CN205983950U - 基于虚拟现实技术的教学测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于虚拟现实技术的教学测试系统，包括：输入模块、主控计算机、输出模块和操作面板，还包括测试启停模块，与主控计算机通信连接，当测试开始时，输出启动信号，测试结束时，输出停止信号；计时器，响应于启动信号并开始计时；响应于停止信号并停止计时，并输出数字计时信号；评分模块，响应于数字计时信号，判断数字计时信号对应的分数，并与主控计算机通信连接。将三维模型通过全息投影仪投射到到全息投影幕布上，再利用设置在全息投影幕布外侧的压电薄膜检测压力，生成反馈信号至主控制器以切换画面，形成流畅的画面切换，并且计算在操作面板上操作整个三维模型的时间来判断获取的分数，这个分数更加的客观。

Description

基于虚拟现实技术的教学测试系统

技术领域

本实用新型涉及互联网教育领域，更具体地说，它涉及一种基于虚拟现实技术的教学测试系统。

背景技术

在科学技术飞速发展、教育改革不断前进的今天，逐渐引进了多媒体教育。多媒体具有图、文、声并茂甚至有活动影象这样的特点，所以能提供最理想的教学环境，对教育、教学过程产生深刻的影响。多媒体教育主要以大屏幕呈现内容，虽然图像内容丰富多样了，但不能给人带来真实感，因此体验感差。于是，随着虚拟现实技术的逐步成熟，在教育系统中逐渐引入了虚拟现实技术，它能够展示给学生三维模型，使得学生有身临其境的感觉，尤其是针对于需要动手的实验课，能够在传感技术的辅助下对三维模型进行操作，实现整套实验流程。虚拟现实技术的应用，解决了实验室设备短缺的问题，但是只停留在简单的操作阶段，若是要对学生的操作进行测试评价，还需要老师在旁观看打分，存在一定的主观性误差。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于虚拟现实技术的教学测试系统，能够利用虚拟现实技术对学生的实验能力进行自动测试，防止测试成绩出现主观性误差。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

一种基于虚拟现实技术的教学测试系统，包括：

输入模块，用于将三维模型的数据传送至主控计算机；

主控计算机，与所述输入模块通信连接，用于处理三维模型的数据，并输出控制信号；

输出模块，包括全息投影仪，响应于所述控制信号，用于将三维模型投射于操作面板；

操作面板，与所述主控计算机通信连接，用于显示三维模型，并在操作面板上对三维模型进行操作，输出反馈信号至主控计算机；

测试启停模块，与所述主控计算机通信连接，当测试开始时，输出启动信号，测试结束时，输出停止信号；

计时器，响应于所述启动信号并开始计时；响应于所述停止信号并停止计时，并输出数字计时信号；

评分模块，响应于所述数字计时信号，判断所述数字计时信号对应的分数，并与所述主控计算机通信连接。

通过采用上述计数方案，输入模块将三维模型的数据传送至主控计算机，经主控计算机处理后输出控制信号至全息投影仪，全息投影仪将三维模型投影至操作面板上，在操作面板上浮现三维模型；上实验课时，往往需要动手对实验仪器进行操作，在操作面板上投影实验仪器的三维模型，并在操作面板上对该模型进行操作，操作面板检测到有动作时，输出反馈信号至主控计算机，经主控计算机处理后，全息投影仪投影出下一个画面，其中，信号的传递和处理速度是非常快的，即当在操作面板上对三维模型进行操作时，会连续输出操作后的不同画面，提高了用户体验；当需要对学生进行测试时，开启测试启停模块，该模块输出启动信号至计时器，计时器开始计时，每个人在操作面板上做实验的时间是不同的，熟练的操作快，时间短，在操作完成后，关闭测试启停模块，该模块发送停止信号至计时器，使其停止计时，并将计时器所计的时间信号发送至评分模块，时间越短，分数越高，并将该评分存储在主控计算机中。

