基于VR技术和6DOF姿态跟踪的知识教育系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于VR技术和6DOF姿态跟踪的知识教育系统，包括：手机VR设备，包括智能手机和佩戴头盔，智能手机安装在佩戴头盔上，用户佩戴上佩戴头盔后对运行在智能手机上的VR场景进行沉浸式学习；六自由度姿态跟踪器，用于实现对手机的六自由度空间姿态和用户在VR场景中的行为的可视化跟踪；教学监测设备，用于对用户的VR教学过程进行数据监测；教学效果评价系统，用于基于监测到的教学数据对用户的VR教学效果进行综合分析评价。本发明专利技术基于VR技术提高了知识教育的沉浸感，提升了知识教育培训效果。另外本发明专利技术通过对VR知识教育效果进行量化评价，解决了传统的知识教育培训方式无法获知学员的培训效果的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于VR技术和6DOF姿态跟踪的知识教育系统
本专利技术涉及VR教学
，具体涉及一种基于VR技术和6DOF姿态跟踪的知识教育系统。
技术介绍
目前，各种类型的知识教育培训方式有集中培训、集体学习、个人自学和组织生活、实践锻炼、网络培训、交流研讨等，但现场教学方式需要将学员组织在一起，存在培训时间难以协调、培训成本较高等问题。网络培训虽然解决了培训时间难以协调的问题，但学员难以与授课者进行互动交流，培训效果不够理想。实践锻炼培训方式比如通过游览博物馆、组织室外活动等的体验式教育方式虽然教学方式更加直观，更具现场感，但培训成本很高，而且需要专业的解说员进行现场解说，学员很难通过独自游览方式深入了解相关知识，教育效果大大折扣。另外，现有的知识教育培训方式无法对每个培训对象的培训效果进行较为科学的量化评价，导致各种类型的知识教育培训流于形式，培训效果并不理想。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于VR技术和6DOF姿态跟踪的知识教育系统，通过专门制作的VR场景供学员对知识教育进行沉浸式学习、体验、交互，不仅解决了目前集中培训方式存在的难以协调培训时间、培训成本大的问题，而且极大提高了教育培训的效果。另外，本专利技术将学员在VR场景中的互动画面投影到外部显示设备上，实现了培训组织方对学员在VR场景中的学习行为的可视化跟踪，能够让培训组织方第一时间掌握每个学员的学习情况，实现对学员培训的监管，有助于有效提升学习效果。本专利技术还通过对VR知识教育效果进行量化评价，解决了传统的知识教育培训方式无法获知学员的培训效果的问题。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：提供一种基于VR技术和6DOF姿态跟踪的知识教育系统，包括：知识教育VR场景制作设备，用于提供给VR场景设计人员制作知识教育VR场景；手机VR设备，包括智能手机和佩戴头盔，所述智能手机安装在所述佩戴头盔上，用户佩戴上所述佩戴头盔后对运行在所述智能手机上的所述VR场景进行沉浸式学习、体验、互动；六自由度姿态跟踪器，通信连接所述手机VR设备，用于实现对所述智能手机的六自由度空间姿态和所述用户在VR场景中的行为的可视化跟踪；教学监测设备，通信连接所述手机VR设备，用于对所述用户的VR教学过程进行数据监测并保存监测到的教学数据；教学效果评价系统，通信连接所述教学监测设备，用于基于监测到的所述教学数据对所述用户的VR教学效果进行综合分析评价，形成教学评价报告。作为本专利技术的一种优选方案，所述知识教育VR场景制作设备中具体包括：知识教育VR场馆空间设计模块，用于提供给设计人员根据整理的素材设计知识教育VR场馆的空间布局结构；VR场馆三维建模模块，连接所述知识教育VR场馆空间设计模块，用于提供给所述设计人员对设计的场馆空间布局结构进行三维建模，形成知识教育VR场馆的三维模型；图片获取模块，用于提供给所述设计人员从一知识教育图片资料库中获取资料图片；图片处理模块，连接所述图片获取模块，用于提供给所述设计人员对所述资料图片进行图像处理，以符合所述三维模型的贴图规范要求；贴图模块，分别连接所述图片处理模块和所述VR场馆三维建模模块，用于提供给所述设计人员将经处理后的所述资料图片贴图到所述三维模型中的指定展示区域；展品文字介绍嵌入模块，连接所述VR场馆三维建模模块，用于提供给所述设计人员将预先确定的展品文字介绍嵌入到所述三维模型中所要关联的虚拟展品的指定展示区域处；展品文字介绍触发控制模块，连接所述VR场馆三维建模模块，用于提供给所述设计人员设计触发并显示所述展品文字介绍的控制方式；讲解语音获取模块，连接一