CN115880954A - 一种基于元宇宙的教学互动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于元宇宙的教学互动系统，涉及元宇宙技术领域，包括课堂数据收集模块、数据采集模块、物理环境模拟模块、视觉呈现模块以及听觉呈现模块；通过设置课堂数据收集模块预先收集待教学班级的基础信息；设置数据采集模块实时采集元宇宙课堂中需要展示的数据；设置物理环境模拟模块在元宇宙环境中对真实的课堂物理环境进行可视化模拟；设置视觉呈现模块将元宇宙课堂的教学场景向教师以及学生进行视觉呈现；设置听觉呈现模块为元宇宙课堂中的每个学生与教师带来听觉上的呈现；教师与学生如同在实际课堂中一样教学以及互动；提高了网课的互动性以及互动性。
Description
技术领域
本发明属于元宇宙领域，涉及元宇宙教学技术，具体是一种基于元宇宙的教学互动系统。
背景技术
元宇宙作为是利用科技手段进行链接与创造的，与现实世界映射与交互的虚拟世界，具备新型社会体系的数字生活空间；同时，目前学生广泛采用网课的方式进行教学活动，而网课所使用的直播形式是二维平面上的，难以进行正常课堂上的互动行为；而元宇宙的特点正好满足了网课的互动性；目前尚未有提出在元宇宙环境中，向学生以及教师呈现出虚拟课堂，并在元宇宙环境中授课以及互动的技术；
为此，提出一种基于元宇宙的教学互动系统。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于元宇宙的教学互动系统，该一种基于元宇宙的教学互动系统通过设置课堂数据收集模块预先收集待教学班级的基础信息；设置数据采集模块实时采集元宇宙课堂中需要展示的数据；设置物理环境模拟模块在元宇宙环境中对真实的课堂物理环境进行可视化模拟；设置视觉呈现模块将元宇宙课堂的教学场景向教师以及学生进行视觉呈现；设置听觉呈现模块为元宇宙课堂中的每个学生与教师带来听觉上的呈现；教师与学生如同在实际课堂中一样教学以及互动；提高了网课的互动性以及互动性。
为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出一种基于元宇宙的教学互动系统，包括课堂数据收集模块、数据采集模块、物理环境模拟模块、视觉呈现模块以及听觉呈现模块；其中，各个模块之间通过电气方式和/或无线网络方式连接；
其中，所述课堂数据收集模块主要用于预先收集待教学班级的基础信息；
所述课堂数据收集模块收集的待教学班级的基础信息包括班级实际信息以及班级虚拟信息；其中，所述班级实际信息包括该班级的编号、学生名单、学生座位安排、教师名单以及课堂的课程安排；所述班级虚拟信息包括每个班级中，学生名单以及教师名单中的学生和教师对应的元宇宙账号；
所述课堂数据收集模块将待教学班级的基础信息发送至数据采集模块；
其中，所述数据采集模块主要用于实时采集元宇宙课堂中需要展示的数据；
所述数据采集模块包括人体数据采集单元、设备数据采集单元以及声音数据采集单元；
其中，所述人体数据采集单元主要用于实时采集教师与学生的姿势以及行动数据；
所述人体数据采集单元采集姿势以及行动数据包括以下捕捉：
步骤S1：人体数据采集单元通过图像捕获设备实时捕获学生以及教师的图像，并通过图像分析技术捕获学生以及教师的姿势；
步骤S2：人体数据采集单元通过智能穿戴设备实时捕获学生以及教师所采取的动作；
所述人体数据采集单元将采集到的学生与教师的姿势以及行动数据发送至视觉呈现模块；
其中，所述设备数据采集单元主要用于预先采集元宇宙课堂中需要的物理设备数据；
所述设备数据采集单元通过光学扫描仪器扫描物理设备的方式，将物理设备的物理外观转化为数字信息；所述物理设备包括但不限于学生使用的桌椅、每门课程的课本、教师使用的黑板以及板书需要的粉笔或油墨笔等；所述设备数据采集单元将物理设备扫描获得的数字信息进行保存；所述设备数据采集单元将采集到的物理设备数据发送至视觉呈现模块；
