CN114399613B - 一种基于虚拟现实的实验教学仿真方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于虚拟现实的实验教学仿真方法及系统，参照机顶盒的实物进行建模，得到机顶盒的VR模型；根据实际教学环境搭建仿真教室模型，将机顶盒VR模型放置在搭建的仿真教室模型中；利用IdeaVR对仿真教室模型和机顶盒VR模型进行动画设计；设计机顶盒VR模型的移动缩放动画、晃动动画和复位动画；利用IdeaVR的交互编辑器，使用逻辑连线对设计的动画进行交互设置；根据交互设置得到应用于教学的VR设计，用于展示VR场景及VR模型，并与VR模型进行互动，在不同的互动下播放预先设定好的动画，实现基于虚拟现实的实验教学仿真。本发明有效降低了教学成本，环境友好性优，具有借助互联网高效传输的特性，突破了实验的地域限制。

Description

一种基于虚拟现实的实验教学仿真方法及系统

技术领域

本发明属于VR教学技术领域，具体涉及一种基于虚拟现实的实验教学仿真方法及系统。

背景技术

VR目前作为一个新兴的充满生机领域，无论是资本市场还是行业分析都对其抱有极高的乐观预计。目前许多信号与数据似乎都在表明，教育领域是VR技术的重要落脚点之一。在科研教学，医学领域的应用中，虽无法完全取代真实练习，但已经可以作为预习和强化记忆的手段，随着政策的鼓励和市场的驱动，预计虚拟现实教育市场还将增长。

目前大部分VR教学系统只能提供单人交互，无法实现远程教学的同步互动，制作学习成本较高，这限制了VR在教学领域的发展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于虚拟现实的实验教学仿真方法及系统，极大的提高教学质量，激发学生的学习兴趣。

本发明采用以下技术方案：

一种基于虚拟现实的实验教学仿真方法，包括以下步骤：

S1、参照机顶盒的实物进行建模，得到机顶盒的VR模型；

S2、根据实际教学环境搭建仿真教室模型，将步骤S1搭建的机顶盒VR模型放置在搭建的仿真教室模型中；

S3、利用IdeaVR对步骤S2搭建的仿真教室模型和机顶盒VR模型进行动画设计；

S4、设计机顶盒VR模型的移动缩放动画、晃动动画和复位动画；

S5、利用IdeaVR的交互编辑器，使用逻辑连线对步骤S3设计的动画和步骤S4中设计的动画进行交互设置；

S6、根据步骤S5的交互设置得到应用于教学的VR设计，用于展示VR场景及VR模型，并与VR模型进行互动，在不同的互动下播放预先设定好的动画，实现基于虚拟现实的实验教学仿真。

具体的，步骤S1中，机顶盒的VR模型包括塑胶外壳模型、PCB板、HDMI插座和四对差分线，HDMI插座和四对差分线置于PCB板上，PCB板放置于塑胶外壳模型中，用于还原机顶盒实物的空间分布结构。

具体的，步骤S2中，使用3Dmax搭建仿真教室模型，再导出.fbx文件，结合IdeaVR的材质预设，对仿真教室模型的环境进行优化。

具体的，步骤S3中，动画设计具体为：

在IdeaVR的动画编辑器中添加potision、rotation和scale动画，加入复位功能与循环播放功能，形成机顶盒模型的动画效果；然后添加动画，选择动画类型和节点，在编辑器中控制时间和节点的关键帧，演示动画，调整后保存。

进一步的，机顶盒的虚拟拆卸过程如下：

打开动画编辑器，选择position动画和机顶盒的节点，选择机顶盒初始位置的关键帧；进入编辑状态，拉动时间滑块，设置动画播放时间；移动机顶盒的位置，记录关键帧作为机顶盒动画的末位置；将文件保存为tracker文件，完成实验教学用模型的虚拟拆卸操作。

具体的，步骤S4中，移动缩放动画具体为：将机顶盒VR模型同比例放大；晃动动画具体为：模拟现实中HDMI插座处于非正常工作状态下发生的抖动现象；复位动画具体为：还原场景中所有因为用户互动产生的变化，将VR模型场景恢复为初始场景的动画。

