CN113035046A - 一种基于虚拟现实的建筑教学培训系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于虚拟现实的建筑教学培训系统及其使用方法，包括：VR头显和手柄，还包括：指示单元和控制器，操控手柄点击文字说明，控制器控制VR头显高亮显示待学习物体的建筑模型；接收手柄长按并拖拽待学习物体的建筑模型的信号后，待学习物体的建筑模型跟随拖拽方向旋转；接收手柄停止长按并拖拽待学习物体的建筑模型的信号后，待学习物体的建筑模型停止旋转；接收手柄指向待学习物体的建筑模型的信号后，待学习物体的建筑模型自动生成剖面图，接收手柄离开建筑模型的信号后，其剖面图被收回；VR头显视角与用户眼球转动方向一致。本发明将建筑教学模型可视化，增强学生学习兴趣。

Description

一种基于虚拟现实的建筑教学培训系统及使用方法

技术领域

本发明涉及虚拟现实领域，具体公开了一种基于虚拟现实的建筑教学培训系统及其使用方法。

背景技术

虚拟现实技术，英文缩写为VR，又称灵境技术，是20世纪发展起来的一项全新技术，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技术也取得了重大进步，并逐步成为一个新的科学技术领域。

在建筑教学的课堂上，现有的建筑教学都是老师对学生单方面的传递，对于一些较为复杂的建筑模型，学生只能参照固化的三维模型进行理解，导致学生不能想象出待学习物体的实际形象，老师也无法掌握学生的学习进度，现有的一些高校采取搭建实景的方式进行建筑教学，但是实景研发费用较高，搭建实景耗费的时间较长，因此可以将VR技术应用到建筑教学领域中，给老师以及学生带来更加的高效率的课堂。

发明内容

本方案的目的在于提供一种基于虚拟现实的建筑教学培训系统，以解决学生学习建筑模型速率较慢的问题。

为了达到上述目的，本方案提供一种基于虚拟现实的建筑教学培训系统及，包括：VR头显，用于显示和存储用户需要学习的虚拟现实内容；手柄，用于与VR头显配合，通过所述手柄与虚拟现实内容中的场景进行互动；还包括：指示单元，用于三维显示用户待学习的虚拟现实内容；所述指示单元包括待学习物体的建筑模型和用于建筑模型的文字说明；控制器，用于接收手柄的动作请求并向指示单元发出控制指令，实现与用户的交互；接收所述手柄点击文字说明的信号后，所述控制器控制所述VR头显高亮显示待学习物体的建筑模型；接收所述手柄长按并拖拽待学习物体的建筑模型的信号后，待学习物体的建筑模型跟随拖拽方向旋转；接收所述手柄停止长按并拖拽待学习物体的建筑模型的信号后，待学习物体的建筑模型停止旋转；接收所述手柄指向待学习物体的建筑模型的信号后，待学习物体的建筑模型自动生成剖面图，接收所述手柄离开建筑模型的信号后，其剖面图被收回；所述VR头显视角与用户眼球转动方向一致。

进一步，所述指示单元以面板的形式呈现。

进一步，还包括：练习单元，用于加深用户的记忆而进行的习题练习；所述练习单元包括：题库，将待练习的建筑模型知识点编辑成选择题；存储子单元，与题库和控制器相连，存储编辑完成的题库； 选取子单元，与存储子单元和控制器相连，用于生成用户的待练习内容；输出子单元，与选取子单元和控制器相连，将选取的待练习内容输出显示在用户界面上；互动子单元，与选取子单元和控制器相连，用于给用户检索符合条件的选择题进行练习并储存用户的动作。

进一步，所述输出子单元在用户界面上的显示内容包括：题号，题面，选项，正确答案，操作提示，其中，接收所述手柄点击题号的信号后，所述控制器控制题面自动展开，接收所述手柄选择选项的信号后，所述控制器控制所述练习单元将用户选择的选项与正确答案比对，若用户选择的选项与正确答案一致，则操作提示显示正确，反之，操作提示显示错误。

