一种基于全息投影的远程教学互动系统技术方案

一种基于全息投影的远程教学互动系统，包括：学生端、教师端和服务器端；所述教师端与学生端间通过服务器端通信连接；所述学生端中应用到的硬件设备包括全息投影装置、第二摄像装置、第二工作站设备和第二显示器；所述教师端硬件包括第一摄像装置、第一工作站设备和第一显示器；本实用新型专利技术提供的系统打破了地域限制，基于全息三维为教和学营造在同一场景的沉浸感和逼真感,异地教学零距离；打破时域限制，教学双方在空间环境中即时交互和互动教学，亲切感，自然互动；可实现情景再现，复习课堂可以回溯当时上课时的全息互动场景，用于教学评估和学生复习的用途。

A distance teaching interactive system based on holographic projection

【技术实现步骤摘要】
一种基于全息投影的远程教学互动系统
本技术涉及全息影像
，特别涉及一种基于全息投影的远程教学互动系统。
技术介绍
远程教学，又叫做电子教学（e-Teaching），是一种形式化的教与学系统，它是为通过使用电子通信手段来执行远距离教学而专门设计的。因为远程教育在时间上更加富有弹性并且能传送到任何地方，所以它能为那些由于行程安排或距离问题而不能接受传统教育的学生提供学习的机会。现代远程教育则是指通过音频、视频（直播或录像）以及包括实时和非实时在内的计算机技术把课程传送的教育。计算机技术、多媒体技术、通信技术的发展，特别是因特网(internet)的迅猛发展，使远程教育的手段有了质的飞跃，成为高新技术条件下的远程教育。现有技术中，以网络视频会议为代表的远程教育协作方法目前已经得到了广泛的应用，但却存在着许多缺点和问题，例如在网络视频会议是基于二维平面媒介的，无法为学习者和教学者提供三维逼真的立体感和现实感，不能为教学双方营造一种在同一个场景中的“沉浸感”，而且交流双方无法在空间环境中进行交互。
技术实现思路
为了解决上述问题，本技术提供了一种基于全息投影的远程教学互动系统，能够打破地域和时域的限制，提高真实感，提高教学过程中双方的互动性。本技术的技术方案如下所示：一种基于全息投影的远程教学互动系统，包括：学生端、教师端和服务器端；所述教师端与学生端间通过服务器端通信连接；所述学生端中应用到的硬件设备包括全息投影装置、第二摄像装置、第二工作站设备和第二显示器；所述教师端硬件包括第一摄像装置、第一工作站设备和第一显示器；所述第一工作站设备和第二工作站设备均与服务器端建立网络连接，所述第一摄像装置与第一工作站设备建立物理连接或网络连接，所述第一显示器与第一工作站设备通过导线连接，所述全息投影装置、第二摄像装置与第二工作站设备建立物理连接或者网络连接，所述第二显示器与第二工作站设备物理连接。优选的，所述服务器端包括用于接收教师端或学生信息数据的接收模块、用于合并信息数据的合并模块、用于存储信息数据的数据库系统以及发送信息数据至教师端或学生端的发送模块。优选的，所述全息投影装置采用固定支架吊顶安装。优选的，所述第一摄像装置包括若干深度摄像头组成的环绕式深度图像采集单元矩阵；所述深度摄像头围绕教师端所在活动区域包围环绕式安装，所述深度摄像头通过固定支架安装。第一摄像装置采用的深度摄像头的个数是由场地的空间大小以及深度摄像头的视场角(FieldofViews,FoV)等因素决定。优选的，所述深度摄像头为3D结构光深度摄像头。可使用的摄像头为MicrosoftKinnect、IntelRealSensor或OrbbecAstra。优选的，所述第二摄像装置为全景360度或半全景180度摄像头。更优选的，所述第二摄像装置通过固定支架安装于教室讲台上方正中间位置或固定角落位置。本技术的有益效果为：本技术提供的系统打破了地域限制，基于全息三维为教和学营造在同一场景的沉浸感和逼真感,异地教学零距离；打破时域限制，教学双方在空间环境中即时交互和互动教学，亲切感，自然互动；可实现情景再现，复习课堂可以回溯当时上课时的全息互动场景，用于教学评估和学生复习的用途。附图说明图1为本技术的示意图。具体实施方式下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。如图1所示，一种基于全息投影的远程教学互动系统，包括教师端10、学生端20和服务器端30，其中教师端10所在的空间设置有第一摄像装置11、第一工作站设备12和第一显示器13，学生端20所在的空间设置有全息投影装置21、第二摄像装置22、第二工作站设备23和第二显示器24，第一工作站设备12和第二工作站设备23均与服务器30端建立网络连接，第一摄像装置11与第一工作站设备12建立物理连接或网络连接，第一显示器13与第一工作站设备12通过导线连接，全息投影装置21、第二摄像装置22与第二工作站设备23建立物理连接或者网络连接，第二显示器24与第二工作站23设备物理连接。