具体的，步骤S5中，交互设置具体为：

将动画和用户操作模块以图形的形式出现在仿真教室模型的工作区，将任务开始点与触发器激活点连接，触发器节点与模型节点连接，触发器的输入点与动画节点连接，完成交互逻辑设计连接。

具体的，步骤S6中，根据现实使用的VR设备将显示屏、手柄、鼠标、VR眼睛设备与计算机连接，借助IVRplayer播放VR设计的文件，根据步骤S5的交互设置得到应用于教学的VR设计。

本发明的另一个技术方案是，一种基于虚拟现实的实验教学仿真系统，包括：

模型模块，参照机顶盒实物进行建模，得到机顶盒的VR模型；

环境模块，根据实际教学环境搭建仿真教室模型，将搭建的机顶盒VR模型放置在搭建的仿真教室模型中；

设置模块，利用IdeaVR对搭建的仿真教室模型和机顶盒VR模型进行动画设计和逻辑交互设置；

动画模块，设计机顶盒VR模型的移动缩放动画、晃动动画和复位动画；

编辑模块，利用IdeaVR的交互编辑器，使用逻辑连线对设置模块和动画模块中设计的动画进行交互设置；

仿真模块，根据编辑模块的交互设置得到应用于教学的VR模型，用于展示VR场景及VR模型，并与VR模型进行互动，在不同的互动下播放预先设定好的各种动画，实现基于虚拟现实的实验教学仿真。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种基于虚拟现实的实验教学仿真方法，利用IdeaVR对仿真教室模型和机顶盒VR模型进行动画设计；设计机顶盒VR模型的移动缩放动画、晃动动画和复位动画；使用逻辑连线对动画进行交互设置；根据交互设置得到应用于教学的VR设计，用于展示VR场景及VR模型，并与VR模型进行互动，在不同的互动下播放预先设定好的动画，实现基于虚拟现实的实验教学仿真，不仅使得以往受限于实验室条件的实验课程突破了空间、时间、现实资源的限制；而且拓宽了实验课的教学课题，由于VR仿真的虚拟型，借助VR技术可以对很多会威胁到学生安全的实验现象进行展示、使得原先基于安全考虑而被排除的高危实验内容也可以加入到教学中。

进一步的，采用VR模型代替真实设备进行教学，因为不需要购买或制作实验设备，也不存在实验设备老化或因为操作不当引起设备损坏的情况，所以可以降低教学成本。

进一步的，针对不同接受教学的群体，可以采用不同的教学场景，或者根据授课内容选择不同的场景可以让学习者更加了解教学内容在现实的生产中的使用场合。

进一步的，VR动画具有虚拟性与无害性，不仅可以真实地展示实验现象，也可以避免现实中危险实验现象可能会造成的环境污染或者人员伤亡，尤其针对教学内容涉及高危场景的实验。

进一步的，教学中使用到的设备可能在现实中因为其结构的复杂性不具备让学生拆卸的条件，但在VR教学中所有的设备在设计好拆卸动画的前提下都可以自由拆卸、组装，方便学生了解实验设备的内部构造。

进一步的，VR教学中因为VR模型不是真实存在的，所以可以对结构精巧难以观察的结构或者实验现象进行放大，使得学生观察更加方便。

进一步的，交互设置时VR模拟现实实验不可或缺的一部分，使其不仅仅是实验现象动画的播放，而且可以根据学生不同的交互操作播放不同的动画，使得学生在VR模拟教学场景中比传统的视频教学更加身临其境。

进一步的，因为VR教学的场景是以文件的形式保存的，实验可以通过邮箱传播，突破了空间的束缚，使得VR实验的教育资源更加便于传播和交流。

综上所述，本发明有效降低了教学成本，相比于传统实验其安全性能及环境友好性都更优，具有借助互联网高效传输的特性，突破了实验的地域限制。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为添加VR模型互动动画的时间轴关键步骤示意图；

图2为外壳移动的交互设置示意图；

图3为窄脚变宽脚的交互设置示意图。

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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