进一步，所述练习单元还包括：计时子单元，与选取子单元和控制器相连，用于计时用户检索选择题选项的操作时间，并将用户操作时间输出显示在用户界面上。

进一步，所述练习单元还包括：错题集，与选取子单元、输出子单元和控制器相连，用于统计和收集用户的错题，其中，用户操控所述手柄选择选项，若用户选择的选项与正确答案不一致，则控制器控制错题集自动存储题面，反之，错题集不存储题面。

进一步，还包括：操作单元，用于检查测试用户的学习情况而进行的实物操作；所述操作单元为待用户操作的建筑模型模块；接收所述手柄点击操作单元的信号后，所述控制器控制建筑模型模块自动拆分并提示用户操作所述手柄将建筑模型模块顺序放置，若用户将建筑模型模块排序顺序和位置均正确，则提示操作正确，若用户排序顺序和位置错误，则提示重新排序。

进一步，接收所述手柄放置建筑模型模块的信号后，若建筑模型模块放置位置与方向均正确，则建筑模型模块自动定位；若建筑模型模块放置位置与方向其一错误，则提示操作错误，请重新排序。

进一步，还包括：多功能座位，用于放置VR头显；显示屏，用于同步显示VR头显内显示的内容。

为了达到上述目的，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于虚拟现实的建筑教学培训系统的使用方法，包括：步骤一：用户戴上VR头显，VR头显示用户需要学习的虚拟现实内容，并且显示屏同步显示VR头显显示的虚拟现实内容；步骤二：用户操控手柄点击文字说明，VR头显高亮显示文字说明对应的建筑模型部分；用户操控手柄长按并拖拽待学习物体的建筑模型，建筑模型跟随拖拽方向旋转；用户操控手柄停止按动手柄，待学习物体的建筑模型停止旋转；用户操控所述手柄指向待学习物体的建筑模型，待学习物体的建筑模型自动生成剖面图，用户操控所述手柄离开建筑模型，其剖面图被收回；步骤三：用户操控手柄点击题号，题面自动展开，用户页面显示用户对题面的操作时间，用户操控手柄选择选项，其控制器控制练习单元将用户选择的选项与正确答案比对，若用户选择的选项与正确答案一致，则操作提示显示正确，用户页面自动跳到下一题，反之，操作提示显示错误，用户需要对其选项重新作答，同时，错题集自动储存用户回答错误的题面；步骤四：用户控制手柄点击错题集，可选择再次作答错题集内存储的题面；步骤五：用户操作手柄点击操作单元，建筑模型自动拆分成模块并提示用户对建筑模型模块顺序放置，用户操作手柄拾起并放置建筑模型模块，若拾起建筑模型模块的顺序和位置均正确，则提示操作正确，若用户顺序和位置其一错误，则提示重新排序。

本方案的有益效果：通过VR头显和手柄的配合使用，将待学习的模型可视化，一方面，使得学生更容易理解待学习的模型，另一方面，利用互动式的学习模式使得学生在上课时的投入程度更高，学习兴趣更强。

附图说明

图1为本发明中虚拟现实系统的构造框图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

说明书附图中的标记包括：手柄1、VR头显2、控制器3、指示单元4、练习单元5、操作单元6、题库7、存储子单元8、选取子单元9、输出子单元10、互动子单元11、计时子单元12、错题集13。

如附图1所示：

一种用于建筑教学的交互式虚拟现实系统，包括VR头显2，其中，VR头显2带有镜片和显示器，用户在头部佩戴VR头显2，其显示器显示和存储用户需要学习的虚拟现实内容；系统还包括手柄1，手柄1与VR头显2配合，通过手柄1与虚拟现实内容中的场景进行互动，即用户可以通过操控手柄1控制用户的视角移动。系统还包括指示单元4，用于三维显示用户待学习的虚拟现实内容；指示单元4包括待学习物体的建筑模型和用于建筑模型的文字说明；系统还包括控制器3，用于接收手柄1的动作请求并向指示单元4发出控制指令，实现与用户的交互，用户操控手柄1点击文字说明，控制器3控制VR头显2高亮显示待学习物体的建筑模型，辅助学生能将建筑模型与其文字说明一一对应，加强学生学习效果。VR头显2视角与用户眼球转动方向一致，实时跟进，使得用户体验效果更优。

