一种沉浸式虚实交互的实训系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开一种沉浸式虚实交互的实训系统及其方法，实验设备放置在矩阵平面上，使实验设备与投影机投射的多媒体图像共处一个平面。一方面，学生放置实验设备时，控制主机通过投影机以视频方式在实验设备附近显示设备的参数、接线端子及注意事项等，指导学生对该设备进行设备的安装、连接与调试，相当于教师在现场指导。另一方面，多个实验设备安装完毕后，控制主机启动联动工作模式，同时图像以动态背景的方式实时显示设备状态、工作流程数据显示等，模拟显示设备在当前场景中的运行状态数据。本发明专利技术便于拆卸且能够投影教学，大大激发学生的学习积极性、提高学生的学习效率。

【技术实现步骤摘要】
一种沉浸式虚实交互的实训系统及其方法
本专利技术涉及教学仪器设备
，尤其涉及一种沉浸式虚实交互的实训系统及其方法。
技术介绍
在高校及职业院校的实训教学方面，传统的方式还是以各种实验箱及实验台为载体，学生依据实训（或实验）指导书，按步骤在实验台（箱）上进行实验（训），长期的这种实验（训）模式使学生愈加审美疲劳，学习兴趣底下、效率不高；教育部为此也出台了各种政策，促进学校为了改善这种教学方式改进教学方式、进行一系列的教学、教材及教法改革。同时，各个实验教学设备提供商也积极创新，为了提高学生的兴趣做了很多专利技术创新的产品。为了提高高等学校及职业院校教学及实训方面学生的学习兴趣及积极性、满足高等院校教学领域寓教于乐的教学需求，针对高校实验室设备存在的各种弊端，需要一种快速拆装且可投影的实训教学设备，以便提高效率，同时又提高学生的开发积极性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种沉浸式虚实交互的实训系统及其方法。本专利技术采用的技术方案是：一种沉浸式虚实交互的实训系统，其包括实验桌、实验设备、控制主机，实验桌具有作为投影平面的矩阵平面，矩阵平面的上方设有投影机和摄像机，矩阵平面内置铁磁材料，分别具有不同大小的实验设备磁吸附于矩阵平面，矩阵平面的四侧边设置红外触控模块形成覆盖矩阵平面的触控平面，实验桌对应矩阵平面的下方具有内部容纳腔，控制主机和以及与控制主机连接的实验外围设备放置在容纳腔内，实验设备的连线与容纳腔内的外围设备连接；控制主机分别连接红外触控模块、投影机（图中未表示），控制主机内置实训教学信息，红外触控模块探测矩阵平面上的实验设备大小和位置以及用户交互动作信息；控制主机基于实验设备的大小识别当前实训场景的设备类型，投影机在控制主机的控制下投射教学信息以及交互反馈信息至矩阵平面。进一步地，作为一种较优实施方式，矩阵平面具有若干像素槽，像素槽内可拆卸磁吸附有磁吸附模块，进一步地，作为一种较优实施方式，矩阵平面由若干矩形单元可拆卸拼接成型，矩形单元包括外壳、铁磁材料金属板、钳位板和单元底板，外壳的上表面为投影平面且间隔分布至少一个作为像素槽的外壳通孔，像素槽内磁吸附有磁吸附模块，外壳通孔具有向外壳内侧延伸的内壁，内壁的深度等于磁吸附模块的厚度，铁磁材料金属板套设在内壁外侧并与外壳的内侧紧贴，便于底部设有磁铁的实验设备磁吸附在矩阵平面，钳位板和单元底版由上至下依次设在内壁的底部开口，钳位板对应底部开口的至少两个侧边设有用于安装磁铁条的嵌入槽，磁铁条固定安装于嵌入槽内且部分突出底部开口，单元底板对应磁铁条突出部分具有支撑凸块，外壳投影平面为亚光带皮纹平面，确保图像投射的上面有良好的显示效果；外壳与铁磁材料金属板接触的内侧表面磨砂，外壳内侧设有若干定位柱，定位柱依次穿过铁磁材料金属板、钳位板与单元底板的连接孔固定连接。