进一步的，所述输入模块包括鼠标或键盘或触控屏。

通过采用上述计数方案，用鼠标或键盘或触控屏将三维模型的数据传送至主控计算机，操作简单，使用方便，通用性更强。

进一步的，所述主控计算机包括：

数据存储模块，与所述输入模块通信连接，用于存储三维模型的数据；

主控制器，与所述数据存储模块、操作面板和评分模块均通信连接，用于处理三维模型的数据，输出控制信号，同时响应于所述反馈信号；

显示器，与所述主控制器通信连接，用于显示三维模型的二维画面。

通过采用上述计数方案，输入模块将存储在数据存储模块中的三维模型数据传送至主控制器，经主控制器处理后，输出控制信号以控制全息投影仪开启；主控制器接收反馈信号，经处理后由全息投影仪输出下一个画面，由于这个处理过程是非常快的，所以两个画面之间是连续的，提高了用户体验； 同时三维模型的画面也以二维的形式显示在显示屏上。

进一步的，所述操作面板包括：

显示模块，用于显示三维模型；

传感模块，设置于所述显示模块外侧，与所述主控制器通信连接，用于检测在传感模块上的操作，输出反馈信号。

通过采用上述计数方案，显示模块用于显示全息投影仪输出的三维模型；传感模块可检测人在操作面板上的动作，并相应的生成反馈信号至主控制器，再经由主控制器处理。

进一步的，所述显示模块包括全息投影幕布。

通过采用上述计数方案，全息投影是一种利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像，是一种无需配戴眼镜的3D技术，可以看到立体画面。

进一步的，所述传感模块包括压电薄膜，所述压电薄膜与主控制器通信连接。

通过采用上述计数方案，当有作用力作用在压电薄膜上时，薄膜上下电极表面之间就会产生一个电信号（电荷或电压），并且同拉伸或弯曲的形变成比例。一般的压电材料都对压力敏感，但对于压电薄膜来说，在纵向施加一个很小的力时，横向上会产生很大的应力，因此，压电薄膜对动态应力非常敏感，能够精确检测到人在该膜上的操作，并将生成的电信号作为反馈信号传至主控制器中进行处理。

进一步的，所述测试启停模块包括设置于所述操作面板上的微动开关。

通过采用上述计数方案，测试开始时，按一下微动开关，计时器开始计时；结束测试时，按一下微动开关，计时器停止计时。

进一步的，所述评分模块包括：

第一数模转换器，用于将所述数字计时信号转换成模拟计时信号；

判断模块，用于判断模拟计时信号的幅值大小，输出判断信号；

第二数模转换器，用于将判断信号转换成相应的分数值。

进一步的，所述判断模块包括若干比较器，以及与所述比较器对应的若干基准电压，其中，基准电压的基准值依次增大或减小，所述比较器的其中一输入端接收所述模拟计时信号，另一输入端与基准电压连接，输出端连接于下一个比较器的电源端和所述第二数模转换器。

通过采用上述计数方案，将数字计时信号通过第一转换模块转换成模拟计时信号，并与基准电压电路产生的基准值作为输入信号输入比较器中，其中，比较器设置有若干个，与每个比较器相连接有一个基准电压电路，基准电压电路输出的基准值依次增大或减小，并且，除了第一个比较器的电源端输入电源电压外，其余每个比较器的电源端均与前一个比较器的输出端连接，这样一来，总会找到与一个临界的比较器，使得在其前面的比较器均输出高电平，其后的比较器均输出低电平，将输出信号输送至第二数模转换器中，对应的输出分数。

进一步的，所述输出模块还包括音频播放器，所述音频播放器与所述主控制器通信连接。

通过采用上述技术方案，音频播放器与主控制器连接，受主控制器的控制发出声音，以提醒人的操作步骤或者显示声音现象。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：将三维模型通过全息投影仪投射到到全息投影幕布上，再利用设置在全息投影幕布外侧的压电薄膜检测压力，生成反馈信号至主控制器以切换画面，形成流畅的画面切换，并且计算在操作面板上操作整个三维模型的时间来判断获取的分数，这个分数更加的客观。

附图说明

图1为本实用新型的系统框图；

图2为本实用新型的评分模块的电路原理框图。

附图标记：1、输入模块；2、主控计算机；21、数据存储模块；22、主控制器；23、显示器；3、输出模块；31、全息投影仪；32、音频播放器；4、操作面板；41、显示模块；42、传感模块；5、测试启停模块；6、计时器；7、评分模块；71、第一数模转换器；72、判断模块；721、比较器；722、基准电压电路；73、第二数模转换器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型进行详细描述。

