CN113724399B - 一种基于虚拟现实教学知识点展示方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于虚拟现实教学知识点展示方法和系统，本方法包括：建立3D教学模型，采集用户对该模型操作的原始数据；对原始数据进行标签示例展示计算，生成知识点标签；根据用户对该模型的操作动作，对知识点标签进行标签重构计算。本系统包括用户模块、标签模块和反馈模块；用户模块用于生成3D教学模型，采集用户对该模型进行知识点标记的原始数据，标签模块用于对原始数据进行标签示例展示计算，生成知识点标签；反馈模块用于根据用户的操作动作，对知识点标签进行标签重构计算，生成知识点重构标签。本申请可以有效解决知识点标签遮挡模型的问题；通过标签重构的方式，使标签在虚拟场景中始终保持大小一致，提升知识展示效果。
Description
技术领域
本申请属于虚拟现实技术领域，具体涉及一种基于虚拟现实教学知识点展示方法和系统。
背景技术
虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向，是仿真技术与计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术、网络技术等多种技术的集合。虚拟现实技术主要涉及模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面，虚拟现实已成为当前科技企业的研究热点。
随着虚拟现实技术的发展，虚拟现实技术也逐渐被应用到教学过程中，通过虚拟现实技术，可以使学习不受时空限制，充分共享教学资源，沉浸式的学习方式也更容易被接收和理解。但是，传统的虚拟教学技术，通常以视频和图像的形式作为知识展示，展示效果比较单一；或者以固定UI面板配合模型的形式作为知识展示，展示效果不够形象具体，用户不能够很好的将知识和模型进行有效结合；新近发展的3D虚拟教学以3D模型位置做为基准点，用3D文字的形式进行知识展示，视觉效果出色，但是这种方式很容易造成3D文字对模型的遮挡，或者3D文字和模型造成重叠的问题，同时在3D虚拟场景中也会造成3D文字近大远小的问题，实际体验效果不够理想。3D虚拟教学需要更先进的虚拟现实展示技术，既能与用户充分互动，又能实时保证知识展示的效果。
发明内容
本申请提出了一种基于虚拟现实教学知识点展示方法和系统，本系统能够与用户充分互动，基于用户对3D教学模型的操作动作和信息输入，在3D模型中生成知识点标签，当用户对3D教学模型进行缩放、移动、旋转等操作时，依然可以实时呈现清晰的知识点标签，实时保证知识展示效果。
为实现上述目的，本申请提供了如下方案：
一种基于虚拟现实教学知识点展示方法，包括如下步骤：
建立3D教学模型，采集用户对所述3D教学模型进行知识点标记的原始数据；所述原始数据包括标记点位置和标记点知识内容；所述标记点位置为所述用户对所述3D教学模型进行知识点标记操作的位置点数据，所述标记点知识内容为所述用户向所述标记点位置输入的教学数据；
对所述原始数据进行标签示例展示计算，在所述3D教学模型中生成知识点标签；
根据所述用户对所述3D教学模型的操作动作，对所述知识点标签进行标签重构计算，在所述3D教学模型中生成知识点重构标签，完成教学知识点展示。
可选的，所述3D教学模型的建立方法包括：
将预设的分散教学模型加载到预设虚拟场景中，生成所述3D教学模型。
可选的，所述标签示例展示计算的方法包括：
对所述原始数据进行预设格式化操作，得到格式数据；
对所述格式数据进行分解计算，得到实例分解数据；
基于所述3D教学模型，对所述实例分解数据进行实例化处理，生成知识点标签。
可选的，所述实例分解数据包括标签指向线向量、标签面板位置数据和标签面板方向数据；
所述分解计算的方法包括：
对所述标记点位置和标记点向量进行向量差值运算，得到标签指向线向量，所述标记点向量为所述标记点位置相对于所述3D教学模型的中心点的向量；
对所述标签指向线向量进行位置转换计算，得到标签面板位置数据；
对所述标签面板位置数据和所述3D教学模型中预设的相机位置进行角度转换计算，得到所述标签面板方向数据。
可选的，所述标签重构计算的方法包括：
接收所述用户对所述3D教学模型的所述操作动作；