其中，所述声音数据采集单元主要用于实时捕获元宇宙课堂中，每个教师与学生发出的声音数据；声音数据包括声音的音调、响度以及音色；
所述声音数据采集单元捕获声音数据的方式为：通过声音捕捉设备实时捕获教师以及学生说话或动作所发出的声音；
所述声音数据采集单元将采集到的声音数据发送至听觉呈现模块；
其中，所述物理环境模拟模块主要用于在元宇宙环境中将物理环境进行模拟；
所述物理环境模拟模块对物理环境进行模拟包括以下步骤：
步骤P1：所述物理环境模拟模块预先设置课堂物理参数；并根据课堂物理参数、桌椅形状和大小以及学生人数生成班级教室的空间大小；所述课堂物理参数包括桌椅前后距离以及教师在黑板前的活动空间；
步骤P2：教师在进行教学前，通过所述物理环境模拟模块选择教室视觉风格；
步骤P3：所述物理环境模拟模块在元宇宙空间中生成对应视觉风格以及空间大小的虚拟教室；并在虚拟教室中按照课堂的物理参数进行桌椅、黑板、课本以及粉笔或油墨笔的摆放；
所述物理环境模拟模块将模拟出的物理环境发送至视觉呈现模块以及听觉呈现模块；
其中，所述视觉呈现模块主要用于将元宇宙课堂的教学场景向教师以及学生进行视觉呈现；
所述视觉呈现模块向教师以及学生进行视觉呈现教学场景包括以下步骤：
步骤Q1：每个学生与教师登录元宇宙账号后，根据账号信息，向其呈现出对应班级编号的模拟教室环境；并将学生的元宇宙形象安排在对应模拟课堂的座位位置；将教师的元宇宙形象安排在黑板前方；
步骤Q2：根据实时接收到的每个学生以及教师的姿势以及行动数据，实时调节学生以及教师在元宇宙课堂中对应的姿势以及行动；
步骤Q3：对于每个学生以及教师在行动中所使用的物理设备，根据物理设备对应的物理属性，向学生与教师展现对应的行为结果；
其中，所述听觉呈现模块主要用于为元宇宙课堂中的每个学生与教师带来听觉上的呈现；
所述听觉呈现模块在元宇宙课堂中进行听觉呈现的方式为：所述听觉呈现模块实时接收教师与学生发出的声音；对收集的每道声音进行去噪，并根据元宇宙课堂所模拟的物理环境的物理特征，将每道声音在对应物理环境下进行传播以及反射模拟，生成模拟声音向所有学生以及教师进行呈现。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过使用元宇宙技术，将身处不同位置的学生以及教师安排在同一间元宇宙的虚拟课堂中；在虚拟课堂中，教师与学生如同在实际课堂中一样教学以及互动；提高了网课的互动性以及互动性。
附图说明
图1为本发明的原理图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种基于元宇宙的教学互动系统，包括课堂数据收集模块、数据采集模块、物理环境模拟模块、视觉呈现模块以及听觉呈现模块；其中，各个模块之间通过电气方式和/或无线网络方式连接；
可以理解的是，元宇宙作为是利用科技手段进行链接与创造的，与现实世界映射与交互的虚拟世界，具备新型社会体系的数字生活空间；同时，目前学生广泛采用网课的方式进行教学活动，而网课所使用的直播形式是二维平面上的，难以进行正常课堂上的互动行为；而元宇宙的特点正好满足了网课的互动性；
其中，所述课堂数据收集模块主要用于预先收集待教学班级的基础信息；
可以理解的是，在学校的教学班级中，班级的教师以及学生的名单是固定的；且每天的课程安排是预先经过设置的；
在一个优选的实施例中，所述课堂数据收集模块收集的待教学班级的基础信息包括班级实际信息以及班级虚拟信息；其中，所述班级实际信息包括该班级的编号、学生名单、学生座位安排、教师名单以及课堂的课程安排；所述班级虚拟信息包括每个班级中，学生名单以及教师名单中的学生和教师对应的元宇宙账号；
所述课堂数据收集模块将待教学班级的基础信息发送至数据采集模块；
其中，所述数据采集模块主要用于实时采集元宇宙课堂中需要展示的数据；
