CN117218919B - 基于实物操作的三维仿真教学平台及操作方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种基于实物操作的三维仿真教学平台及操作方法，其中，基于实物操作的三维仿真教学平台，包括操作模块和模拟模块；操作模块包括仿真设备和操作设备；模拟模块，包括虚拟场景和显示装置；虚拟场景内构建有与仿真设备相同的仿真模型和虚拟操作者；虚拟操作者与操作设备连接，并模拟操作设备的动作；仿真模型与仿真设备连接，并模拟仿真设备的操作过程和运作过程。采用实践操作与数字模拟的方式相结合，一方面让学生能够对仿真设备进行真实操作，降低了让学生操作真实设备的危险性和成本，培养了学生的动手能力和操作能力；另一方面，结合数字模拟的模拟功能，使得学生能够直观感受到设备的真实运行过程，加强了教学效果。

Description

基于实物操作的三维仿真教学平台及操作方法

技术领域

本申请涉及仿真教学技术领域，尤其是涉及一种基于实物操作的三维仿真教学平台及操作方法。

背景技术

在职业技术或技能教学过程中，往往涉及机械加工、化学实验等大量需要进行实操的教学课程；传统方式中，通常采用先进行理论知识的教学，再组织学生进行真实机器操作以促进学生快速理解和掌握课程。然而，教学课程的理论知识往往较为抽象、复杂，学生难以充分理解和掌握，并且机械加工、化学实验等在实际操作过程中会存在严重的安全问题。在学生未掌握实操的要领时，具有极强的危险性和不确定性。

进一步的，实际真实设备的采购成本较大，难以满足大量学生的学习需求。同时，学生现在学习初期也会因为操作不熟练浪费大量操作过程中的耗材，并对真实设备的使用寿命造成影响，浪费较大，成本较高。

因此，现有技术中出现了的虚拟数字多媒体教学方式，采用构建三维虚拟场景的方式，模拟真实实验，保证学生实操过程中的安全性和操作学习需求。

然而，职业技术或技能教学是一种强实践性的教学，仅依靠虚拟演示，导致学生难以上手操作，仅能够满足学生的理论步骤的操作需求，对学生的动手能力，操作能力的培养微乎其微。因此亟须一种可以实际操作，安全性高，教学效果好的实操教学平台。

发明内容

本申请的目的在于解决现有技术中虚拟数字多媒体教学方式可操作性差，对学生的动手能力教学效果差的问题，因此，本申请提供了一种基于实物操作的三维仿真教学平台及操作方法，将实践操作与数字模拟的方式相结合，一方面让学生能够对仿真设备进行真实操作，降低了让学生操作真实设备的危险性和成本，培养了学生的动手能力和操作能力；另一方面，结合数字模拟的模拟功能，使得学生能够直观感受到设备的真实运行过程，加强了教学效果。

本申请实施例提供了一种基于实物操作的三维仿真教学平台，包括操作模块以及与操作模块匹配的模拟模块；

操作模块，包括仿真设备和可佩戴的操作设备；所述仿真设备设置有与真实设备相同的人机交互部件；

模拟模块，包括虚拟场景和可显示虚拟场景的显示装置；所述虚拟场景内构建有与所述仿真设备相同的仿真模型，以及虚拟操作者；

所述虚拟操作者与所述操作设备连接，并模拟所述操作设备的动作；

所述仿真模型与所述仿真设备连接，并模拟所述仿真设备的操作过程，并进一步模拟真实设备的运作过程。

采用上述技术方案，可以使得学生可以通过佩戴操作设备对仿真设备进行真实操作，培养了学生的动手能力和操作能力，加强了教学效果。然后通过模拟模块采集仿真设备操作过程和运作过程，同时采集操作设备的动作；并对其进行模拟真实设备的运作过程。使得学生能够通过显示模块直观的感受到真实设备的运作过程和操作过程，从而可以进一步加强学生对操作过程的理解，进一步加强教学效果。