根据所述操作动作和所述3D教学模型中预设的所述相机位置对所述标签面板位置数据进行向量距离的差值处理，得到标签面板重构方向数据；
根据所述标签面板重构方向数据进行标签距离计算，得到标签-相机距离；
根据所述标签-相机距离对所述知识点标签进行标签大小和标签指向线的动态重绘操作，得到所述知识点重构标签。
可选的，所述标签-相机距离在预设阈值内时，不进行所述标签重构计算。
本申请还公开了一种基于虚拟现实教学知识点展示系统，包括：用户模块、标签模块和反馈模块；
所述用户模块用于生成3D教学模型，所述用户模块还用于采集用户对所述3D教学模型进行知识点标记的原始数据，以及接收所述用户对所述3D教学模型的操作动作；所述原始数据包括标记点位置和标记点知识内容；所述标记点位置为所述用户对所述3D教学模型进行知识点标记操作的位置点数据；所述标记点知识内容为所述用户向所述标记点位置输入的教学数据；
所述标签模块用于对所述原始数据进行标签示例展示计算，并在所述3D教学模型中生成知识点标签；
所述反馈模块用于根据所述操作动作，对所述知识点标签进行标签重构计算，并在所述3D教学模型中生成知识点重构标签。
可选的，所述用户模块包括模型展示单元、用户操作单元和用户输入单元；
所述模型展示单元用于生成所述3D教学模型；
所述用户操作单元用于接收所述用户的所述操作动作；
所述用户输入单元用于采集所述用户对所述3D教学模型进行知识点标记的原始数据。
可选的，所述标签模块包括源数据处理单元、标签数据处理单元和标签实例单元；
所述源数据处理单元用于对所述原始数据进行格式化处理，得到格式数据；
所述标签数据处理单元用于对所述格式数据进行分级计算，得到实例分解数据；
所述标签实例单元用于对所述实例分解数据进行实例化处理，生成所述知识点标签。
本申请的有益效果为：
本申请公开了一种基于虚拟现实教学知识点展示方法和系统，本申请的3D教学模型可以与用户充分互动，将用户的知识点标记和输入的知识内容以知识点标签的形式呈现在3D教学模型中，有效解决知识点标签在3D虚拟场景中遮挡模型的问题；同时，基于用户的操作动作，知识点标签可以通过标签重构的方式，适应3D教学模型的展示形态，实时呈现出清晰的知识点标签，有效解决知识点标签面板在3D虚拟场景中近大远小的问题，使标签在虚拟场景中始终保持大小一致，保证知识展示效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例一种基于虚拟现实教学知识点展示方法流程示意图；
图2为本申请实施例中标签示例展示计算方法流程示意图；
图3为本申请实施例中分解计算方法流程示意图；
图4为本申请实施例中知识点标签的重构处理方法流程示意图；
图5为本申请实施例一种基于虚拟现实教学知识点展示系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
实施例一
如图1所示，为本申请实施例一种基于虚拟现实教学知识点展示方法流程示意图。
S1.建立3D教学模型，采集用户对3D教学模型进行知识点标记的原始数据。
通过资源加载的方式将assetbundle、glb、gltf等格式的预设的分散教学模型加载输出到虚拟场景中，例如，通过3D引擎提供的加载API，首先将预设的3D场景模型加载到引擎中组成虚拟场景，然后将预设的分散教学模型加载到虚拟场景中，由此生成用户可操作的3D教学模型，该模型可提供旋转、移动、缩放等操作能力，使用户可以对3D教学模型进行操作，提供给用户一个可观看、可操作的虚拟现实平台。在用户操作过程中，本虚拟平台采集用户对3D教学模型知识点标记的标记点位置，以及向该标记点输入的对应的标记点知识内容，作为原始数据。
S2.对原始数据进行标签示例展示计算，在3D教学模型中生成知识点标签。
如图2所示，在本实施例中，标签示例展示计算采用如下方法：
S2.1.按照预先设定的格式，对原始数据进行格式化处理，得到格式数据；
在本实施例中，所有的原始数据都对应着一个教学模型部件，按照用户输入的标记点位置的向量信息、标记点所在的教学模型部件的位置向量信息、模型部件的名称信息以及模型部件的HashCode（模型部件的唯一标识符）信息作为原始数据，以模型部件HashCode（模型部件的唯一标识符）信息作为存储的Key，以标记点位置向量信息、教学模型部件的位置向量信息以及模型部件的名称信息作为Value，进行键值对储存，最终得到格式化的数据。
