利用虚拟现实技术的教育教学信息处理系统及其教学方法技术方案

本发明专利技术属于智能教学技术领域，公开了一种利用虚拟现实技术的教育教学信息处理系统及其教学方法，包括：将教育教学系统布置在教室中；通过实时三维建模系统对教师所在区域进行图像采集获得教师的实时三维模型数据；结合讲课内容所对应的虚拟现实场景数据，实时地将教师的三维虚拟形象呈现在虚拟现实的教学内容中；学生通过虚拟现实显示设备观看虚拟现实教学场景，可同时观看虚拟现实教学内容和教师的实时三维虚拟形象，实现与虚拟现实场景中的相应对象进行互动操作，通过教师在虚拟场景中的讲解，让学生体会到无法在现实世界中观看和体验的内容，达到身临其境的教学效果。

Information Processing System of Education and Teaching Based on Virtual Reality Technology and Its Teaching Method

The invention belongs to the field of intelligent teaching technology, and discloses an educational and teaching information processing system and its teaching method utilizing virtual reality technology, including: arranging the educational and teaching system in the classroom; acquiring the real-time three-dimensional model data of teachers through image acquisition in the area where the teachers are located by real-time three-dimensional modeling system; and combining the number of virtual reality scenes corresponding to the lecture content. According to the data, teachers'three-dimensional virtual images are presented in the teaching content of virtual reality in real time; students can watch virtual reality teaching scenes through virtual reality display devices, and they can watch virtual reality teaching contents and teachers' real-time three-dimensional virtual images at the same time, so as to realize interactive operation with the corresponding objects in virtual reality scenes, and let them through teachers'explanation in virtual scenes. Students can experience the content that can not be seen and experienced in the real world, so as to achieve immersive teaching effect.