同时，仿真设备仅需具备与真实设备相同的人机交互模块，无需实现与真实设备相同的运作功能，因此可以极大的减小仿真设备的体积和制造成本，降低了培养的教学成本。

在一些实施例中，所述仿真设备包括操作台以及设置于所述操作台的仿真机床、仿真工具和仿真物料；

所述仿真工具和所述仿真物料内设置有电子标签、姿态传感器和运动传感器，所述仿真机床包括安装位和加工位，所述安装位和所述加工位均设置有识别电子标签的感应装置；

所述感应装置、姿态传感器和运动传感器均与所述模拟模块通信连接；

所述模拟模块预设有安装位和加工位准确安装仿真工具和/或仿真物料时的仿真模型，且安装位和加工位识别到对应的电子标签时，所述模拟模块显示对应的准确安装的仿真模型。

采用上述技术方案，可以使得模拟模块的显示模块可以根据姿态传感器和运动传感器同步显示仿真工具和仿真物料的运动过程和姿态变化过程；进一步的，仿真机床的感应装置可以通过识别电子标签识别放置的仿真工具和仿真物料，从而直接在模拟模块中进行模拟；从而使得模拟模块无需同步显示仿真工具和/或仿真物料放置或安装到安装位和/或加工位上的具体过程，从而可以跳过该模拟步骤，极大地减少模拟模块的算力压力。

在一些实施例中，所述仿真设备固定设置于所述操作台，所述操作台设置有多个定位槽，且所述仿真工具和所述仿真物料均放置于所述对应的定位槽内；

所述定位槽设置有定位装置，所述定位装置可识别所述电子标签；

所述仿真工具和所述仿真物料上设置的姿态传感器和运动传感器均与所述定位装置通信连接；

且所述仿真工具和所述仿真物料上设置的姿态传感器和运动传感器均与所述感应装置通信连接。

采用上述技术方案，可以将仿真设备中的各个部分的相对位置进行固定，从而可以降低模拟模块的计算压力；并且通过设置定位槽避免仿真工具和仿真物料的遗失或者放置错误。

在一些实施例中，所述虚拟场景还构建有放置所述仿真模型的空间环境，并根据时间模拟所述空间环境内的光线条件；

所述显示装置以所述虚拟操作者的视角对所述虚拟场景进行显示，所述操作设备包括控制所述虚拟操作者移动和视角的控制模块。

采用上述技术方案，可以使得学生不仅可以感受到操作真实设备的过程，也可以了解到真实设备的运作环境，增强了教学效果。

在一些实施例中，所述操作设备包括穿戴部以及设置于穿戴部的运动传感器；

所述穿戴部设置为手套状，且所述运动传感器设置于手套的各个关节处；

所述显示装置设置为VR眼镜，并可显示所述虚拟场景的三维画面。

采用上述技术方案，可以使得穿戴部在不影响学生的操作过程的同时，通过各个关节处设置的运动传感器准确捕获学生的手部运动和各个关节运动，保证了模拟的精准性，且操作过程中，更关注手部动作，能够更好的反映学生的操作过程是否准确。

在一些实施例中，所述人机交互部件包括活动组件和操作组件；所述活动组件设置有运动传感器，并记录所述活动组件的活动过程，所述操作组件设置有感应件，并记录所述操作件操作状态和操作次数；

所述操作组件包括按键、操作杆和旋杆中的至少一种；

所述活动组件包括滑动件、伸展件、夹紧件中的至少一种。

在一些实施例中，还包括与所述模拟模块连接的教学模块，所述教学模块包括教学单元和练习单元；

所述教学单元储存有真实设备的操作教学视频和所述仿真模型的操作步骤指引数据，并可在所述显示装置进行显示；所述练习单元储存有教学项目，并可记录所述虚拟操作者的模拟动作，以及所述仿真模型模拟的操作过程和运作过程的模拟画面，且所述模拟画面可在所述显示装置进行显示。

采用上述技术方案，学生可以通过观看操作教学视频和/或操作步骤指引对设备的操作过程进行学习或练习，并且可以将学习过程或者操作过程通过显示装置进行显示，以便于后续对操作过程进行改进或者调整。