S2.2.对格式数据进行分解计算，得到实例分解数据；
在本实施例中，实例分解数据包括标签指向线向量、标签面板位置数据和标签面板方向数据；
相对应的，在本实施例中，分解计算采用如下方法，如图3所示：
S2.2.1.对标记点位置和标记点向量进行向量差值运算，得到标签指向线向量，其中标记点向量为该标记点位置相对于3D教学模型的中心点的向量；
S2.2.2.对标签指向线向量进行位置转换计算，得到标签面板位置数据；在本实施例中，采用以标签指向线向量为依据，以预设的标签指向线数据为偏移量进行求和计算得到标签面板位置数据。
S2.2.3.以标签面板位置数据和3D教学模型中预设的相机位置为依据进行角度转换计算，得到标签面板方向数据，即标签面板在3D场景中的方向数据。
S2.3.基于本实施例的3D教学模型，对实例分解数据进行实例化处理，生成知识点标签，并展示在3D教学模型中。
S3.根据用户对3D教学模型的操作动作，对知识点标签进行标签重构计算，在3D教学模型中生成知识点重构标签，完成教学知识点展示。
用户在3D教学模型中可以进行诸如缩放、旋转、移动等操作，此时标签的位置、形态都将发生改变，例如近距离变大、远距离变小，或者翻转、偏位等，因此，针对用户的操作，需要对知识点标签进行重构处理，使知识点标签适应用户的操作，始终保持一个清晰的显示。
在本实施例中，知识点标签的重构处理采用如下方法，如图4所示：
S3.1.获取用户对3D教学模型的操作状态，包括缩放、旋转、移动等操作；
S3.2.根据用户的操作，以3D教学模型中相机的中心点作为依据，对标签面板位置数据进行向量距离的差值计算，得到标签面板重构方向数据；
S3.3.对标签面板重构方向数据进行标签距离计算，该距离是知识点标签距离3D教学模型相机的位置距离，得到标签-相机距离；
S3.4.根据标签-相机距离对知识点标签进行标签大小和标签指向线的动态重绘操作，得到知识点重构标签。
在本实施例中，动态重绘操作方式是，以虚拟场景中展示的所有标签向量作为依据，得到场景中距离相机最近的标签位置向量和距离相机最远的标签位置向量进行平均值计算，计算得到一个中间位置向量；以该中间位置向量作为依据，对前述所有标签向量依次进行向量比对，小于中间位置向量的标签进行标签面板缩小处理，标签面板指向线进行缩短处理。反之，对标签面板进行放大处理，对标签面板指向线进行延长处理。
经过上述方法，生成一个知识点重构标签，该标签可以随着用户的操作而适应性的改变自身形态，始终保持一个清晰的显示。
可选的，如果标签-相机距离在预设阈值内时，则说明该知识点标签展示的内容是清晰的，此时可以不进行标签重构计算。
实施例二
如图5所示，为本申请实施例一种基于虚拟现实教学知识点展示系统的结构示意图。
在本实施例中，本教学知识点展示系统包括用户模块、标签模块和反馈模块。
其中，用户模块用于为用户提供可观看、可操作、可输入的平台，具体的，用户模块生成本实施例的3D教学模型，并且采集用户对3D教学模型进行知识点标记的原始数据，以及接收用户对3D教学模型的操作动作。在本实施例中，原始数据包括用户操作的标记点位置和标记点知识内容；标记点位置为用户对3D教学模型进行知识点标记操作的位置点数据；标记点知识内容为用户向该标记点位置输入的教学数据。
可选的，在本实施例中，用户模块包括模型展示单元、用户操作单元和用户输入单元；
在模型展示单元中，通过资源加载的方式将assetbundle、glb、gltf等格式的分散教学模型加载并输出到虚拟场景中，以提供用户可操作的3D教学模型。
在用户操作单元中，通过提供模型旋转、移动、缩放的操作能力，使用户可以对该3D教学模型进行操作。
在用户输入单元中，提供给用户对模型知识点标记及知识点输入的能力。用户通过该单元可以在3D教学模型上进行知识点位置标记，同时可以输入该标记点对应的知识点内容，这些合称为原始数据。
标签模块用于对原始数据进行标签示例展示计算，并在3D教学模型中生成知识点标签，包括对原始数据的格式化处理得到格式数据，对格式数据进行分解计算，得到实例分解数据，最后对实例分解数据进行实例化处理，生成知识点标签，并在3D教学模型中展示。
在本实施例中，标签模块包括源数据处理单元、标签数据处理单元和标签实例单元；