用户进入指示单元4，将以“传送门”的形式进行传送，指示单元4主要作用是用户对其建筑模型进行查看学习，因此可以被称作“看一看”，指示单元4以面板的形式呈现，比如面板上呈现文字说明为基础与地基的关系时，当用户点击模型文字时，其建筑模型相应位置高亮，用户操控手柄1长按并拖拽待学习物体的建筑模型，待学习物体的建筑模型可以跟随手柄1拖拽的方向旋转，进行多角度多层次的展示待学习物体的建筑模型，当用户操控手柄1停止长按并拖拽待学习物体的建筑模型，待学习物体的建筑模型停止旋转恢复原来的状态，用户操控手柄1指向待学习物体的建筑模型，待学习物体的建筑模型自动生成剖面图，用户操控手柄1离开建筑模型，其剖面图被收回。建筑模型的剖面图对建筑类教学尤为重要，因此通过这种方式加强用户对建筑模型剖面图的理解和记忆，以加强学生的理解能力，辅助学生学习，相比与常规的课本教学，指示单元4可视化的呈现在用户眼前，更为直观，同时，提高学生学习的兴趣。

系统还包括：练习单元5，用于加深用户的记忆而进行的习题练习；练习单元5包括：题库7，将待练习的建筑模型知识点编辑成选择题；存储子单元8，与题库7和控制器3相连，存储编辑完成的题库7；选取子单元9，与存储子单元8和控制器3相连，用于生成用户的待练习内容；输出子单元10，与选取子单元9和控制器3相连，将选取的待练习内容输出显示在用户界面上；互动子单元11，与选取子单元9和控制器3相连，用于给用户检索符合条件的选择题进行练习并储存用户的动作。练习单元5利用选择题的模式辅助学生记忆，因此可以被称作“练一练”，其中，输出子单元10在用户界面上的显示内容包括：题号，题面，选项，正确答案，操作提示，其中，用户操控手柄1点击题号，其控制器3控制题目自动展开，用户操控手柄1选择选项，其控制器3控制练习单元5将用户选择的选项与正确答案比对，若用户选择的选项与正确答案一致，则操作提示显示正确，反之，操作提示显示错误。选择题的题目有如下种：在模型上标注选项，学生选择对应的文字答案。题目提供2-4个模型，选择正确模型。

练习单元5还包括：计时子单元12，与选取子单元9和控制器3相连，用于计时用户检索选择题选项的操作时间，并将用户操作时间输出显示在用户界面上。学生用户和老师可以实时检测学生用户答题的操作时间，对于相同类型答题时间较长的，可以对其着重讲解，一方面，检测学生的学习情况，另一方面，为老师的教学方向奠定了基础。

练习单元5还包括：错题集13，与选取子单元9、输出子单元10和控制器3相连，用于统计和收集用户的错题，其中，用户操控手柄1选择选项，若用户选择的选项与正确答案不一致，则控制器3控制错题集13自动存储题面，反之，错题集13不存储题面。错题集13的设定将学生做错或者掌握不熟练的题面自动收集，方便后续学生自行练习错题，加强学生的学习效果。

系统还包括：操作单元6，用于检查测试用户的学习情况而进行的实物操作；因此操作单元6又可以被称作“做一做”，操作单元6为待用户操作的建筑模型模块；用户操作手柄1点击操作单元6，用户操控手柄1放置建筑模型模块，若建筑模型模块放置排序顺序和位置均正确，则建筑模型模块自动定位；若建筑模型模块放置排序顺序和位置其一错误，则提示操作错误请重新排序。例如地下室防水构造知识点，用户在此单元需要将地下室防水模型多层次依次叠合还原，用户拾取散落的构造层次进行还原时，若用户已经将构造层次放置在大概位置了，建筑模型模块放置位置与方向均正确，则建筑模型模块自动定位；若建筑模型模块放置位置与方向其一错误，则提示操作错误，请重新排序。该构造层次会自动校对方向和位置，免于用于精准调整构造层次的位置，这样设定更为节省时间。建筑模型的装配很重要，装配之中的每一步可能会影响到后续建筑模型的功能，因此这样的设定加强对建筑模型装配的熟练程度。系统还包括：用户操控手柄1双击待学习物体的建筑模型，待学习物体的建筑模型自动生成剖面图，用户操控手柄1双击剖面图，其剖面图被收回。建筑模型的剖面图对建筑类教学尤为重要，因此通过这种方式加强用户对建筑模型剖面图的理解和记忆。