【技术实现步骤摘要】
利用虚拟现实技术的教育教学信息处理系统及其教学方法
本专利技术属于智能教学
，尤其涉及一种利用虚拟现实技术的教育教学信息处理系统及其教学方法
技术介绍
目前，课堂教育采用的多媒体教学仅限于利用电脑进行课件PPT和其他多媒体内容的播放，内容和形式都无法满足现代化教学的要求。课件PPT和多媒体资料在现有技术手段下的呈现形式一般为荧幕投影或者显示器显示，对三维展示效果的支持不够，在展示效果方面具有很大的局限性，对课堂教学效果的实现具有较大不利影响。现有技术手段对多媒体教学内容的支持和展示手段有限，无法提供沉浸式和全景的展示效果，对教学效果影响较大。综上所述，现有技术存在的问题是：(1)现有技术手段对教学内容的呈现形式为荧幕投影或者显示器显示，由于受到荧幕和显示器的尺寸限制，学生无法得到沉浸式的观看体验，学生的主观意识通常在学习内容之外，学习效率低。本方案所提出的，在学生端采用虚拟现实显示单元和互动单元可以提供完全沉浸式的三维展示效果，让学生从视觉和互动上身处教学内容的场景之中，极大的提高了学生在学习过程中的代入感，较好的解决了学生学习注意力不集中的情况。(2)现有技术手段对教学内容的呈现通常为二维平面展示，无法通过荧幕和显示器进行逼真的三维场景展示，难于创建形象逼真的三维教学内容。在本方案中采用了虚拟现实展示技术，通过现有的虚拟现实工具平台所制作的教学内容，其视觉效果与教学内容所需要的实景效果一致，解决了现有技术在展示效果方面的问题。(3)现有展示技术对微观场景和尺寸极大的场景的展示存在困难,本方案中采用虚拟现实技术构建需要展示的教学内容场景，理论上不受尺度的限制。(4)现有展示技术对多媒体教学内容只有播放展示功能，在教学过程中不能实现对教学内容场景尺度的调整，本方案中采用的虚拟现实展示技术可以随时调整当前展示场景的尺度，实现实时地放大缩小，彻底解决现有技术手段中对多媒体内容展示尺度灵活性方面的限制。(5)由于现有展示手段的限制，教学过程中每个学生所观看的内容都是完全一样的，学生无法根据自己的学习需要调整展示内容和三维场景中的观看角度。本方案中，每个学生在虚拟教学内容场景中的观看角度支持自由变换，学生在学习过程中可以自主调整。(6)采用现有技术手段的教学过程中，教师和多媒体教学内容是两个独立的教学主体，教师与多媒体内容的结合通常是语言讲解，这种结合方式非常单一，教师与多媒体内容之间没有互动，教学效果不好。本方案中，实时三维建模系统可以实时地生成课堂上教师的三维模型，通过虚拟现实技术手段，将教师的三维模型与教学内容相融合，教师身处于教学内容之中为学生进行授课讲解，解决了教师于教学内容的互动难题。(7)采用现有技术手段的教学过程中，学生通过多媒体教学系统观看教学内容的演示和讲解，对于学生而言，参与教学过程的方式是被动的听讲，无法与教学内容内容实现直接互动。本方案中采用虚拟现实互动技术，学生在虚拟现实的教学内容场景中，通过虚拟现实互动设备可以与场景中的学习对象进行互动，得到直接地、主观地学习体验，把现有技术所支持的“被动”听课学习提升为“主动”探索学习，优化教学效果。解决上述技术问题的难度和意义：现有的多媒体技术教育手段存在诸多缺陷，这些缺陷都是由于现有多媒体技术的实现方式决定的，无法通过自身技术的调整来解决。本方案中通过引入虚拟现实技术和实时三维建模技术，定义了全新的课堂教学模式，全面的解决了现有技术对多媒体教学内容的场景尺度限制，完成了教师与教学内容的实时融合，支持学生与教学内容个性化自主式互动，把被动学习转化为主动探索，将会极大的提升课堂教学的效果。信息技术飞速发展，提供一种可以满足不同层次、不同教学内容的教育教学系统以及教学方法已是大势所趋。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种利用虚拟现实技术的教育教学信息处理系统及其教学方法，本专利技术是这样实现的，一种利用虚拟现实技术的教育教学信息处理系统及其教学方法：步骤一：将教育教学系统布置在教室中；步骤二：启动教师端硬件和软件系统，学生端硬件和软件系统，服务器端硬件和软件系统和实时三维建模硬件和软件系统；步骤三：通过教师端软件操作，检查各个子系统间的网络通信状态是否正常，初始化系统平台的工作模式和运行参数；步骤四：通过教师端软件操作，在服务器系统中加载本次教学内容对应的数据文件；步骤五：通过教师端软件操作，开启实时三维建模系统的服务，实时三维建模系统通过对特定的教师讲课区域进行图像采集，结合三维建模系统的软件处理实时生成教师三维模型数据，并将教师的三维模型数据发送给服务器端软件；步骤六：服务器端软件接收到教师三维模型数据后，将虚拟现实教学内容与教师三维模型进行融合，生成教师在虚拟现实场景中进行教学活动的合成虚拟现实场景数据，同步发送给所有学生端软件和教师端软件；步骤七：学生端在接收到合成虚拟现实场景数据后，学生端软件实时地将场景数据通过虚拟现实显示单元呈现在学生的视野中，同时学生端通过虚拟现实互动单元采集学生的观看视角和互动操作，实时的根据教学场景中内容进行显示场景的变化和显示内容的交互；进一步，一种利用虚拟现实技术的教育教学信息处理系统及其教学方法的课堂教育教学系统包括：服务器硬件平台、服务器管理软件、教师端硬件平台、教师端软件，实时三维建模系统的硬件平台、实时三维建模系统软件、学生端硬件平台、学生端操作软件。进一步，一种利用虚拟现实技术的教育教学信息处理系统及其教学方法的服务器硬件平台包括：服务器硬件平台承担运行管理软件的作用，通过有线或者无线网络与教师端硬件平台的计算机、学生端硬件平台的计算机、实时三维建模系统硬件平台的计算机连接；进一步，一种利用虚拟现实技术的教育教学信息处理系统及其教学方法的服务器包括：服务器端管理软件承担整个系统的管理工作，主要运行三维虚拟场景软件，根据实时三维建模系统生成的教师三维模型将教师的虚拟形象与当前运行的虚拟教学场景相融合，并将合成后的三维场景数据实时传输给所有学生端软件，同时服务器软件可以接收来自教师端的控制指令，对当前的三维数据分发工作进行控制，也可以接收来自学生端的连接请求，并按预设逻辑处理。进一步，一种利用虚拟现实技术的教育教学信息处理系统及其教学方法的教师端硬件平台包括：教师端硬件平台由计算机组成，与服务器硬件平台通过网络连接；教师端硬件平台用于运行教师端软件和服务；进一步，一种利用虚拟现实技术的教育教学信息处理系统及其教学方法的教师端软件包括：教师通过操作教师端软件实现对整个教学系统的控制，包括启动，暂停，关闭教学过程以及其他教学过程中的全部操作。进一步，一种利用虚拟现实技术的教育教学信息处理系统及其教学方法的实时三维建模系统的硬件平台：两台高速数字图像采集相机，结构光发射单元，高性能运算主机和实时三维建模软件，系统通过网络与服务器硬件平台连接；在工作过程中，结构光发射单元对教师所在区域投射特定类型的结构光，两台采集相机同时对教师进行图像拍摄采集，将拍摄数据通过数据线传输给高性能运算主机；进一步，一种利用虚拟现实技术的教育教学信息处理系统及其教学方法的实时三维建模软件包括：实时三维建模软件对图像数据进行分析处理后生成教师的实时三维模型数据，然后三维建模系统通过网络将实时三维模型数据发送本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用虚拟现实技术的教育教学信息处理方法，其特征在于，所述利用虚拟现实技术的教育教学信息处理方法包括：步骤一：将教育教学系统布置在教室中；步骤二：通过实时三维建模系统对教师所在区域进行图像采集获得教师的实时三维模型数据；步骤三：结合讲课内容所对应的虚拟现实场景数据，实时地将教师的三维虚拟形象呈现在虚拟现实的教学内容中；步骤四：学生通过虚拟现实显示设备观看虚拟现实教学场景，可同时观看虚拟现实教学内容和教师的实时三维虚拟形象，通过教师在虚拟场景中的讲解，让学生体会到无法在现实世界中观看和体验的内容，达到身临其境的教学效果。