其中，源数据处理单元用于对原始数据进行格式化处理，得到格式数据；
标签数据处理单元用于对格式数据进行分解计算，得到实例分解数据。在本实施例中，实例分解数据包括标签指向线向量、标签面板位置数据和标签面板方向数据；因此，在本实施例中，该单元首先对标记点位置和标记点向量进行向量差值运算，得到标签指向线向量，其中标记点向量为该标记点位置相对于3D教学模型的中心点的向量；再以该标签指向线的数据作为依据，对标签指向线向量进行位置转换计算，得到标签面板位置数据；最后以标签面板位置数据和3D教学模型中预设的相机位置为依据进行角度转换计算，得到标签面板方向数据，即标签面板在3D场景中的方向数据。
标签实例单元用于对上述实例分解数据进行实例化处理，生成知识点标签，并展示在3D教学模型中，同时将知识点内容展示到该标签中。
用户在3D教学模型中可以进行诸如缩放、旋转、移动等操作，此时标签的位置、形态都将发生改变，例如近距离变大、远距离变小，或者翻转、偏位等，因此，针对用户的操作，需要对知识点标签进行重构处理，使知识点标签适应用户的操作，始终保持一个清晰的显示。
在本实施例中，反馈模块用于根据用户对3D教学模型的操作动作，包括缩放、旋转、移动等，对知识点标签进行标签重构计算，并在3D教学模型中生成知识点重构标签。其中，用户操作状态的数据源于用户模块中的用户操作单元。
可选的，在本实施例中，反馈模块包括操作状态获取单元和标签形态重构单元。其中，操作状态获取单元用于获取用户模块中用户操作单元的操作状态，当获取到用户操作结束的状态时，操作状态获取单元会立即将获取到的状态传递到标签形态重构单元进行标签重构处理，首先根据标签面板位置数据进行标签方向运算，该运算以3D教学模型中相机的中心点为依据进行向量距离的差值运算，最终得到标签面板重构方向数据，随后，根据标签面板重构方向数据进行举例计算，该距离是知识点标签距离3D教学模型相机的位置距离，得到标签-相机距离，最后根据标签-相机距离对知识点标签进行标签大小和标签指向线的动态重绘操作，得到知识点重构标签，并将重构后的标签形态输出到3d虚拟场景中，反馈给用户。
可选的，在本实施例中，如果标签-相机距离在预设阈值内时，则说明该知识点标签展示的内容是清晰的，此时可以不进行标签重构计算。
可选的，在本实施例中，为了加强各个模块间、及各个模块内数据处理单元间的数据传输和共享，增设数据传输模块，可选的，数据传输模块包括模块间传输单元和模块内传输单元，其中，模块间传输单元用于模块与模块之间的数据传输和共享，具体的在模块间数据传输过程中，主要负责将模块产生的数据进行模块间传播，进而形成数据在模块间的共享。模块内传输单元，用于模块内部单元与单元间的数据传输和共享，具体的负责将模块内单元生成的数据进行单元间传递，进而形成数据模块内共享。
以上所述的实施例仅是对本申请优选方式进行的描述，并非对本申请的范围进行限定，在不脱离本申请设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本申请的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本申请权利要求书确定的保护范围内。
Claims (5)
1.一种基于虚拟现实教学知识点展示方法，其特征在于，包括如下步骤：
建立3D教学模型，采集用户对所述3D教学模型进行知识点标记的原始数据；所述原始数据包括标记点位置和标记点知识内容；所述标记点位置为所述用户对所述3D教学模型进行知识点标记操作的位置点数据，所述标记点知识内容为所述用户向所述标记点位置输入的教学数据；
对所述原始数据进行标签示例展示计算，在所述3D教学模型中生成知识点标签；
根据所述用户对所述3D教学模型的操作动作，对所述知识点标签进行标签重构计算，在所述3D教学模型中生成知识点重构标签，完成教学知识点展示；
所述标签示例展示计算的方法包括：
对所述原始数据进行预设格式化操作，得到格式数据；
对所述格式数据进行分解计算，得到实例分解数据；
基于所述3D教学模型，对所述实例分解数据进行实例化处理，生成知识点标签；
所述实例分解数据包括标签指向线向量、标签面板位置数据和标签面板方向数据；
所述分解计算的方法包括：
对所述标记点位置和标记点向量进行向量差值运算，得到标签指向线向量，所述标记点向量为所述标记点位置相对于所述3D教学模型的中心点的向量；