本发明提供了一种基于虚拟现实的实验教学仿真方法，运用IdeaVR和3Dmax软件，在3D建模软件中搭建虚拟教室及机顶盒HDMI插座连接实验的实验设备，使用3D建模软件搭建教学中需要的模型，并导入IdeaVR中并设计动画及人机交互；将机顶盒HDMI插座连接在VR设备上进行还原，实现不用去实验室或工厂就可以进行实验。解决传统实验教学中细微或结构内部现象难以观察的问题，降低了实验教学成本，可快速搭建场景，并且实现多人协同教学，让教学过程更立体，领先于传统VR系统。

本发明一种基于虚拟现实的实验教学仿真方法，包括以下步骤

S1、使用3D建模软件参照机顶盒建模，得到机顶盒模型；

S2、根据实际教学环境，利用3D建模软件搭建仿真教室模型，并将步骤S1搭建的机顶盒模型放置在搭建的仿真教室模型中间白色桌子上，得到教学用模型及对应场景，对实验设备进行操作；

仿真教室模型由3Dmax软件建立，再导出.fbx文件，结合IdeaVR的材质预设，对仿真教室模型的环境进行美化，得到最终效果。

S3、借助IdeaVR对步骤S2搭建的教学用模型进行动画设计和逻辑交互设置，实现模型与用户的互动；

在IdeaVR的动画编辑器中添加potision、rotation、scale等动画，可达到物体位移、旋转、缩放等效果，再加入复位功能与循环播放即形成一套基础的实验设备动画效果。

利用IdeaVR的动画编辑器建立动画的基本步骤是：添加动画——选择动画类型——选择节点——在编辑器中控制时间和节点的关键帧——演示动画——调整——保存动画。

在IdeaVR的交互编辑器中添加编辑好的动画，以及用户使用的交互操作，交互设置具体为：在交互编辑器的画布中，拖动任务模块到画布中，选择鼠标作为触发器，触发器包括鼠标、键盘或者适用于LED屏慕的手柄，拖动涉及的模型节点到画布中，拖动设计好的外壳移动动画模块到画布中，将所有模块进行逻辑连线，完成外壳移动的交互设置，通过点击外壳，播放外壳移动动画，完成外壳移动的交互功能。

S4、根据实际需求设计类似与拆卸机顶盒的二十组动画，包括实验设备移动缩放、三组HDMI插座晃动动画、复位动画等，满足教学实验基本使用要求；

移动缩放动画具体为：将机顶盒VR模型同比例放大；晃动动画具体为：模拟现实中HDMI插座处于非正常工作状态下发生的抖动现象；复位动画具体为：还原场景中所有因为用户互动产生的变化，将VR模型场景恢复为初始场景的动画。

S5、利用IdeaVR的交互编辑器对步骤S3和步骤S4中设计的动画使用逻辑连线进行交互设置；

交互设置具体为：

将动画和用户操作模块以图形的形式出现在仿真教室模型的工作区，将任务开始点与触发器激活点连接，触发器节点与模型节点连接，触发器的输入点与动画节点连接，完成交互逻辑设计连接。

S6、综合以上所有步骤，得到应用于教学的VR设计，在实际授课中展示VR场景以及实验设施模型，并通过鼠标、键盘或者手柄与VR模型进行互动，在不同的互动下IdeaVR软件会在场景中播放预先设定好的各种动画，对现实实验中可能遇到的各类情况进行仿真。

根据现实使用的VR设备将显示屏、手柄、鼠标、VR眼睛设备与计算机连接，借助IVRplayer播放VR设计的文件，根据步骤S5的交互设置得到应用于教学的VR设计。

本发明再一个实施例中，提供一种基于虚拟现实的实验教学仿真系统，该系统能够用于实现上述基于虚拟现实的实验教学仿真方法，具体的，该基于虚拟现实的实验教学仿真系统包括模型模块、设置模块、动画模块、编辑模块以及仿真模块。

其中，模型模块，参照机顶盒实物进行建模，得到机顶盒的VR模型；

环境模块，根据实际教学环境搭建仿真教室模型，将搭建的机顶盒VR模型放置在搭建的仿真教室模型中；

设置模块，利用IdeaVR对搭建的仿真教室模型和机顶盒VR模型进行动画设计和逻辑交互设置；

动画模块，设计机顶盒VR模型的移动缩放动画、晃动动画和复位动画；

编辑模块，利用IdeaVR的交互编辑器，使用逻辑连线对设置模块和动画模块中设计的动画进行交互设置；

仿真模块，根据编辑模块的交互设置得到应用于教学的VR模型，用于展示VR场景及VR模型，并与VR模型进行互动，在不同的互动下播放预先设定好的各种动画，实现基于虚拟现实的实验教学仿真。