在一些实施例中，所述教学模块还包括测试单元，所述测试单元根据所述教学项目随机生成所述教学项目中的加工参数；并获取所述操作设备的动作数据，以及所述仿真设备的操作数据；

所述测试单元根据所述仿真设备的操作数据得到教学项目的测试基本分；再根据所述动作数据是否与所述仿真设备的操作过程匹配，判断所述测试基本分是否有效；最后根据所述动作数据是否规范对所述测试基本分进行增减，得到最终测试结果。

采用上述技术方案，教学模块还可以通过学生的操作设备的动作数据以及仿真设备的操作数据判断学生的操作过程是否准确得到测试结果，以辅助学生有针对性的改进或进一步掌握准确的操作过程，提高教学效果。

本申请实施例还提供了一种基于实物操作的三维仿真教学平台的操作方法，包括上述实施例所述的基于实物操作的三维仿真教学平台，其中练习过程包括如下步骤：

确定练习的教学项目；

通过显示装置观看所述教学项目操作教学视频；

佩戴所述操作设备，根据所述显示装置显示的所述仿真模型的操作步骤指引，对所述仿真设备进行操作，或者佩戴所述操作设备直接对所述仿真设备进行操作；

通过显示装置观察所述仿真模型模拟的运作过程的模拟画面；

完成教学项目的练习，或者通过显示装置回顾所述仿真模型模拟的操作过程和运作过程的模拟画面。

采用上述技术方案，可以使得学生可以通过佩戴操作设备对仿真设备进行真实操作，并且可以通过教学模块和模拟模块指引学生完成设备的操作过程，有助于同时培养学生的理论知识和实践动手能力。并且，可以通过显示装置回顾所述仿真模型模拟的操作过程和运作过程的模拟画面，使得学生能够直观感受到真实设备的运作过程，进一步加强了学生的理解，增强教学效果。

在一些实施例中，所述教学模块还包括测试单元，测试过程包括如下步骤：

所述测试单元根据所述教学项目随机生成所述教学项目中的加工参数；

佩戴所述操作设备，根据所述教学项目的加工参数，操作所述仿真设备；

通过显示装置观察所述仿真模型模拟的运作过程的模拟画面；

完成教学项目的测试；

所述测试单元获取所述操作设备的动作数据，以及所述仿真设备的操作数据；并根据所述仿真设备的操作数据得到教学项目的测试基本分；再根据所述动作数据是否与所述仿真设备的操作过程匹配，判断所述测试基本分是否有效；最后根据所述动作数据是否规范对所述测试基本分进行增减，得到最终测试结果；

采用人工对所述仿真模型模拟的操作过程和运作过程的模拟画面进行核验，判断最终测试结果是否准确。

附图说明

图1为本申请实施例的基于实物操作的三维仿真教学平台的模块连接示意图；

图2为本申请实施例的三维仿真教学平台的操作模块的一种仿真设备的结构示意图；

图3为图2中仿真设备在模拟模拟中的仿真模型的模拟示意图。

附图标记说明：

11、操作台；12、仿真机床；13、仿真工具；14、仿真物料；15、定位槽；

2、仿真模型；

3、操作步骤指引。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。虽然本申请的描述将结合一些实施例一起介绍，但这并不代表此申请的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作申请介绍的目的是为了覆盖基于本申请的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本申请的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本申请也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本申请的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请的描述中，应理解，在本申请中“电连接”可理解为元器件物理接触并电导通；也可理解为线路构造中不同元器件之间通过印制电路板(printed circuit board，PCB)铜箔或导线等可传输电信号的实体线路进行连接的形式。“通过…耦合”可理解为通过间接耦合的方式隔空电导通。间接耦合可以理解为无接触的耦合，其中，本领域人员可以理解的是，耦合现象即指两个或两个以上的电路元件或电网络的输入与输出之间存在紧密配合与相互影响，并通过相互作用从一侧向另一侧传输能量的现象。为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的实施方式作进一步地详细描述。