一种用于建筑教学的交互式虚拟现实系统，还包括：多功能座位，用于放置VR头显2；显示屏，用于同步显示VR头显2内显示的内容，使得教室可监控学生的学习情况。

一种基于虚拟现实的建筑教学培训系统的使用方法，包括如下步骤：

步骤一：用户戴上VR头显2，VR头显2示用户需要学习的虚拟现实内容，并且显示屏同步显示VR头显2显示的虚拟现实内容；

步骤二：用户操控手柄1点击文字说明，VR头显2高亮显示文字说明对应的建筑模型部分；用户操控手柄1长按并拖拽待学习物体的建筑模型，建筑模型跟随拖拽方向旋转；用户操控手柄1停止按动手柄1，待学习物体的建筑模型停止旋转；用户操控所述手柄1指向待学习物体的建筑模型，待学习物体的建筑模型自动生成剖面图，用户操控所述手柄1离开建筑模型，其剖面图被收回；

步骤三：用户操控手柄1点击题号，题面自动展开，用户页面显示用户对题面的操作时间，用户操控手柄1选择选项，其控制器3控制练习单元5将用户选择的选项与正确答案比对，若用户选择的选项与正确答案一致，则操作提示显示正确，用户页面自动跳到下一题，反之，操作提示显示错误，用户需要对其选项重新作答，同时，错题集13自动储存用户回答错误的题面；

步骤四：用户控制手柄1点击错题集13，可选择再次作答错题集13内存储的题面；

步骤五：用户操作手柄1点击操作单元6，建筑模型自动拆分成模块并提示用户对建筑模型模块顺序放置，用户操作手柄1拾起并放置建筑模型模块，若拾起建筑模型模块的顺序和位置均正确，则提示操作正确，若用户顺序和位置其一错误，则提示重新排序。

通过VR头显2和手柄1的配合使用，将待学习的模型可视化，一方面，使得学生更容易理解待学习的模型，另一方面，利用互动式的学习模式使得学生在上课时的投入程度更高，学习兴趣更强，同时，本方案具有较强的互动效果，其操作视角可以实时跟随用户眼球转动的方向，实时跟进，加强用户的体验效果。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种基于虚拟现实的建筑教学培训系统，包括：

VR头显（2），用于显示和存储用户需要学习的虚拟现实内容；

手柄（1），用于与VR头显（2）配合，通过所述手柄（1）与虚拟现实内容中的场景进行互动；

其特征在于，还包括：

指示单元（4），用于三维显示用户待学习的虚拟现实内容；

所述指示单元（4）包括待学习物体的建筑模型和用于建筑模型的文字说明；

控制器（3），用于接收手柄（1）的动作请求并向指示单元（4）发出控制指令，实现与

用户的交互；

接收所述手柄（1）点击文字说明的信号后，所述控制器（3）控制所述VR头显（2）高

亮显示待学习物体的建筑模型；

接收所述手柄（1）长按并拖拽待学习物体的建筑模型的信号后，待学习物体的建筑模型跟随拖拽方向旋转；接收所述手柄（1）停止长按并拖拽待学习物体的建筑模型的信号后，待学习物体的建筑模型停止旋转；

