一种虚拟实验的仿真情境构建方法及系统技术方案

本公开公开了一种虚拟实验的仿真情境构建方法及系统，构建了一个实验操作有虚拟人指导、实验失败有算法智能辅助、实验结束有系统评估的实验仿真情景，实验开始后通过动捕手套实时采集学生对器材的操作步骤数据作为实际操作数据，当实际操作数据与规则库中的实验标准脚本不一致时，将不一致时的操作步骤标记为错误点，根据实验流程脚本中的规则调用编码标准脚本进行辅助指导；不仅对实物实验进行高度的逼真模拟，而且场景中设计了一个虚拟教师角色，算法智能根据实验者的操作，根据规则库跟踪实验的当前进度，且对错误的操作能够进行检测与判断，引导学生操作实验、可对操作做出实时的反馈、可做总体性的评价。

【技术实现步骤摘要】
一种虚拟实验的仿真情境构建方法及系统
本公开涉及虚拟现实、虚实融合实验
，具体涉及一种虚拟实验的仿真情境构建方法及系统。
技术介绍
在真实中小学的某些实验中，存在着操作要求高，危险性高，三废处理难，实验材料昂贵，实验试剂不可再利用的一些问题。而虚拟现实以构想性、交互性、沉浸性三大特性为用户提供了丰富临场感，因此，开发一套适合中学生使用的虚拟实验系统，有着广阔的应用前景。考虑到中学生存在知识理解能力不足，实验操作技能有限，且教师无法做到一对一个性化实时辅导等问题，实验者一旦出现操作错误，系统如何检测与辅助，这是一项有挑战的工作。
技术实现思路
本公开提供一种虚拟实验的仿真情境构建方法及系统，构建了一个实验操作有虚拟人指导、实验失败有算法智能辅助、实验结束有系统评估的实验仿真情景，实验开始后通过动捕手套实时采集学生对器材的操作步骤数据作为实际操作数据，将实际操作数据与规则库中的实验标准脚本逐步进行对比判断指令执行的步骤是否一致；当实际操作数据与规则库中的实验标准脚本不一致时，将不一致时的操作步骤标记为错误点，根据实验流程脚本中的规则调用编码标准脚本进行辅助指导，并记录错误点并通过编码标准脚本调用语音动作库中的语音库进行语音提示。为了实现上述目的，根据本公开的一方面，提供一种虚拟实验的仿真情境构建方法，所述方法包括以下步骤：在虚拟现实环境下：S100：读取规则库中的实验流程脚本；S200：实验开始后通过动捕手套实时采集学生对器材的操作步骤数据作为实际操作数据；>S300：将实际操作数据与规则库中的实验标准脚本逐步进行对比判断指令执行的步骤是否一致；S400：当实际操作数据与规则库中的实验标准脚本不一致时，将不一致时的操作步骤标记为错误点，根据实验流程脚本中的规则调用编码标准脚本进行辅助指导，并记录错误点并通过编码标准脚本调用语音动作库中的语音库进行语音提示；S500：当操作结束时输出所有的错误点列表。进一步地，实验流程脚本、实验标准脚本、编码标准脚本均为脚本文件，脚本文件是一系列控制计算机进行运算指令的组合；脚本程序在执行时，是由系统的一个解释器，将其逐条的翻译成机器可识别的指令，并按程序顺序执行。进一步地，在S200中，通过动捕手套实时采集学生对器材的操作步骤数据为按照人工操作的操作轨迹和触发事件的运算操作动作指令的顺序依次将这些操作的步骤保存为一个实际操作步骤数据的文件。学生对器材的操作步骤为虚拟现实中的模拟实验器材。进一步地，判断实际操作数据与规则库中的实验标准脚本是否一致的标准为，当实际操作数据中的运算指令和规则库中的实验标准脚本执行的运算指令的不一致次数小于预设阈值时，则判断实际操作数据与规则库中的实验标准脚本为一致,预设阈值默认设置为10次。进一步地，根据实验流程脚本中的规则调用编码标准脚本进行辅助指导的方法为：提示学生按照实验流程脚本中的步骤指令操作器材，如果判断操作步骤是正确的，则输出相应的反馈，若错误，则调用语音动作库中的语音库进行语音提示；完成反馈后，则辅助指导完成，否则引导学生按照操作步骤指令继续实验步骤。进一步地，在S300中，规则库包括：规则脚本、错误内容库、语音动作库；规则脚本包括：实验流程脚本、实验标准脚本及编码标准脚本；实验流程脚本记录了预存的实验需要的操作步骤指令；实验标准脚本为预先通过动捕手套实时采集的对器材的作为标准的操作步骤；编码标准脚本为实验的操作步骤中的触发事件；实验流程脚本包括：触发类型、操作约束、实验输出、步骤标识与导航；实验标准脚本包括：触发标准、约束标准、输出标准、评价标准；编码标准脚本包括：编码方法、编码状态；错误内容库包括：主键、正确操作、异常现象、实验知识；语音动作库包括：模型库、语音库、动作库。本公开还提供了一种虚拟实验的仿真情境构建系统，所述系统包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下系统的单元中：实验流程读取单元，用于读取规则库中的实验流程脚本；操作步骤采集单元，用于实验开始后通过动捕手套实时采集学生对器材的操作步骤数据作为实际操作数据；步骤对比单元，用于将实际操作数据与规则库中的实验标准脚本逐步进行对比判断指令执行的步骤是否一致；错误指导单元，用于当实际操作数据与规则库中的实验标准脚本不一致时，将不一致时的操作步骤标记为错误点，根据实验流程脚本中的规则调用编码标准脚本进行辅助指导，并记录错误点并通过编码标准脚本调用语音动作库中的语音库进行语音提示；错误点输出单元，用于当操作结束时输出所有的错误点列表。本公开的有益效果为：本公开提供一种虚拟实验的仿真情境构建方法及系统，1、场景逼真，不仅对实物实验进行高度的逼真模拟，而且场景中设计了一个虚拟教师角色。2、算法智能，根据实验者的操作，算法可以根据规则库跟踪实验的当前进度，且对错误的操作能够进行检测与判断。3、实时交互，可引导学生操作实验、可对操作做出实时的反馈、可做总体性的评价。附图说明通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明，本公开的上述以及其他特征将更加明显，本公开附图中相同的参考标号表示相同或相似的元素，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，在附图中：图1所示为一种虚拟实验的仿真情境结构图；图2所示为一种虚拟实验的仿真情境构建系统结构图。具体实施方式以下将结合实施例和附图对本公开的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本公开的目的、方案和效果。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。如图1所示为根据本公开的一种虚拟实验的仿真情境结构图，下面结合图1来阐述根据本公开的实施方式的一种虚拟实验的仿真情境构建方法。本公开提出一种虚拟实验的仿真情境构建方法，具体包括以下步骤：S100：读取规则库中的实验流程脚本；S200：实验开始后通过动捕手套实时采集学生对器材的操作步骤数据作为实际操作数据；S300：将实际操作数据与规则库中的实验标准脚本逐步进行对比判断指令执行的步骤是否一致；S400：当实际操作数据与规则库中的实验标准脚本不一致时，将不一致时的操作步骤标记为错误点，根据实验流程脚本中的规则调用编码标准脚本进行辅助指导，并记录错误点并通过编码标准脚本调用语音动作库中的语音库进行语音提示；S500：当操作结束时输出所有的错误点列表。进一步地，实验流程脚本、实验标准脚本、编码标准脚本均为脚本文件，脚本文件是一系列控制计算机进行运算指令的组合；脚本程序在执行时，是由系统的一个解释器，将其逐条的翻译成机器可识别的指令，并按程序顺序执行。进一步地，在S200中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种虚拟实验的仿真情境构建方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/nS100：读取规则库中的实验流程脚本；/nS200：实验开始后通过动捕手套实时采集学生对器材的操作步骤数据作为实际操作数据；/nS300：将实际操作数据与规则库中的实验标准脚本逐步进行对比判断指令执行的步骤是否一致；/nS400：当实际操作数据与规则库中的实验标准脚本不一致时，将不一致时的操作步骤标记为错误点，根据实验流程脚本中的规则调用编码标准脚本进行辅助指导，并记录错误点并通过编码标准脚本调用语音动作库中的语音库进行语音提示；/nS500：当操作结束时输出所有的错误点列表。/n