知识教育讲解语音库，用于提供给所述设计人员从所述知识教育讲解语音库中获取讲解语音；讲解语音嵌入模块，分别连接所述讲解语音获取模块和所述VR场馆三维建模模块，用于提供给所述设计人员将所述讲解语音嵌入到所述三维模型中的指定展厅板块处；讲解语音播放触发控制模块，连接所述VR场馆三维建模模块，用于提供给所述设计人员设计触发并播放所述讲解语音的控制方式；知识教育视频获取模块，连接一知识教育视频库，用于提供给所述设计人员从所述知识教育视频库中获取知识教育视频；知识教育视频嵌入模块，分别连接所述知识教育视频获取模块和所述VR场馆三维建模模块，用于提供给所述设计人员将所述知识教育视频嵌入到所述三维模型中的指定位置处；知识教育视频触发控制模块，连接所述VR场馆三维建模模块，用于提供给所述设计人员设计触发并播放所述知识教育视频的控制方式；VR场景生成模块，连接所述VR场馆三维建模模块，用于将制作完成的所述三维模型进行优化打包，并最终生成所述VR场景。作为本专利技术的一种优选方案，所述六自由度跟踪器包括：立体投影设备，通信连接所述手机VR设备，用于将运行在所述智能手机中的所述VR场景投影到显示设备上；所述智能手机，用于检测所述用户操作手机的行为，获取手机的空间姿态并解析，并用将所述用户操作手机的行为信息和所解析的手机空间姿态信息合成为交互消息并输出；服务器端，通信连接所述智能手机和所述立体投影设备，用于接收所述智能手机发送的所述交互消息并对所述交互消息进行内容解析，然后将解析的交互消息内容通过所述立体投影设备投影到所述显示设备上。作为本专利技术的一种优选方案，通过设置在所述智能手机中的空间姿态监测设备实现对手机空间姿态的实时监测，所述空间姿态监测设备包括三轴加速度计、陀螺仪或磁力计中的任意一种或多种。作为本专利技术的一种优选方案，安装在所述智能手机中的数据分析处理系统包括：数据获取模块，用于获取所述用户操作所述智能手机的行为数据和各所述空间姿态监测设备监测到的监测数据；触屏消息形成模块，连接所述数据获取模块，用于将所述用户操作所述智能手机的行为解释为触屏消息并输出；空间姿态解算模块，连接所述数据获取模块，用于根据各所述空间姿态监测设备监测到的所述监测数据解算手机的六自由度空间姿态，并生成空间姿态信息并输出；消息合成模块，分别连接所述触屏消息形成模块和所述空间姿态解算模块，用于将所述触屏消息和所述空间姿态信息通过定义的交互消息格式合成为交互消息并输出；安装在所述服务器端的数据处理系统包括：交互消息内容解析模块，通信连接所述消息合成模块，用于对所述智能手机发送的所述交互消息进行内容解析；交互映射模块，连接所述交互消息内容解析模块，用于将解析后的交互消息内容以用户视角映射到VR场景中，然后将映射场景通过立体投影设备投影到显示设备上。作为本专利技术的一种优选方案，所述智能手机解算手机的六自由度空间姿态的方法包括如下步骤：步骤S1，获取安装在所述智能手机中的三轴加速度计当前监测到的加速度计值；步骤S2，判断当前的所述加速度计值与重力加速度g的差值是否小于一预设阈值，若是，则判定所述智能手机当前处于准静止状态，并转入步骤S32；若否，则判本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于VR技术和6DOF姿态跟踪的知识教育系统，其特征在于，包括：/n知识教育VR场景制作设备，用于提供给VR场景设计人员制作知识教育VR场景；/n手机VR设备，包括智能手机和佩戴头盔，所述智能手机安装在所述佩戴头盔上，用户佩戴上所述佩戴头盔后对运行在所述智能手机上的所述VR场景进行沉浸式学习、体验、互动；/n六自由度姿态跟踪器，通信连接所述手机VR设备，用于实现对所述智能手机的六自由度空间姿态和所述用户在VR场景中的行为的可视化跟踪；/n教学监测设备，通信连接所述手机VR设备，用于对所述用户的VR教学过程进行数据监测并保存监测到的教学数据；/n教学效果评价系统，通信连接所述教学监测设备，用于基于监测到的所述教学数据对所述用户的VR教学效果进行综合分析评价，形成教学评价报告。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于VR技术和6DOF姿态跟踪的知识教育系统，其特征在于，包括：
知识教育VR场景制作设备，用于提供给VR场景设计人员制作知识教育VR场景；
手机VR设备，包括智能手机和佩戴头盔，所述智能手机安装在所述佩戴头盔上，用户佩戴上所述佩戴头盔后对运行在所述智能手机上的所述VR场景进行沉浸式学习、体验、互动；
六自由度姿态跟踪器，通信连接所述手机VR设备，用于实现对所述智能手机的六自由度空间姿态和所述用户在VR场景中的行为的可视化跟踪；