教师端10与学生端20通过服务器端30建立网络数据通信，服务器端30包括用于接收教师或学生信息数据的接收模块、用于合并信息数据的合并模块、用于存储信息数据的数据库系统以及发送信息数据至教师端10或学生端20的发送模块。教师端10和学生端20通过服务器端30信令服务和网络STUN服务打洞实现点对点（P2P）数据传输，从而提高传输效率和降低数据端到端的延迟。本技术中选优的网络选型为教育专网、5G和4G网络等。教师端10中的第一摄像装置11包括至少一个以上深度摄像头组成的环绕式深度图像采集单元矩阵，其围绕教师所在活动区域包围环绕式安装和工作（图中未示出）。各深度摄像头通过固定支架安装。第一摄像装置11负责捕捉教师在教学活动中的形体、动作、表情生成深度图像，送至第一工作站12处理并生成三维纹理几何模型并以字节流的形式发送至服务器端30。第一摄像装置11包括的深度摄像头，尤其是一种3D结构光深度摄像头，包括MicrosoftKinnect、IntelRealSensor和OrbbecAstra等。上述处理和传输过程均使用现有技术，因此不在此赘述具体过程，本技术以组成的结构和设备为主要创新点，不保护设备的处理识别的过程。服务器端30负责数据及信令的转发，课堂音视频流的合并和存储等。所述课堂音视频流的合并和存储包括针对课堂教师端10和学生端20的两路音视频流对于时间轴的混合和叠加，从而对应每堂课的活动情况存储至数据库系统。以此可以回溯当时上课时的互动场景，用于教学评估和学生复习的用途。接收到复习课堂指令后，服务器端30可以从数据库系统调取到对应课程的录制片段，即上述课堂的音视频流的合并和存储记录。服务器端30的数据库系统采用MySQL、SQLServer、DB2、SyBase、MangoDB、Redis、LMDB和LevelDB等；服务器端还能提供用户鉴权、数据加密、访问控制、隐私保护、负载均衡等功能。学生端20的第二工作站设备23接收服务器端30的信息生成三维纹理几何模型，并传送至全息投影装置21和第二显示器24在指定投影空间投影和播放，全息投影装置21采用固定支架吊顶安装（图中未示出）。学生可以和全息三维老师、教学用的三维教具或演示实体以及三维虚拟课件资源从不同角度进行零距离交互和互动。第二显示器24用于播放当前课堂的教学教案和课件资源。第二摄像装置22通过捕获当前课堂场景的音、视频流，所述课堂场景的音视频流送达第二工作站设备23或者通过服务器端30的处理，识别当前课堂的学生行为数据，如课堂的活跃情况、谁举手发问、谁站立回答问题、学生表情情况等，所述课堂行为数据通过服务器端30发送本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于全息投影的远程教学互动系统，其特征在于，包括：学生端、教师端和服务器端；所述教师端与学生端间通过服务器端通信连接；所述学生端中应用到的硬件设备包括全息投影装置、第二摄像装置、第二工作站设备和第二显示器；所述教师端硬件包括第一摄像装置、第一工作站设备和第一显示器；所述第一工作站设备和第二工作站设备均与服务器端建立网络连接，所述第一摄像装置与第一工作站设备建立物理连接或网络连接，所述第一显示器与第一工作站设备通过导线连接，所述全息投影装置、第二摄像装置与第二工作站设备建立物理连接或者网络连接，所述第二显示器与第二工作站设备物理连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于全息投影的远程教学互动系统，其特征在于，包括：学生端、教师端和服务器端；所述教师端与学生端间通过服务器端通信连接；所述学生端中应用到的硬件设备包括全息投影装置、第二摄像装置、第二工作站设备和第二显示器；所述教师端硬件包括第一摄像装置、第一工作站设备和第一显示器；所述第一工作站设备和第二工作站设备均与服务器端建立网络连接，所述第一摄像装置与第一工作站设备建立物理连接或网络连接，所述第一显示器与第一工作站设备通过导线连接，所述全息投影装置、第二摄像装置与第二工作站设备建立物理连接或者网络连接，所述第二显示器与第二工作站设备物理连接。


2.根据权利要求1中所述的一种基于全息投影的远程教学互动系统，其特征在于，所述服务器端包括用于接收教书端或学生信息数据的接收模块、用于合并信息数据的合并模块、用于存储信息数据的数据库系统以及发送信息数据至教师端或学生端的发送模块。

【专利技术属性】
技术研发人员：黄敦笔，杜武平，唐金腾，
申请(专利权)人：杭州赛鲁班网络科技有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33