所述数据采集模块包括人体数据采集单元、设备数据采集单元以及声音数据采集单元；
其中，所述人体数据采集单元主要用于实时采集教师与学生的姿势以及行动数据；
在一个优选的实施例中，所述人体数据采集单元采集姿势以及行动数据包括以下捕捉：
步骤S1：人体数据采集单元通过图像捕获设备实时捕获学生以及教师的图像，并通过图像分析技术捕获学生以及教师的姿势；
步骤S2：人体数据采集单元通过智能穿戴设备实时捕获学生以及教师所采取的动作；
所述人体数据采集单元将采集到的学生与教师的姿势以及行动数据发送至视觉呈现模块；
其中，所述设备数据采集单元主要用于预先采集元宇宙课堂中需要的物理设备数据；
在一个优选的实施例中，所述设备数据采集单元通过光学扫描仪器扫描物理设备的方式，将物理设备的物理外观转化为数字信息；所述物理设备包括但不限于学生使用的桌椅、每门课程的课本、教师使用的黑板以及板书需要的粉笔或油墨笔等；所述设备数据采集单元将物理设备扫描获得的数字信息进行保存；需要理解的是，对于学生课程的课本，需要使用光学扫描仪器扫描课本的每一页；且将所有页面按课本中页面的实际顺序进行排序；所述设备数据采集单元将采集到的物理设备数据发送至视觉呈现模块；
其中，所述声音数据采集单元主要用于实时捕获元宇宙课堂中，每个教师与学生发出的声音数据；声音数据包括声音的音调、响度以及音色；
在一个优选的实施例中，所述声音数据采集单元捕获声音数据的方式为：通过声音捕捉设备实时捕获教师以及学生说话或动作所发出的声音；
所述声音数据采集单元将采集到的声音数据发送至听觉呈现模块；
其中，所述物理环境模拟模块主要用于在元宇宙环境中将物理环境进行模拟；
在一个优选的实施例中，所述物理环境模拟模块对物理环境进行模拟包括以下步骤：
步骤P1：所述物理环境模拟模块预先设置课堂物理参数；并根据课堂物理参数、桌椅形状和大小以及学生人数生成班级教室的空间大小；所述课堂物理参数包括桌椅前后距离以及教师在黑板前的活动空间；
步骤P2：教师在进行教学前，通过所述物理环境模拟模块选择教室视觉风格；
步骤P3：所述物理环境模拟模块在元宇宙空间中生成对应视觉风格以及空间大小的虚拟教室；并在虚拟教室中按照课堂的物理参数进行桌椅、黑板、课本以及粉笔或油墨笔的摆放；
所述物理环境模拟模块将模拟出的物理环境发送至视觉呈现模块以及听觉呈现模块；
其中，所述视觉呈现模块主要用于将元宇宙课堂的教学场景向教师以及学生进行视觉呈现；
所述视觉呈现模块向教师以及学生进行视觉呈现教学场景包括以下步骤：
步骤Q1：每个学生与教师登录元宇宙账号后，根据账号信息，向其呈现出对应班级编号的模拟教室环境；并将学生的元宇宙形象安排在对应模拟课堂的座位位置；将教师的元宇宙形象安排在黑板前方；
步骤Q2：根据实时接收到的每个学生以及教师的姿势以及行动数据，实时调节学生以及教师在元宇宙课堂中对应的姿势以及行动；
步骤Q3：对于每个学生以及教师在行动中所使用的物理设备，根据物理设备对应的物理属性，向学生与教师展现对应的行为结果；作为一个示例：当教师在元宇宙课堂中拿起粉笔时，通过粉笔在黑板上书写时，在元宇宙课堂中，向学生与教师展示由粉笔与黑板的物理属性带来的在黑板上留下的印记；
其中，所述听觉呈现模块主要用于为元宇宙课堂中的每个学生与教师带来听觉上的呈现；
在一个优选的实施例中，所述听觉呈现模块在元宇宙课堂中进行听觉呈现的方式为：所述听觉呈现模块实时接收教师与学生发出的声音；进一步的，对收集的每道声音进行去噪，并根据元宇宙课堂所模拟的物理环境的物理特征，将每道声音在对应物理环境下进行传播以及反射模拟，生成模拟声音向所有学生以及教师进行呈现。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。
Claims (8)
1.一种基于元宇宙的教学互动系统，其特征在于，包括课堂数据收集模块、数据采集模块、物理环境模拟模块、视觉呈现模块以及听觉呈现模块；其中，各个模块之间通过电气方式和/或无线网络方式连接；