请参见图1至图3，图1为本申请实施例的基于实物操作的三维仿真教学平台的模块连接示意图，图2为本申请实施例的三维仿真教学平台的操作模块的一种仿真设备的结构示意图，图3为图2中仿真设备在模拟模拟中的仿真模型的模拟示意图。

如图1至图3所示，本申请实施例提供了本申请实施例提供了一种基于实物操作的三维仿真教学平台，包括操作模块以及与操作模块匹配的模拟模块；

操作模块，包括仿真设备和可佩戴的操作设备；仿真设备设置有与真实设备相同的人机交互部件；

模拟模块，包括虚拟场景和可显示虚拟场景的显示装置；虚拟场景内构建有与仿真设备相同的仿真模型2，以及虚拟操作者；

虚拟操作者与操作设备连接，并模拟操作设备的动作；

仿真模型2与仿真设备连接，并模拟仿真设备的操作过程，并进一步模拟真实设备的运作过程。

在一个使用场景中，学生可以通过佩戴操作设备对仿真设备进行真实操作，可以使得学生能够真实体现到操作仿真设备过程中的操作感受，能够培养学生的动手能力和操作能力，加强了教学效果。

进一步的，通过模拟模块采集仿真设备操作过程和运作过程，同时采集操作设备的动作；并对其进行模拟真实设备的运作过程。使得学生不仅能够获得实物操作的体验，还能够通过显示模块直观的感受到真实设备的运作过程和操作过程，从而可以进一步加强学生对操作过程的理解，进一步加强教学效果。同时，可以学生在实物操作过程中，由于仿真设备不会出现真实被操作的运作反馈，因此可以避免由于学生操作不规范和错误引起的危险，而是由模拟模块对其错误操作进行虚拟模拟和反馈，从而可以使得学生能够不断的试错、反复练习，快速掌握设备的操作技巧。

并且，仿真设备仅需具备与真实设备相同的人机交互模块，无需实现与真实设备相同的运作功能，因此可以极大的减小仿真设备的体积和制造成本，降低了培养的教学成本。

另一方面，使学生利用仿真设备进行操作，同步到模拟模块进行反馈，相对于仅仅采用鼠标、键盘等传统操作设备操作模拟数字模型而言，学生能够从仿真设备上体验到真实的操作过程和操作体验，可以加深学生对教学的记忆和理解，增强教学效果。

在其他可替代的实施方式中，学生也可以不佩戴操作设备对仿真设备进行反复多次的练习，同时也可以避免佩戴操作设备时，对操作过程的影响和体验，使得学生能够更真实的感受仿真设备实物操作的过程，增加学生利用教学平台的练习效果，并且在不佩戴操作设备的情况下，模拟模块依然可以模拟真实设备的操作过程和运作过程，以便学生直观的感受到操作仿真设备后，反馈的模拟后的真实结果，加强学生对操作的理解和掌握。弥补了单纯操作仿真设备的真实性差，反馈性差，无法及时察觉差错的问题。

在一个实施方式中，仿真设备包括操作台11以及设置于操作台11的仿真机床12、仿真工具13和仿真物料14；

仿真工具13和仿真物料14内设置有电子标签、姿态传感器和运动传感器，仿真机床12包括安装位和加工位，安装位和加工位均设置有识别电子标签的感应装置；

感应装置、姿态传感器和运动传感器均与模拟模块通信连接；

模拟模块预设有安装位和加工位准确安装仿真工具13和/或仿真物料14时的仿真模型2，且安装位和加工位识别到对应的电子标签时，模拟模块显示对应的准确安装的仿真模型2。

在一个使用方式中，模拟模块的显示模块可以根据姿态传感器和运动传感器同步显示仿真工具13和仿真物料14的运动过程和姿态变化过程；进一步的，仿真机床12的感应装置可以通过识别电子标签识别放置的仿真工具13和仿真物料14，从而直接在模拟模块中进行模拟；从而使得模拟模块无需同步显示仿真工具13和/或仿真物料14放置或安装到安装位和/或加工位上的具体过程，从而可以跳过该模拟步骤，极大地减少模拟模块的算力压力。