对所述标签指向线向量进行位置转换计算，得到标签面板位置数据；
对所述标签面板位置数据和所述3D教学模型中预设的相机位置进行角度转换计算，得到所述标签面板方向数据；
所述标签重构计算的方法包括：
接收所述用户对所述3D教学模型的所述操作动作；
根据所述操作动作和所述3D教学模型中预设的所述相机位置对所述标签面板位置数据进行向量距离的差值处理，得到标签面板重构方向数据；
根据所述标签面板重构方向数据进行标签距离计算，得到标签-相机距离；
根据所述标签-相机距离对所述知识点标签进行标签大小和标签指向线的动态重绘操作，得到所述知识点重构标签；
动态重绘操作的方式是，以虚拟场景中展示的所有标签向量作为依据，得到场景中距离相机最近的标签位置向量和距离相机最远的标签位置向量进行平均值计算，计算得到一个中间位置向量；以中间位置向量作为依据，对所有标签向量依次进行向量比对，小于中间位置向量的标签进行标签面板缩小处理，标签面板指向线进行缩短处理；反之，对标签面板进行放大处理，对标签面板指向线进行延长处理。
2.根据权利要求1所述的基于虚拟现实教学知识点展示方法，其特征在于，所述3D教学模型的建立方法包括：
将预设的分散教学模型加载到预设虚拟场景中，生成所述3D教学模型。
3.根据权利要求1所述的基于虚拟现实教学知识点展示方法，其特征在于，
所述标签-相机距离在预设阈值内时，不进行所述标签重构计算。
4.一种基于虚拟现实教学知识点展示系统，其特征在于，包括：用户模块、标签模块和反馈模块；
所述用户模块用于生成3D教学模型，所述用户模块还用于采集用户对所述3D教学模型进行知识点标记的原始数据，以及接收所述用户对所述3D教学模型的操作动作；所述原始数据包括标记点位置和标记点知识内容；所述标记点位置为所述用户对所述3D教学模型进行知识点标记操作的位置点数据；所述标记点知识内容为所述用户向所述标记点位置输入的教学数据；
所述标签模块用于对所述原始数据进行标签示例展示计算，并在所述3D教学模型中生成知识点标签；
所述反馈模块用于根据所述操作动作，对所述知识点标签进行标签重构计算，并在所述3D教学模型中生成知识点重构标签；
所述标签模块包括源数据处理单元、标签数据处理单元和标签实例单元；
所述源数据处理单元用于对所述原始数据进行格式化处理，得到格式数据；
所述标签数据处理单元用于对所述格式数据进行分解计算，得到实例分解数据；
所述标签实例单元用于对所述实例分解数据进行实例化处理，生成所述知识点标签；
所述实例分解数据包括标签指向线向量、标签面板位置数据和标签面板方向数据；
所述分解计算的方法包括：
对所述标记点位置和标记点向量进行向量差值运算，得到标签指向线向量，所述标记点向量为所述标记点位置相对于所述3D教学模型的中心点的向量；
对所述标签指向线向量进行位置转换计算，得到标签面板位置数据；
对所述标签面板位置数据和所述3D教学模型中预设的相机位置进行角度转换计算，得到所述标签面板方向数据；
所述标签重构计算的方法包括：
接收所述用户对所述3D教学模型的所述操作动作；
根据所述操作动作和所述3D教学模型中预设的所述相机位置对所述标签面板位置数据进行向量距离的差值处理，得到标签面板重构方向数据；
根据所述标签面板重构方向数据进行标签距离计算，得到标签-相机距离；
根据所述标签-相机距离对所述知识点标签进行标签大小和标签指向线的动态重绘操作，得到所述知识点重构标签；
动态重绘操作的方式是，以虚拟场景中展示的所有标签向量作为依据，得到场景中距离相机最近的标签位置向量和距离相机最远的标签位置向量进行平均值计算，计算得到一个中间位置向量；以中间位置向量作为依据，对所有标签向量依次进行向量比对，小于中间位置向量的标签进行标签面板缩小处理，标签面板指向线进行缩短处理；反之，对标签面板进行放大处理，对标签面板指向线进行延长处理。
5.根据权利要求4所述的基于虚拟现实教学知识点展示系统，其特征在于，所述用户模块包括模型展示单元、用户操作单元和用户输入单元；
所述模型展示单元用于生成所述3D教学模型；
所述用户操作单元用于接收所述用户的所述操作动作；
所述用户输入单元用于采集所述用户对所述3D教学模型进行知识点标记的原始数据。
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