本发明再一个实施例中，提供了一种终端设备，该终端设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(Central ProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor、DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能；本发明实施例所述的处理器可以用于基于虚拟现实的实验教学仿真方法的操作，包括：

参照机顶盒的实物进行建模，得到机顶盒的VR模型；根据实际教学环境搭建仿真教室模型，将机顶盒VR模型放置在搭建的仿真教室模型中；利用IdeaVR对仿真教室模型和机顶盒VR模型进行动画设计；设计机顶盒VR模型的移动缩放动画、晃动动画和复位动画；利用IdeaVR的交互编辑器，使用逻辑连线对仿真教室模型和机顶盒VR模型设计的动画和设计的机顶盒VR模型的移动缩放动画、晃动动画和复位动画进行交互设置；根据交互设置得到应用于教学的VR设计，用于展示VR场景及VR模型，并与VR模型进行互动，在不同的互动下播放预先设定好的动画，实现基于虚拟现实的实验教学仿真。

本发明再一个实施例中，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(Memory)，所述计算机可读存储介质是终端设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括终端设备中的内置存储介质，当然也可以包括终端设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速RAM存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。

可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中有关基于虚拟现实的实验教学仿真方法的相应步骤；计算机可读存储介质中的一条或一条以上指令由处理器加载并执行如下步骤：

参照机顶盒的实物进行建模，得到机顶盒的VR模型；根据实际教学环境搭建仿真教室模型，将机顶盒VR模型放置在搭建的仿真教室模型中；利用IdeaVR对仿真教室模型和机顶盒VR模型进行动画设计；设计机顶盒VR模型的移动缩放动画、晃动动画和复位动画；利用IdeaVR的交互编辑器，使用逻辑连线对仿真教室模型和机顶盒VR模型设计的动画和设计的机顶盒VR模型的移动缩放动画、晃动动画和复位动画进行交互设置；根据交互设置得到应用于教学的VR设计，用于展示VR场景及VR模型，并与VR模型进行互动，在不同的互动下播放预先设定好的动画，实现基于虚拟现实的实验教学仿真。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种基于虚拟现实的实验教学仿真方法，包括以下步骤

S1、使用3D建模软件参照机顶盒实物建模，得到机顶盒模型，如图1所示；

机顶盒模型包括：塑胶外壳、PCB、HDMI插座(两种可控)、四对差分线(三种可控)。

其中，PCB包含：固定的HDMI插座的PCB封装，固定的黑色接口芯片及其银色焊盘。

HDMI插座的PCB封装，包含12个条形银色焊盘和4个银色固定孔，固定孔内可以插入HMDI插座对象的四个固定脚；12个条形银色焊盘的尺寸为0.28*2.6mm的贴片条形焊盘，两焊盘中心距为0.5mm。

HDMI标准为19个贴片焊盘，包含差分线和普通线，其中每队差分线的中间焊盘都是一个地线。由于数量太多，故将该模型简化为仅表现四组差分线。

HDMI插座由于固定脚宽度与焊盘内径有0.4mm的间隙，第二种的固定脚又窄，导致HDMI插座装在PCB上后产生歪斜，使插座的信号脚和PCB上的12个焊盘出现偏斜的情况。因此，需要固定脚长与固定脚短两种HDMI插座。

可控的金色线路和灰色羡慕为四对差分线，差分线的本部规则是两条差分线应该等长靠近，差分对与差分对之间应分割或尽量远离。由于差分阻抗需要100欧姆，座椅线路做成三种粗细：

①线宽4.5mil，两线边距5mm，计算得阻抗95欧姆(满足100+-5欧姆)；

②线宽3.5mil，两线边距6mm，计算得阻抗109欧姆(满足100+-5欧姆)；

③线宽5.5mil，两线边距4.5mm，计算得阻抗84欧姆。

S2、根据实际教学环境，利用3D建模软件搭建仿真教室模型，并将步骤S1搭建的机顶盒模型放置在搭建的仿真教室模型中间白色桌子上，得到教学用模型及对应场景，对实验设备进行操作；