【技术特征摘要】
1.一种利用虚拟现实技术的教育教学信息处理方法，其特征在于，所述利用虚拟现实技术的教育教学信息处理方法包括：步骤一：将教育教学系统布置在教室中；步骤二：通过实时三维建模系统对教师所在区域进行图像采集获得教师的实时三维模型数据；步骤三：结合讲课内容所对应的虚拟现实场景数据，实时地将教师的三维虚拟形象呈现在虚拟现实的教学内容中；步骤四：学生通过虚拟现实显示设备观看虚拟现实教学场景，可同时观看虚拟现实教学内容和教师的实时三维虚拟形象，通过教师在虚拟场景中的讲解，让学生体会到无法在现实世界中观看和体验的内容，达到身临其境的教学效果。2.一种实现如权利要求1所述利用虚拟现实技术的教育教学信息处理方法的利用虚拟现实技术的教育教学信息处理系统，其特征在于，所述利用虚拟现实技术的教育教学信息处理系统包括：服务器硬件平台、服务器管理软件、教师端硬件平台、教师端软件、实时三维建模系统硬件平台、实时三维建模软件、学生端硬件平台、学生端操作软件。3.如权利要求2所述的利用虚拟现实技术的教育教学信息处理系统，其特征在于，所述的服务器硬件平台包括：服务器硬件平台承担运行管理软件的作用，通过有线或者无线网络与教师端硬件平台的计算机、学生端硬件平台的计算机、实时三维建模系统硬件平台的计算机连接。4.如权利要求2所述的利用虚拟现实技术的教育教学信息处理系统，其特征在于，所述服务器软件包括：服务器软件，根据实时三维建模系统生成的教师三维模型将教师的虚拟形象与当前运行的虚拟教学场景相融合，并将合成后的三维场景数据实时传输给所有学生端软件，同时服务器软件可以接收来自教师端的控制指令，对当前的三维数据分发工作进行控制，也可以接收来自学生端的连接请求，并按预设逻辑处理。5.如权利要求2所述的利用虚拟现实技术的教育教学信息处理系统，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵志强，熊元姣，
申请(专利权)人：深圳职业技术学院，
类型：发明
国别省市：广东,44