本领域技术人员可以理解的时，模拟模块虽然可以通过姿态传感器和运动传感器识别到仿真工具13和仿真物料14的位置和姿态，但是信号在传输过程难免会出现偏差、误差等均会影响到模拟模块对仿真工具13和仿真物料14位置和姿态的识别，因此，当仿真工具13和仿真物料14放置到安装位和加工位时，若模拟模块对其识别的位置出现误差，则会导致模拟模块中的模型出现穿模现象，从而极大的降低了模拟模块在模拟真实设备的操作过程和运作过程时的真实感，影响学生的体验。

因此，在模拟模块的仿真过程中，模拟模块预设有安装位和加工位准确安装仿真工具13和/或仿真物料14时的仿真模型2，当安装位和加工位识别到对应的电子标签时，模拟模块显示对应的准确安装的仿真模型2，可以避免因为传感器识别误差导致的模拟结果不真实的情况。

在一个实施方式中，仿真设备可以为化学实验操作设备，其中仿真工具13和仿真物料14可以包括烧杯、计量器、滴管、试管等。

在其他可替代的实施方式中，仿真设备可以为其他类型的装置，例如，仿真工具13可以为刀具、切割刀、测量尺等；仿真物料14可以为金属块、木块、塑料件等。

在一个实施方式中，感应装置也可以对电子标签的识别位置可以设置为对应的仿真工具13或仿真物料14的理论安装位置，当感应装置感应到电子标签时，则判断仿真工具13或仿真物料14已经安装到位。

在一个实施方式中，感应装置还能对根据识别到的电子标签对应的仿真工具13或仿真物料14的姿态传感器和运动传感器的数据进行纠正和更新。由于感应装置识别到的电子标签时，判断仿真工具13或仿真物料14已经安装到位，则仿真工具13或仿真物料14的位置和姿态也相对固定，因此，感应装置可以通过预设的位置和姿态对仿真工具13和仿真物料14上的姿态传感器和运动传感器的数据进行纠正和更新，并将信号传输给模拟模块，从而提高了模拟模块模拟的真实性。

在一个实施方式中，仿真设备固定设置于操作台11，操作台11设置有多个定位槽15，且仿真工具13和仿真物料14均放置于对应的定位槽15内；

定位槽15设置有定位装置，定位装置可识别电子标签；

仿真工具13和仿真物料14上设置的姿态传感器和运动传感器均与定位装置通信连接；

且仿真工具13和仿真物料14上设置的姿态传感器和运动传感器均与感应装置通信连接。

通过设置多个具有定位装置的定位槽15，可以将仿真工具13和仿真物料14固定放置于操作台11。一方面，便于对仿真工具13和仿真物料14的管理，避免仿真工具13和仿真物料14的遗失或者放置错误；另一方面，可以将仿真设备中的各个部分的相对位置进行固定，从而可以降低模拟模块的计算压力。

在一个实施方式中，定位装置也可以根据识别到的电子标签对应的仿真工具13或仿真物料14的姿态传感器和运动传感器的数据进行纠正和更新。使得每当仿真工具13和仿真物料14放回对应的定位槽15内时，其内部的姿态传感器和动作传感器的数据可以得到纠正和更新。从而可以避免学生多次使用或长期使用过程中，仿真工具13和仿真物料14内的姿态传感器和动作传感器出现较大的偏差，导致模拟的准确性降低。进一步的，也可以在仿真工具13和仿真物料14在模拟过程中，因信号传输失真出现较大偏差时，可以通过将对应的仿真工具13和仿真物料14放回定位槽15进行纠正。

在一个实施方式中，虚拟场景还构建有放置仿真模型2的空间环境，并根据时间模拟空间环境内的光线条件；

显示装置以虚拟操作者的视角对虚拟场景进行显示，操作设备包括控制虚拟操作者移动和视角的控制模块。可以使得学生不仅可以感受到操作真实设备的过程，也可以了解到真实设备的运作环境，增强了教学效果。