教学监测设备，通信连接所述手机VR设备，用于对所述用户的VR教学过程进行数据监测并保存监测到的教学数据；
教学效果评价系统，通信连接所述教学监测设备，用于基于监测到的所述教学数据对所述用户的VR教学效果进行综合分析评价，形成教学评价报告。


2.根据权利要求1所述的基于VR技术和6DOF姿态跟踪的知识教育系统，其特征在于，所述知识教育VR场景制作设备中具体包括：
知识教育VR场馆空间设计模块，用于提供给设计人员根据整理的素材设计知识教育VR场馆的空间布局结构；
VR场馆三维建模模块，连接所述知识教育VR场馆空间设计模块，用于提供给所述设计人员对设计的场馆空间布局结构进行三维建模，形成知识教育VR场馆的三维模型；
图片获取模块，用于提供给所述设计人员从一知识教育图片资料库中获取资料图片；
图片处理模块，连接所述图片获取模块，用于提供给所述设计人员对所述资料图片进行图像处理，以符合所述三维模型的贴图规范要求；
贴图模块，分别连接所述图片处理模块和所述VR场馆三维建模模块，用于提供给所述设计人员将经处理后的所述资料图片贴图到所述三维模型中的指定展示区域；
展品文字介绍嵌入模块，连接所述VR场馆三维建模模块，用于提供给所述设计人员将预先确定的展品文字介绍嵌入到所述三维模型中所要关联的虚拟展品的指定展示区域处；
展品文字介绍触发控制模块，连接所述VR场馆三维建模模块，用于提供给所述设计人员设计触发并显示所述展品文字介绍的控制方式；
讲解语音获取模块，连接一知识教育讲解语音库，用于提供给所述设计人员从所述知识教育讲解语音库中获取讲解语音；
讲解语音嵌入模块，分别连接所述讲解语音获取模块和所述VR场馆三维建模模块，用于提供给所述设计人员将所述讲解语音嵌入到所述三维模型中的指定展厅板块处；
讲解语音播放触发控制模块，连接所述VR场馆三维建模模块，用于提供给所述设计人员设计触发并播放所述讲解语音的控制方式；
知识教育视频获取模块，连接一知识教育视频库，用于提供给所述设计人员从所述知识教育视频库中获取知识教育视频；
知识教育视频嵌入模块，分别连接所述知识教育视频获取模块和所述VR场馆三维建模模块，用于提供给所述设计人员将所述知识教育视频嵌入到所述三维模型中的指定位置处；
知识教育视频触发控制模块，连接所述VR场馆三维建模模块，用于提供给所述设计人员设计触发并播放所述知识教育视频的控制方式；
VR场景生成模块，连接所述VR场馆三维建模模块，用于将制作完成的所述三维模型进行优化打包，并最终生成所述VR场景。


3.根据权利要求1所述的基于VR技术和6DOF姿态跟踪的知识教育系统，其特征在于，所述六自由度跟踪器包括：
立体投影设备，通信连接所述手机VR设备，用于将运行在所述智能手机中的所述VR场景投影到显示设备上；
所述智能手机，用于检测所述用户操作手机的行为，获取手机的空间姿态并解析，并用将所述用户操作手机的行为信息和所解析的手机空间姿态信息合成为交互消息并输出；
服务器端，通信连接所述智能手机和所述立体投影设备，用于接收所述智能手机发送的所述交互消息并对所述交互消息进行内容解析，然后将解析的交互消息内容通过所述立体投影设备投影到所述显示设备上。


4.根据权利要求1所述的基于VR技术和6DOF姿态跟踪的知识教育系统，其特征在于，通过设置在所述智能手机中的空间姿态监测设备实现对手机空间姿态的实时监测，所述空间姿态监测设备包括三轴加速度计、陀螺仪或磁力计中的任意一种或多种。


5.根据权利要求1所述的基于VR技术和6DOF姿态跟踪的知识教育系统，其特征在于，安装在所述智能手机中的数据分析处理系统包括：
数据获取模块，用于获取所述用户操作所述智能手机的行为数据和各所述空间姿态监测设备监测到的监测数据；
触屏消息形成模块，连接所述数据获取模块，用于将所述用户操作所述智能手机的行为解释为触屏消息并输出；
空间姿态解算模块，连接所述数据获取模块，用于根据各所述空间姿态监测设备监测到的所述监测数据解算手机的六自由度空间姿态，并生成空间姿态信息并输出；
消息合成模块，分别连接所述触屏消息形成模块和所述空间姿态解算模块，用于将所述触屏消息和所述空间姿态信息通过定义的交互消息格式合成为交互消息并输出；
安装在所述服务器端的数据处理系统包括：
交互消息内容解析模块，通信连接所述消息合成模块，用于对所述智能手机发送的所述交互消息进行内容解析；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：康望才，
申请(专利权)人：湖南翰坤实业有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43