、密码、班级、学号中的一种或多种；
其中，如图2所示，用户通过浏览器输入Web服务的网址访问身份验证界面，用户身份分为教师和学生两种类型，教师用户通过用户名和密码登录系统，学生用户通过班级、姓名和学号登录系统，两种类型的用户在登录后所使用的工作界面不相同。
验证使用者身份为教师或学生；
若使用者身份为教师，则开启账号管控单元、课程管理单元的使用权限。
若使用者身份为学生，则提供学生用户工作界面。
其中，学生在学生用户的工作界面中，可以提交课程任务所要求的实操练习成果或作品(要求导出为FBX文件)。
特别的，所述账号管控单元包括过程如下：
采集学生信息，所述学生信息至少包括用户名、班级、学号中的一种或多种，并将学生信息打包为学生账号文件包，并存储于存储模块中；
提取存储模块中的学生账号文件包，采集教师的输入信息，对学生账号文件包内的学生信息进行修改；
采集教师的操作信息，删除存储模块中的学生账号文件包。
其中，在教师用户的工作界面中，可以通过账号管控单元创建、修改和删除学生账号，也可通过课程管理单元创建课程以及课程任务。
特别的，如图3所示，所述课程管理单元包括过程如下：
采集教师的输入信息，并提取存储模块内的教学信息，创建课程文件；
根据教师的设定信息，在课程中文件设定任务信息；
向学生展示课程文件，采集学生对课程文件的操作记录并保存；
将学生的操作记录与课程文件进行关联，并保存于管理模块中。
其中，操作记录为作品，具体为虚拟的3D立体结构，通过Web应用实现作品的提交和管理，教师在课程开始前利用PC机的浏览器登录系统并创建课程和学生账号，并在每次需要学生提交作品的课程开始之前创建提交任务，学生在完成作品后利用PC机的浏览器登录系统并上传作品完成任务信息，学生作品会自动按照课程-任务-学号和姓名的文件夹层次保存在部署本系统Web应用的服务器中，便于教师存档和管理。教师可针对该次任务选择作品进行展示和点评。
特别的，所述教师端包括点评单元，所述点评单元用于采集教师的打分信息。
其中，点评单元用于进行学生作品展示和点评，以及用于浏览学生提交的作品并打分。
当教师在点评单元完成作品打分的工作后，可以在教师用户的工作界面中获取(查看或下载)每个课程任务中学生作品获得的评分。
教师选择进入点评单元，可以以“班级->课程->任务->作品”的层次来对学生提交的作品进行浏览，并评分。在教师评分的结果会存储到后台服务器Web应用软件的数据库中。
在PC机上，教师用户通过键盘和鼠标进行视角的移动操作以及对作品进行的移动、旋转、缩放、局部高亮显示操作，通过拖拽软件界面上的图标到作品的特定位置并放开鼠标进行图形化标注。
特别的，所述点评单元包括过程如下：
提取存储模块中与课程文件相关的操作记录，并展示；
采集教师对操作记录的点评信息，并与操作记录关联，作为点评记录保存于存储模块中。
其中，当教师在点评单元中指定当前进行展示和点评的作品后，被指定的作品会被显示在教师端的虚拟场景中，在该虚拟场景中，教师可以自由移动视角，并对作品进行移动、旋转、缩放，还可以对作品进行局部的高亮显示、图形化标注等有助于吸引学生注意力的操作。
特别的，所述教师端还包括展示单元，所述展示单元用提取操作记录及点评记录，并发送给沉浸式体验单元进行展示。
特别的，所述学生端包括自由控制过程、教师展示过程；
所述自由控制过程的工作过程如下：
采集学生对学生端的操作信息，沉浸式体验单元根据操作信息对操作记录及点评记录进行展示；
所述教师展示过程的工作过程如下：
采集教师对展示单元的控制信息，沉浸式体验单元采集教师对展示单元的控制信息，并进行同步展示；
所述控制信息至少移动、旋转、缩放、局部高亮显示、图形化标注操作中的一种或多种。
其中，当处于教师展示过程时，学生对被点评作品的观察视角完全与教师的视角一致。当处于自由控制过程时，学生可以自由移动视角，并自行对作品进行移动、旋转、缩放操作。
无论处于何种观察视角，当教师对作品进行局部高亮显示、图形化标注的时候，教师的操作效果均会在沉浸式体验单元中呈现。
本发明实施例为学生提供一种沉浸式的体验，在教师展示过程时，学生在教师展示和点评作品的过程中感觉到自己和作品处于同一个空间中，能够灵活的从多角度和不同的距离来对作品进行观察，并能够在这个空间中方便的跟随教师的指引仔细观察作品的各个细节部位。