参照图1，一种基于虚拟现实技术的教学测试系统，包括输入模块1、主控计算机2、输出模块3、操作面板4、测试启停模块5、计时器6和评分模块7。其中，输入模块1，用于将三维模型的数据传送至主控计算机2；主控计算机2，与输入模块1通信连接，用于处理三维模型的数据，并输出控制信号；输出模块3，包括全息投影仪31，响应于控制信号，用于将三维模型投射于操作面板4；操作面板4，与主控计算机2通信连接，用于显示三维模型，并在操作面板4上对三维模型进行操作，输出反馈信号至主控计算机2。输入模块1将三维模型的数据传送至主控计算机2，经主控计算机2处理后输出控制信号至全息投影仪31，全息投影仪31将三维模型投影至操作面板4上，在操作面板4上浮现三维模型；上实验课时，往往需要动手对实验仪器进行操作，在操作面板4上投影实验仪器的三维模型，并在操作面板4上对该模型进行操作，操作面板4检测到有动作时，输出反馈信号至主控计算机2，经主控计算机2处理后，全息投影仪31投影出下一个画面，其中，信号的传递和处理速度是非常快的，即当在操作面板4上对三维模型进行操作时，会连续输出操作后的不同画面，提高了用户体验；

另外，测试启停模块5，与主控计算机2通信连接，当测试开始时，输出启动信号，测试结束时，输出停止信号；计时器6，响应于启动信号并开始计时；响应于停止信号并停止计时，并输出数字计时信号；评分模块7，响应于数字计时信号，判断数字计时信号对应的分数，并与主控计算机2通信连接。当需要对学生进行测试时，开启测试启停模块5，该模块输出启动信号至计时器6，计时器6开始计时，每个人在操作面板4上做实验的时间是不同的，熟练的操作快，时间短，在操作完成后，关闭测试启停模块5，该模块发送停止信号至计时器6，使其停止计时，并将计时器6所计的时间信号发送至评分模块7，时间越短，分数越高，并将该评分存储在主控计算机2中。

另外，输入模块1包括鼠标或键盘或触控屏；主控计算机2包括数据存储模块21、主控制器22和显示器23，其中，数据存储模块21，与输入模块1通信连接，用于存储三维模型的数据；主控制器22，与数据存储模块21、操作面板4和评分模块7均通信连接，用于处理三维模型的数据，输出控制信号，同时响应于反馈信号；显示器23，与主控制器22通信连接，用于显示三维模型的二维画面。输入模块1将存储在数据存储模块21中的三维模型数据传送至主控制器22，经主控制器22处理后，输出控制信号以控制全息投影仪31开启；主控制器22接收反馈信号，经处理后由全息投影仪31输出下一个画面，由于这个处理过程是非常快的，所以两个画面之间是连续的，提高了用户体验；同时三维模型的画面也以二维的形式显示在显示屏上。

另外，操作面板4包括显示模块41和传感模块42，显示模块41，用于显示三维模型；传感模块42，设置于显示模块41外侧，与主控制器22通信连接，用于检测在传感模块42上的操作，输出反馈信号；其中，显示模块41包括全息投影幕布。全息投影是一种利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像，是一种无需配戴眼镜的3D技术，可以看到立体画面；当有作用力作用在压电薄膜上时，薄膜上下电极表面之间就会产生一个电信号（电荷或电压），并且同拉伸或弯曲的形变成比例。一般的压电材料都对压力敏感，但对于压电薄膜来说，在纵向施加一个很小的力时，横向上会产生很大的应力，因此，压电薄膜对动态应力非常敏感，能够精确检测到人在该膜上的操作，并将生成的电信号作为反馈信号传至主控制器22中进行处理。