接收所述手柄（1）指向待学习物体的建筑模型的信号后，待学习物体的建筑模型自动生成剖面图，接收所述手柄（1）离开建筑模型的信号后，其剖面图被收回；

所述VR头显（2）视角与用户眼球转动方向一致。

2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实的建筑教学培训系统，其特征在于，所述

指示单元（4）以面板的形式呈现。

3.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实的建筑教学培训系统，其特征在于，还包

括：练习单元（5），用于加深用户的记忆而进行的习题练习；

所述练习单元（5）包括：

题库（7），将待练习的建筑模型知识点编辑成选择题；

存储子单元（8），与题库（7）和控制器（3）相连，存储编辑完成的题库（7）；

选取子单元（9），与存储子单元（8）和控制器（3）相连，用于生成用户的待练习内容；

输出子单元（10），与选取子单元（9）和控制器（3）相连，将选取的待练习内容输出显示在用户界面上；

互动子单元（11），与选取子单元（9）和控制器（3）相连，用于给用户检索符合条件的选择题进行练习并储存用户的动作。

4.根据权利要求3所述的一种基于虚拟现实的建筑教学培训系统，其特征在于，所述输出子单元（10）在用户界面上的显示内容包括：题号，题面，选项，正确答案，操作提示，其中，接收所述手柄（1）点击题号的信号后，所述控制器（3）控制题面自动展开，接收所述手柄（1）选择选项的信号后，所述控制器（3）控制所述练习单元（5）将用户选择的选项与正确答案比对，若用户选择的选项与正确答案一致，则操作提示显示正确，反之，操作提示显示错误。

5.根据权利要求4所述的一种基于虚拟现实的建筑教学培训系统，其特征在于，所述练习单元（5）还包括：计时子单元（12），与选取子单元（9）和控制器（3）相连，用于计时用户检索选择题选项的操作时间，并将用户操作时间输出显示在用户界面上。

6.根据权利要求4所述的一种基于虚拟现实的建筑教学培训系统，其特征在于，所述练习单元（5）还包括：错题集（13），与选取子单元（9）、输出子单元（10）和控制器（3）相连，用于统计和收集用户的错题，其中，用户操控所述手柄（1）选择选项，若用户选择的选项与正确答案不一致，则控制器（3）控制错题集（13）自动存储题面，反之，错题集（13）不存储题面。

7.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实的建筑教学培训系统，其特征在于，还包括：操作单元（6），用于检查测试用户的学习情况而进行的实物操作；

所述操作单元（6）为待用户操作的建筑模型模块；

接收所述手柄（1）点击操作单元（6）的信号后，所述控制器（3）控制建筑模型模块自动拆分并提示用户操作所述手柄（1）将建筑模型模块顺序放置，若用户将建筑模型模块排序顺序和位置均正确，则提示操作正确，若用户排序顺序和位置错误，则提示重新排序。

8.根据权利要求7所述的一种基于虚拟现实的建筑教学培训系统，其特征在于，接收

所述手柄（1）放置建筑模型模块的信号后，若建筑模型模块放置位置与方向均正确，则建筑模型模块自动定位；若建筑模型模块放置位置与方向其一错误，则提示操作错误，请重新排序。

9.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实的建筑教学培训系统，其特征在于，还包括：

多功能座位，用于放置VR头显（2）；

显示屏，用于同步显示VR头显（2）内显示的内容。

10.根据权利要求1-9所述的一种基于虚拟现实的建筑教学培训系统的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：用户戴上VR头显（2），VR头显（2）示用户需要学习的虚拟现实内容，并且显示屏同步显示VR头显（2）显示的虚拟现实内容；

步骤二：用户操控手柄（1）点击文字说明，VR头显（2）高亮显示文字说明对应的建筑模型部分；用户操控手柄（1）长按并拖拽待学习物体的建筑模型，建筑模型跟随拖拽方向旋转；用户操控手柄（1）停止按动手柄（1），待学习物体的建筑模型停止旋转；用户操控所述手柄（1）指向待学习物体的建筑模型，待学习物体的建筑模型自动生成剖面图，用户操控所述手柄（1）离开建筑模型，其剖面图被收回；

步骤三：用户操控手柄（1）点击题号，题面自动展开，用户页面显示用户对题面的操作时间，用户操控手柄（1）选择选项，其控制器（3）控制练习单元（5）将用户选择的选项与正确答案比对，若用户选择的选项与正确答案一致，则操作提示显示正确，用户页面自动跳到下一题，反之，操作提示显示错误，用户需要对其选项重新作答，同时，错题集（13）自动储存用户回答错误的题面；

步骤四：用户控制手柄（1）点击错题集（13），可选择再次作答错题集（13）内存储的题面；

步骤五：用户操作手柄（1）点击操作单元（6），建筑模型自动拆分成模块并提示用户对建筑模型模块顺序放置，用户操作手柄（1）拾起并放置建筑模型模块，若拾起建筑模型模块的顺序和位置均正确，则提示操作正确，若用户顺序和位置其一错误，则提示重新排序。

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