【技术特征摘要】
1.一种虚拟实验的仿真情境构建方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S100：读取规则库中的实验流程脚本；
S200：实验开始后通过动捕手套实时采集学生对器材的操作步骤数据作为实际操作数据；
S300：将实际操作数据与规则库中的实验标准脚本逐步进行对比判断指令执行的步骤是否一致；
S400：当实际操作数据与规则库中的实验标准脚本不一致时，将不一致时的操作步骤标记为错误点，根据实验流程脚本中的规则调用编码标准脚本进行辅助指导，并记录错误点并通过编码标准脚本调用语音动作库中的语音库进行语音提示；
S500：当操作结束时输出所有的错误点列表。


2.根据权利要求1所述的一种虚拟实验的仿真情境构建方法，其特征在于，实验流程脚本、实验标准脚本、编码标准脚本均为脚本文件，脚本文件是一系列控制计算机进行运算指令的组合；脚本程序在执行时，是由系统的一个解释器，将其逐条的翻译成机器可识别的指令，并按程序顺序执行。


3.根据权利要求1所述的一种虚拟实验的仿真情境构建方法，其特征在于，在S200中，通过动捕手套实时采集学生对器材的操作步骤数据为按照人工操作的操作轨迹和触发事件的运算操作动作指令的顺序依次将这些操作的步骤保存为一个实际操作步骤数据的文件。


4.根据权利要求1所述的一种虚拟实验的仿真情境构建方法，其特征在于，判断实际操作数据与规则库中的实验标准脚本是否一致的标准为，当实际操作数据中的运算指令和规则库中的实验标准脚本执行的运算指令的不一致次数小于预设阈值时，则判断实际操作数据与规则库中的实验标准脚本为一致,预设阈值默认...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹明亮，于丹，李勇恒，李鸣棠，潘志庚，
申请(专利权)人：佛山科学技术学院，
类型：发明
国别省市：广东;44