S3、在IdeaVR的动画编辑器中添加potision、rotation、scale等动画，可达到物体位移、旋转、缩放等效果，再加入复位功能与循环播放即形成一套基础的实验设备动画效果。

利用IdeaVR的动画编辑器建立动画的基本步骤是：添加动画——选择动画类型——选择节点——在编辑器中控制时间和节点的关键帧——演示动画——调整——保存动画。

以在VR场景中对机顶盒模型进行虚拟拆卸为例，下面为具体实施流程：

S301、打开动画编辑器，选择position动画和顶盖节点，选择顶盖初始位置的关键帧.

S302、进入编辑状态，拉动时间滑块，设置动画播放时间；

S303、移动顶盖到合适的位置，记录关键帧，此时会出现三个新的关键帧，就是顶盖动画的末位置.

S304、将文件保存为tracker文件，可在工程文件中找到并作用于后续的交互。

S4、根据实际需求设计类似与拆卸机顶盒的二十组动画，包括实验设备移动缩放、三组HDMI插座晃动动画、复位动画等，满足该教学实验基本使用要求；

S5、利用IdeaVR的交互编辑器对步骤S3和步骤S4中设计的动画使用逻辑连线进行交互设置，无需编程，调试过程用更换连线代替，节省了大量繁琐的工作。交互编辑器中的触发器有适用于PC端的鼠标、键盘，适用于LED屏幕的手柄，还有空间触发器；一般会用到的时间有颜色变化、亮度变化、纹理变化、显隐性、定时器等，可实现基本功能；部分交互也可利用Python脚本实现；

请参阅图2，以“外壳移动”为例说明交互设置：任务栏开始，激活任务，鼠标或手柄点击“切除-拉伸1”节点(及外壳模型)，此时就会播放外壳移动的动画。

请参阅图3，以普通脚(或称之为宽脚)与窄脚的切换为例，说明更复杂的交互：任务栏开始，激活任务，鼠标或者手柄左击“凸台-拉伸kuan”节点(及普通脚/宽脚模型)，即执行三个操作，隐藏四个宽脚、播放“move.tracker”即宽脚变窄脚的动画、定时器1秒后隐藏宽脚HDMI插座并显示窄脚HDMI插座。由于将“move.tracker”动画设计为1.2秒，前一秒宽脚插座产生歪斜，后0.2秒回复正常位置。这样就实现了四角消失的同时窄脚替换宽脚，再将宽脚HDMI插座隐藏后进行后0.2秒的复位动画。只需点击HDMI插座位置，就可以实现宽脚换窄脚的交互。

S6、综合以上所有步骤，得到应用于教学的VR设计，在实际授课中展示VR场景以及实验设施模型，并通过鼠标、键盘或者手柄与VR模型进行互动，在不同的互动下IdeaVR软件会在场景中播放预先设定好的各种动画，对现实实验中可能遇到的各类情况进行仿真。

综上所述，本发明一种基于虚拟现实的实验教学仿真方法及系统，不仅使得以往受限于实验室条件的实验课程突破了空间、时间、现实资源的限制；而且拓宽了实验课的教学课题，由于VR仿真的虚拟型，借助VR技术可以对很多会威胁到学生安全的实验现象进行展示、使得原先基于安全考虑而被排除的高危实验内容也可以加入到教学中。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于虚拟现实的实验教学仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、参照机顶盒的实物进行建模，得到机顶盒的VR模型；

S2、根据实际教学环境搭建仿真教室模型，将步骤S1搭建的机顶盒VR模型放置在搭建的仿真教室模型中；

S3、利用IdeaVR对步骤S2搭建的仿真教室模型进行动画设计，动画设计具体为：

在IdeaVR的动画编辑器中添加potision、rotation和scale动画，加入复位功能与循环播放功能，形成机顶盒模型的动画效果；然后添加动画，选择动画类型和节点，在编辑器中控制时间和节点的关键帧，演示动画，调整后保存；