另外，输出模块3还包括音频播放器32，音频播放器32与主控制器22通信连接，音频播放器32受主控制器22的控制发出声音，以提醒人的操作步骤或者显示声音现象。

其中，测试启停模块5包括设置于操作面板4上的微动开关（图中未表示）；参照图2，评分模块7包括第一数模转换器71、判断模块72和第二数模转换器73，第一数模转换器71，用于将数字计时信号转换成模拟计时信号；判断模块72，用于判断模拟计时信号的幅值大小，输出判断信号；第二数模转换器73，用于将判断信号转换成相应的分数值。判断模块72包括若干比较器721，以及与比较器721对应的若干基准电压电路722，其中，基准电压电路722的基准值依次增大或减小，比较器721的其中一输入端接收模拟计时信号，另一输入端与基准电压电路722连接，输出端连接于下一个比较器721的电源端和第二数模转换器73，图中，基准电压电路722与比较器721的同相输入端连接，模拟计时信号输入比较器721的反向输入端，比较器721的输出端均与第二数模转换器73连接，这样一来，总会找到与一个临界的比较器721，使得在其前面的比较器721均输出高电平，其后的比较器721均输出低电平，将输出信号输送至第二数模转换器73中，对应的输出分数。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于虚拟现实技术的教学测试系统，其特征在于，包括：

输入模块（1），用于将三维模型的数据传送至主控计算机（2）；

主控计算机（2），与所述输入模块（1）通信连接，用于处理三维模型的数据，并输出控制信号；

输出模块（3），包括全息投影仪（31），响应于所述控制信号，用于将三维模型投射于操作面板（4）；

操作面板（4），与所述主控计算机（2）通信连接，用于显示三维模型，并在操作面板（4）上对三维模型进行操作，输出反馈信号至主控计算机（2）；

测试启停模块（5），与所述主控计算机（2）通信连接，当测试开始时，输出启动信号，测试结束时，输出停止信号；

计时器（6），响应于所述启动信号并开始计时；响应于所述停止信号并停止计时，并输出数字计时信号；

评分模块（7），响应于所述数字计时信号，判断所述数字计时信号对应的分数，并与所述主控计算机（2）通信连接。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟现实技术的教学测试系统，其特征在于，所述输入模块（1）包括鼠标或键盘或触控屏。

3.根据权利要求1所述的基于虚拟现实技术的教学测试系统，其特征在于，所述主控计算机（2）包括：

数据存储模块（21），与所述输入模块（1）通信连接，用于存储三维模型的数据；

主控制器（22），与所述数据存储模块（21）、操作面板（4）和评分模块（7）均通信连接，用于处理三维模型的数据，输出控制信号，同时响应于所述反馈信号；

显示器（23），与所述主控制器（22）通信连接，用于显示三维模型的二维画面。

4.根据权利要求3所述的基于虚拟现实技术的教学测试系统，其特征在于，所述操作面板（4）包括：

显示模块（41），用于显示三维模型；

传感模块（42），设置于所述显示模块（41）外侧，与所述主控制器（22）通信连接，用于检测在传感模块（42）上的操作，输出反馈信号。

5.根据权利要求4所述的基于虚拟现实技术的教学测试系统，其特征在于，所述显示模块（41）包括全息投影幕布。

6.根据权利要求4所述的基于虚拟现实技术的教学测试系统，其特征在于，所述传感模块（42）包括压电薄膜，所述压电薄膜与主控制器（22）通信连接。

7.根据权利要求1所述的基于虚拟现实技术的教学测试系统，其特征在于，所述测试启停模块（5）包括设置于所述操作面板（4）上的微动开关。

8.根据权利要求1所述的基于虚拟现实技术的教学测试系统，其特征在于，所述评分模块（7）包括：

第一数模转换器（71），用于将所述数字计时信号转换成模拟计时信号；

判断模块（72），用于判断模拟计时信号的幅值大小，输出判断信号；

第二数模转换器（73），用于将判断信号转换成相应的分数值。

9.根据权利要求8所述的基于虚拟现实技术的教学测试系统，其特征在于，所述判断模块（72）包括若干比较器（721），以及与所述比较器（721）对应的若干基准电压电路（722），其中，基准电压电路（722）的基准值依次增大或减小，所述比较器（721）的其中一输入端接收所述模拟计时信号，另一输入端与基准电压电路（722）连接，输出端连接于下一个比较器（721）的电源端和所述第二数模转换器（73）。

10.根据权利要求3所述的基于虚拟现实技术的教学测试系统，其特征在于，所述输出模块（3）还包括音频播放器（32），所述音频播放器（32）与所述主控制器（22）通信连接。