可选的，所述沉浸式体验单元至少为HMD、VR一体机、MR眼镜、AR眼镜、智能手机、平板电脑中的一种或多种。
本发明实施例通过运行在头戴式显示器(HMD)、MR眼镜、AR眼镜、手机、平板电脑等硬件设备上的客户端提供沉浸式体验。
综上所述，本发明实施例相比传统教学，具有优点如下：
1、演示效果的直观性和趣味性，更好的吸引学生的注意力，有助于达到更好的教学效果
2、设备的普适性，能够支持多种设备，从而适配不同的教学条件
3、对教学内容的普适性，可以用于静态模型、带动画的角色模型、特效等作品，适合多门课程
4、给教学管理带来的便利性，自动归档整理学生的作品以及成绩。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，技术人员阅读本申请说明书后依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均未脱离本发明申请待批权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于VR、AR及MR技术的数字创意类课程教学辅助系统，其特征在于，所述教学辅助系统包括：
运维端，所述运维端包括认证模块、存储模块、管理模块；所述认证模块用于认证教师信息、学生信息；所述存储模块用于存储教学相关信息；所述管理模块用于采集教师的操作信息并进行反馈；
教师端，所述教师端用于采集教师的操作信息，根据教师的操作信息从存储模块中提取教学资料；
学生端，所述学生端包括N多个沉浸式体验单元，所述学生端用于采集教师端提取的教学资料，所述沉浸式体验单元用于向学生展示教学资料，并提供沉浸式体验。
2.根据权利要求1所述教学辅助系统，其特征在于，所述管理模块包括账号管控单元、课程管理单元；所述账号管控单元用于管理学生账号；所述课程管理单元用于创建及修改课程以及课程任务。
3.根据权利要求2所述教学辅助系统，其特征在于，所述认证模块包括过程如下：
采集使用者的信息，所述信息至少包括用户名、密码、班级、学号中的一种或多种；
验证使用者身份为教师或学生；
若使用者身份为教师，则开启账号管控单元、课程管理单元的使用权限。
4.根据权利要求2所述教学辅助系统，其特征在于，所述账号管控单元包括过程如下：
采集学生信息，所述学生信息包括至少包括用户名、班级、学号中的一种或多种，并将学生信息打包为学生账号文件包，并存储于存储模块中；
提取存储模块中的学生账号文件包，采集教师的输入信息，对学生账号文件包内的学生信息进行修改；
采集教师的操作信息，删除存储模块中的学生账号文件包。
5.根据权利要求4所述教学辅助系统，其特征在于，所述课程管理单元包括过程如下：
采集教师的输入信息，并提取存储模块内的教学信息，创建课程文件；
根据教师的设定信息，在课程中文件设定任务信息；
向学生展示课程文件，采集学生对课程文件的操作记录并保存；
将学生的操作记录与课程文件进行关联，并保存于管理模块中。
6.根据权利要求5所述教学辅助系统，其特征在于，所述教师端包括点评单元，所述点评单元用于采集教师的打分信息。
7.根据权利要求6所述教学辅助系统，其特征在于，所述点评单元包括过程如下：
提取存储模块中与课程文件相关的操作记录，并展示；
采集教师对操作记录的点评信息，并与操作记录关联，作为点评记录保存于存储模块中。
8.根据权利要求7所述教学辅助系统，其特征在于，所述教师端还包括展示单元，所述展示单元用提取操作记录及点评记录，并发送给沉浸式体验单元进行展示。
9.根据权利要求8所述教学辅助系统，其特征在于，所述学生端包括自由控制过程、教师展示过程；
所述自由控制过程的工作过程如下：
采集学生对学生端的操作信息，沉浸式体验单元根据操作信息对操作记录及点评记录进行展示；
所述教师展示过程的工作过程如下：
采集教师对展示单元的控制信息，沉浸式体验单元采集教师对展示单元的控制信息，并进行同步展示；
所述控制信息至少移动、旋转、缩放、局部高亮显示、图形化标注操作中的一种或多种。
10.根据权利要求1所述教学辅助系统，其特征在于，所述沉浸式体验单元至少为HMD、VR一体机、MR眼镜、AR眼镜、智能手机、平板电脑中的一种或多种。
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