在一个实施方式中，操作设备包括穿戴部以及设置于穿戴部的运动传感器；

穿戴部设置为手套状，且运动传感器设置于手套的各个关节处；

显示装置设置为VR眼镜，并可显示虚拟场景的三维画面。可以使得穿戴部在不影响学生的操作过程的同时，通过各个关节处设置的运动传感器准确捕获学生的手部运动和各个关节运动，保证了模拟的精准性，且操作过程中，更关注手部动作，能够更好的反映学生的操作过程是否准确。

在其他可替代的实施方式中，显示装置也可以为显示器，避免学生因为不适VR眼镜而出现恶心、眩晕等不适反映。另一方面，显示装置可以设置多个，并可以同步包含VR眼镜和显示器。

需要说明的是，模拟信号是对操作设备的运动传感器进行独立识别和模拟的，与仿真设备的传感器不产生配合关系，从而当采用操作设备操作仿真设备时，虚拟操作者的动作与对应模拟设备之间的配合可能会与真实情况出现偏差。

因此，在一个实施方式中，模拟模块预设有虚拟操作者与仿真工具13和仿真物料14的模拟抓取关系；当操作设备操作仿真工具13和仿真物料14时，模拟模块则直接调用对应的模拟抓取关系，无需反馈真实的抓取状态，简化了模拟运算的过程，降低了算力需求。

在其他可替代的实施方式中，本领域技术人员可理解的是，有些仿真工具13(例如，滴管、检测工具)对操作过程的具体动作要求较高，因此，在对应，模拟这类仿真工具13的操作时，也可以不调用模拟抓取关系，而对操作过程进行真实模拟，以准确识别操作动作是否准确合理。

在一个实施方式中，人机交互部件包括活动组件和操作组件；活动组件设置有运动传感器，并记录活动组件的活动过程，操作组件设置有感应件，并记录操作件操作状态和操作次数；

操作组件包括按键、操作杆和旋杆中的至少一种；

活动组件包括滑动件、伸展件、夹紧件中的至少一种。

在一个实用方式中，活动组件和操作组件可以通过感应件和运动传感器操作模拟模块中的模拟设备，并使模拟设备做出相应的反馈。

在一个实施方式中，活动组件也可以设置阻尼部件，以增强力反馈的真实性。

在一个实施方式中，还包括与模拟模块连接的教学模块，教学模块包括教学单元和练习单元；

教学单元储存有真实设备的操作教学视频和仿真模型2的操作步骤指引3数据，并可在显示装置进行显示；练习单元储存有教学项目，并可记录虚拟操作者的模拟动作，以及仿真模型2模拟的操作过程和运作过程的模拟画面，且模拟画面可在显示装置进行显示。

从而使得学生可以通过观看操作教学视频和/或操作步骤指引3对设备的操作过程进行学习或练习，并且可以将学习过程或者操作过程通过显示装置进行显示，以便于后续对操作过程进行改进或者调整。

在一个实施方式中，教学模块还包括测试单元，测试单元根据教学项目随机生成教学项目中的加工参数；并获取操作设备的动作数据，以及仿真设备的操作数据；

测试单元根据仿真设备的操作数据得到教学项目的测试基本分；再根据动作数据是否与仿真设备的操作过程匹配，判断测试基本分是否有效；最后根据动作数据是否规范对测试基本分进行增减，得到最终测试结果。

通过学生的操作设备的动作数据以及仿真设备的操作数据判断学生的操作过程是否准确得到测试结果，以辅助学生有针对性的改进或进一步掌握准确的操作过程，提高教学效果。

需要说明的是，通过仿真设备被操作的动作即可以初步判断学生操作过程是否正确，在根据动作数据可以判断出是否由学生本人操作；从而降低了测试过程的计算压力，可以快速准确反映出学生的测试结果，最后根据学生的动作数据判断学生在操作过程中是否规范，例如是否符合安全规定等，对最终的测试结果进行修正。