所述课堂数据收集模块用于预先收集待教学班级的基础信息；所述课堂数据收集模块将待教学班级的基础信息发送至数据采集模块；
所述数据采集模块包括人体数据采集单元、设备数据采集单元以及声音数据采集单元；
所述人体数据采集单元用于实时采集教师与学生的姿势以及行动数据；
所述设备数据采集单元用于预先采集元宇宙课堂中需要的物理设备数据；
所述声音数据采集单元用于实时捕获元宇宙课堂中，每个教师与学生发出的声音数据；
所述数据采集模块将采集到的学生的姿势以及行动数据和理设备数据；发送至视觉呈现模块，将采集到的声音数据发送至听觉呈现模块；
所述物理环境模拟模块用于在元宇宙环境中将物理环境进行模拟；所述物理环境模拟模块将模拟出的物理环境发送至视觉呈现模块以及听觉呈现模块；
所述视觉呈现模块用于将元宇宙课堂的教学场景向教师以及学生进行视觉呈现；
所述听觉呈现模块用于为元宇宙课堂中的每个学生与教师带来听觉上的呈现。
2.根据权利要求1所述的一种基于元宇宙的教学互动系统，其特征在于，所述课堂数据收集模块收集的待教学班级的基础信息包括班级实际信息以及班级虚拟信息；其中，所述班级实际信息包括该班级的编号、学生名单、学生座位安排、教师名单以及课堂的课程安排；所述班级虚拟信息包括每个班级中，学生名单以及教师名单中的学生和教师对应的元宇宙账号。
3.根据权利要求1所述的一种基于元宇宙的教学互动系统，其特征在于，所述人体数据采集单元采集姿势以及行动数据包括以下捕捉：
步骤S1：人体数据采集单元通过图像捕获设备实时捕获学生以及教师的图像，并通过图像分析技术捕获学生以及教师的姿势；
步骤S2：人体数据采集单元通过智能穿戴设备实时捕获学生以及教师所采取的动作。
4.根据权利要求1所述的一种基于元宇宙的教学互动系统，其特征在于，所述设备数据采集单元通过光学扫描仪器扫描物理设备的方式，将物理设备的物理外观转化为数字信息。
5.根据权利要求1所述的一种基于元宇宙的教学互动系统，其特征在于，所述声音数据采集单元捕获声音数据的方式为：通过声音捕捉设备实时捕获教师以及学生说话或动作所发出的声音。
6.根据权利要求1所述的一种基于元宇宙的教学互动系统，其特征在于，所述物理环境模拟模块对物理环境进行模拟包括以下步骤：
步骤P1：所述物理环境模拟模块预先设置课堂物理参数；并根据课堂物理参数、桌椅形状和大小以及学生人数生成班级教室的空间大小；所述课堂物理参数包括桌椅前后距离以及教师在黑板前的活动空间；
步骤P2：教师在进行教学前，通过所述物理环境模拟模块选择教室视觉风格；
步骤P3：所述物理环境模拟模块在元宇宙空间中生成对应视觉风格以及空间大小的虚拟教室；并在虚拟教室中按照课堂的物理参数进行物理设备的摆放。
7.根据权利要求1所述的一种基于元宇宙的教学互动系统，其特征在于，所述视觉呈现模块向教师以及学生进行视觉呈现教学场景包括以下步骤：
步骤Q1：每个学生与教师登录元宇宙账号后，根据账号信息，向其呈现出对应班级编号的模拟教室环境；并将学生的元宇宙形象安排在对应模拟课堂的座位位置；将教师的元宇宙形象安排在黑板前方；
步骤Q2：根据实时接收到的每个学生以及教师的姿势以及行动数据，实时调节学生以及教师在元宇宙课堂中对应的姿势以及行动；
步骤Q3：对于每个学生以及教师在行动中所使用的物理设备，根据物理设备对应的物理属性，向学生与教师展现对应的行为结果。
8.根据权利要求1所述的一种基于元宇宙的教学互动系统，其特征在于，所述听觉呈现模块在元宇宙课堂中进行听觉呈现的方式为：所述听觉呈现模块实时接收教师与学生发出的声音；对收集的每道声音进行去噪，并根据元宇宙课堂所模拟的物理环境的物理特征，将每道声音在对应物理环境下进行传播以及反射模拟，生成模拟声音向所有学生以及教师进行呈现。
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