机顶盒的虚拟拆卸过程如下：

打开动画编辑器，选择position动画和机顶盒的节点，选择机顶盒初始位置的关键帧；进入编辑状态，拉动时间滑块，设置动画播放时间；移动机顶盒的位置，记录关键帧作为机顶盒动画的末位置；将文件保存为tracker文件，完成实验教学用模型的虚拟拆卸操作；

S4、设计机顶盒VR模型的移动缩放动画、晃动动画和复位动画，移动缩放动画具体为：将机顶盒VR模型同比例放大；晃动动画具体为：模拟现实中HDMI插座处于非正常工作状态下发生的抖动现象；复位动画具体为：还原场景中所有因为用户互动产生的变化，将VR模型场景恢复为初始场景的动画；

S5、利用IdeaVR的交互编辑器，使用逻辑连线对步骤S3设计的仿真教室模型动画和步骤S4中设计的机顶盒VR模型动画进行交互设置；

S6、根据步骤S5的交互设置得到应用于教学的VR设计，用于展示VR场景及VR模型，并与VR模型进行互动，在不同的互动下播放预先设定好的动画，实现基于虚拟现实的实验教学仿真。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟现实的实验教学仿真方法，其特征在于，步骤S1中，机顶盒的VR模型包括塑胶外壳模型、PCB板、HDMI插座和四对差分线，HDMI插座和四对差分线置于PCB板上，PCB板放置于塑胶外壳模型中，用于还原机顶盒实物的空间分布结构。

3.根据权利要求1所述的基于虚拟现实的实验教学仿真方法，其特征在于，步骤S2中，使用3Dmax搭建仿真教室模型，再导出.fbx文件，结合IdeaVR的材质预设，对仿真教室模型的环境进行优化。

4.根据权利要求1所述的基于虚拟现实的实验教学仿真方法，其特征在于，步骤S5中，交互设置具体为：

将动画和用户操作模块以图形的形式出现在仿真教室模型的工作区，将任务开始点与触发器激活点连接，触发器节点与模型节点连接，触发器的输入点与动画节点连接，完成交互逻辑设计连接。

5.根据权利要求1所述的基于虚拟现实的实验教学仿真方法，其特征在于，步骤S6中，根据现实使用的VR设备将显示屏、手柄、鼠标、VR眼睛设备与计算机连接，借助IVRplayer播放VR设计的文件，根据步骤S5的交互设置得到应用于教学的VR设计。

6.一种基于虚拟现实的实验教学仿真系统，其特征在于，包括：

模型模块，参照机顶盒实物进行建模，得到机顶盒的VR模型；

环境模块，根据实际教学环境搭建仿真教室模型，将搭建的机顶盒VR模型放置在搭建的仿真教室模型中；

设置模块，利用IdeaVR对搭建的仿真教室模型进行动画设计，动画设计具体为：

在IdeaVR的动画编辑器中添加potision、rotation和scale动画，加入复位功能与循环播放功能，形成机顶盒模型的动画效果；然后添加动画，选择动画类型和节点，在编辑器中控制时间和节点的关键帧，演示动画，调整后保存；

机顶盒的虚拟拆卸过程如下：

打开动画编辑器，选择position动画和机顶盒的节点，选择机顶盒初始位置的关键帧；进入编辑状态，拉动时间滑块，设置动画播放时间；移动机顶盒的位置，记录关键帧作为机顶盒动画的末位置；将文件保存为tracker文件，完成实验教学用模型的虚拟拆卸操作；

动画模块，设计机顶盒VR模型的移动缩放动画、晃动动画和复位动画，移动缩放动画具体为：将机顶盒VR模型同比例放大；晃动动画具体为：模拟现实中HDMI插座处于非正常工作状态下发生的抖动现象；复位动画具体为：还原场景中所有因为用户互动产生的变化，将VR模型场景恢复为初始场景的动画；

编辑模块，利用IdeaVR的交互编辑器，使用逻辑连线对设置模块和动画模块中设计的动画进行交互设置；

仿真模块，根据编辑模块的交互设置得到应用于教学的VR模型，用于展示VR场景及VR模型，并与VR模型进行互动，在不同的互动下播放预先设定好的各种动画，实现基于虚拟现实的实验教学仿真。