在一个实施方式中，基于实物操作的三维仿真教学平台，具有对应的操作方法，其中，操作方法可以包括练习过程和测试过程；

练习过程包括如下步骤：

确定练习的教学项目；

通过显示装置观看教学项目操作教学视频；

佩戴操作设备，根据显示装置显示的仿真模型2的操作步骤指引3，对仿真设备进行操作，或者佩戴操作设备直接对仿真设备进行操作；

通过显示装置观察仿真模型2模拟的运作过程的模拟画面；

完成教学项目的练习，或者通过显示装置回顾仿真模型2模拟的操作过程和运作过程的模拟画面。

采用上述练习过程，可以使得学生可以通过佩戴操作设备对仿真设备进行真实操作，并且可以通过教学模块和模拟模块指引学生完成设备的操作过程，有助于同时培养学生的理论知识和实践动手能力，并快速掌握对应的设备的教学项目，并可以反复多次的重复练习具有极强的教学效果。

并且，可以通过显示装置回顾仿真模型2模拟的操作过程和运作过程的模拟画面，使得学生能够直观感受到真实设备的运作过程，进一步加强了学生的理解，增强教学效果。

在其他可替代的实施方式中，学生也可以不佩戴操作设备，直接对仿真设备进行操作。

在一个实施方式中，教学模块还包括测试单元，测试过程包括如下步骤：

测试单元根据教学项目随机生成教学项目中的加工参数；以避免出现大量重复加工参数的教学项目，影响对学生测试的准确性。

佩戴操作设备，根据教学项目的加工参数，操作仿真设备；

通过显示装置观察仿真模型2模拟的运作过程的模拟画面；

完成教学项目的测试；

测试单元获取操作设备的动作数据，以及仿真设备的操作数据；并根据仿真设备的操作数据得到教学项目的测试基本分；再根据动作数据是否与仿真设备的操作过程匹配，判断测试基本分是否有效；最后根据动作数据是否规范对测试基本分进行增减，得到最终测试结果；

采用人工对仿真模型2模拟的操作过程和运作过程的模拟画面进行核验，判断最终测试结果是否准确。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变形而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变形属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变形在内。

Claims (8)

1.一种基于实物操作的三维仿真教学平台，其特征在于，包括操作模块以及与操作模块匹配的模拟模块；

操作模块，包括仿真设备和可佩戴的操作设备；所述仿真设备设置有与真实设备相同的人机交互部件；

模拟模块，包括虚拟场景和可显示虚拟场景的显示装置；所述虚拟场景内构建有与所述仿真设备相同的仿真模型，以及虚拟操作者；

所述虚拟操作者与所述操作设备连接，并模拟所述操作设备的动作；

所述仿真模型与所述仿真设备连接，并模拟所述仿真设备的操作过程，并进一步模拟真实设备的运作过程；

所述仿真设备包括操作台以及设置于所述操作台的仿真机床、仿真工具和仿真物料；

所述仿真工具和所述仿真物料内设置有电子标签、姿态传感器和运动传感器，所述仿真机床包括安装位和加工位，所述安装位和所述加工位均设置有识别电子标签的感应装置；

所述感应装置、姿态传感器和运动传感器均与所述模拟模块通信连接；

所述模拟模块预设有安装位和加工位准确安装仿真工具和/或仿真物料时的仿真模型，且安装位和加工位识别到对应的电子标签时，所述模拟模块显示对应的准确安装的仿真模型；

所述感应装置通过预设的位置和姿态对所述仿真工具和所述仿真物料上的姿态传感器和运动传感器的数据进行纠正和更新；

所述仿真设备固定设置于所述操作台，所述操作台设置有多个定位槽，且所述仿真工具和所述仿真物料均放置于所述对应的定位槽内；

所述定位槽设置有定位装置，所述定位装置可识别所述电子标签；

所述仿真工具和所述仿真物料上设置的姿态传感器和运动传感器均与所述定位装置通信连接；

且所述仿真工具和所述仿真物料上设置的姿态传感器和运动传感器均与所述感应装置通信连接；

所述定位装置根据识别到的所述电子标签，对所述仿真工具或所述仿真物料的姿态传感器和运动传感器的数据进行纠正和更新。

2.如权利要求1所述的基于实物操作的三维仿真教学平台，其特征在于，所述虚拟场景还构建有放置所述仿真模型的空间环境，并根据时间模拟所述空间环境内的光线条件；

所述显示装置以所述虚拟操作者的视角对所述虚拟场景进行显示，所述操作设备包括控制所述虚拟操作者移动和视角的控制模块。

3.如权利要求2所述的基于实物操作的三维仿真教学平台，其特征在于，所述操作设备包括穿戴部以及设置于穿戴部的运动传感器；

所述穿戴部设置为手套状，且所述运动传感器设置于手套的各个关节处；

所述显示装置设置为VR眼镜，并可显示所述虚拟场景的三维画面。

4.如权利要求1所述的基于实物操作的三维仿真教学平台，其特征在于，所述人机交互部件包括活动组件和操作组件；所述活动组件设置有运动传感器，并记录所述活动组件的活动过程，所述操作组件设置有感应件，并记录所述操作组件操作状态和操作次数；

所述操作组件包括按键、操作杆和旋杆中的至少一种；

所述活动组件包括滑动件、伸展件、夹紧件中的至少一种。

5.如权利要求1所述的基于实物操作的三维仿真教学平台，其特征在于，还包括与所述模拟模块连接的教学模块，所述教学模块包括教学单元和练习单元；

所述教学单元储存有真实设备的操作教学视频和所述仿真模型的操作步骤指引数据，并可在所述显示装置进行显示；所述练习单元储存有教学项目，并可记录所述虚拟操作者的模拟动作，以及所述仿真模型模拟的操作过程和运作过程的模拟画面，且所述模拟画面可在所述显示装置进行显示。

6.如权利要求5所述的基于实物操作的三维仿真教学平台，其特征在于，所述教学模块还包括测试单元，所述测试单元根据所述教学项目随机生成所述教学项目中的加工参数；并获取所述操作设备的动作数据，以及所述仿真设备的操作数据；

所述测试单元根据所述仿真设备的操作数据得到教学项目的测试基本分；再根据所述动作数据是否与所述仿真设备的操作过程匹配，判断所述测试基本分是否有效；最后根据所述动作数据是否规范对所述测试基本分进行增减，得到最终测试结果。

7.一种基于实物操作的三维仿真教学平台的操作方法，其特征在于，包括权利要求5所述的基于实物操作的三维仿真教学平台，练习过程包括如下步骤：

确定练习的教学项目；

通过显示装置观看所述教学项目操作教学视频；

佩戴所述操作设备，根据所述显示装置显示的所述仿真模型的操作步骤指引，对所述仿真设备进行操作，或者佩戴所述操作设备直接对所述仿真设备进行操作；

通过显示装置观察所述仿真模型模拟的运作过程的模拟画面；

完成教学项目的练习，或者通过显示装置回顾所述仿真模型模拟的操作过程和运作过程的模拟画面。

8.如权利要求7所述的操作方法，其特征在于，所述教学模块还包括测试单元，测试过程包括如下步骤：

所述测试单元根据所述教学项目随机生成所述教学项目中的加工参数；

佩戴所述操作设备，根据所述教学项目的加工参数，操作所述仿真设备；

通过显示装置观察所述仿真模型模拟的运作过程的模拟画面；

完成教学项目的测试；

所述测试单元获取所述操作设备的动作数据，以及所述仿真设备的操作数据；并根据所述仿真设备的操作数据得到教学项目的测试基本分；再根据所述动作数据是否与所述仿真设备的操作过程匹配，判断所述测试基本分是否有效；最后根据所述动作数据是否规范对所述测试基本分进行增减，得到最终测试结果；

采用人工对所述仿真模型模拟的操作过程和运作过程的模拟画面进行核验，判断最终测试结果是否准确。