进一步地，作为一种较优实施方式，矩阵平面由若干矩形单元可拆卸拼接成型，矩形单元包括外壳、铁磁材料金属板、钳位板和单元底板，外壳的上表面为投影平面且间隔分布至少一个作为像素槽的外壳通孔，像素槽内磁吸附有磁吸附模块，外壳通孔具有向外壳内侧延伸的内壁，内壁的深度等于磁吸附模块的厚度，铁磁材料金属板套设在内壁外侧并与外壳的内侧紧贴，便于底部设有磁铁的实验设备磁吸附在矩阵平面，钳位板和单元底版由上至下依次设在内壁的底部开口，钳位板对应底部开口的至少两个侧边设有用于安装磁铁条的嵌入槽，磁铁条固定安装于嵌入槽内且部分突出底部开口，单元底板对应磁铁条突出部分具有支撑凸块，外壳投影平面为亚光带皮纹平面，确保图像投射的上面有良好的显示效果；外壳与铁磁材料金属板接触的内侧表面磨砂，外壳内侧设有若干定位柱，定位柱依次穿过铁磁材料金属板、钳位板与单元底板的连接孔固定连接；实验桌对应矩阵平面的下方具有内部容纳腔，控制主机和实验外围设备放置在容纳腔内，实验设备的连线通过磁吸附模块与容纳腔内的外围设备连接。进一步地，作为一种较优实施方式，实训教学信息包括教学实训场景、实验设备信息。进一步地，作为一种较优实施方式，红外触控模块包括排布在四侧边的红外发射管和红外接收管，一一对应形成横竖交叉的红外线矩阵。进一步地，作为一种较优实施方式，实验桌还嵌入音频播放设备，控制主机内置实训教学音频，用户点击对应的实验设备时播放预设的教学音频。进一步地，作为一种较优实施方式，实验桌为台式结构，矩阵平面位于台式实验桌的上端面；或者实验桌为立式结构，矩阵平面设于立式实验桌是正面。进一步地，作为一种较优实施方式，实验桌对应矩阵平面的四侧面上开设有开关门，实验桌的底部设有滚轮，便于移动实验桌。一种沉浸式虚实交互的实训方法，其包括以下步骤：步骤1，教师通过控制主机选取对应的教学实训场景并配置各个实验设备的当前器件类型；步骤2，控制主机投射对应的教学实训场景至矩阵平面，同时投影显示当前每个实验设备的器件类型，步骤3，学生根据当前教学实训场景进行对应的实训练习，将对应实验设备放置至矩阵平面对应当前实训场景的指定区域，并完成实验设备的连接；步骤4，红外触控模块探测矩阵平面上各个实验设备的大小和位置，控制主机基于实验设备的大小识别出该实验设备在当前实训场景下的设备类型进而生成连接信息；步骤5，控制主机比较连接信息与当前教学实训场景的预设信息是否一致；当与预设信息一致时，则控制主机将模拟运行画面投影至矩阵平面以便学生直观了解运行过程并执行步骤7；当与预设信息不一致时，控制主机给出错误信息和提示信息并投影至矩阵平面并执行步骤6；步骤6，学生根据提示信息重新放置与连接实验设备，并执行步骤4；步骤7，控制主机根据学生的实训情况生成实训结果，并统一汇总教学实训结果至教师所在终端设备。进一步地，作为一种较优实施方式，步骤3中红外触控模块探测到用户将对应实验设备放到指定区域时，控制主机将该实验设备的当前配置器件类型的连接信息投影至该实验设备周围的矩阵平面上。进一步地，作为一种较优实施方式，步骤5中控制主机根据模拟运行情况控制外围设备中的执行设备进行相应的动作。本专利技术采用以上技术方案，实验设备放置在安装环境（矩阵平面）上，使实验设备与投影机投射的多媒体图像共处一个平面。一方面，学生放置实验设备时，控制主机通过投影机以视频方式在实验设备附近显示设备的参数、接线端子及注意事项等，指导学生对该设备进行设备的安装、连接与调试，相当于教师在现场指导。另一方面，多个实验设备安装完毕后，控制主机启动联动工作模式，同时图像以动态背景的方式实时显示设备状态、工作流程数据显示等，模拟显示设备在当前场景（如智能家居、智能交通、智能电网等应用）中的运行状态数据。本专利技术达到实验设备和投影视频的统一；图像显示平面既是多媒体投影的显示区域（相当于银幕），又是设备的安装平面。同时本专利技术实现了显示平面与设备走线的分离，确保显示平面干净，不影响多媒体视频显示的效果。本专利技术实际使用中，能够大大激发学生的学习积极性、提高学生的学习效率，且节省了教师的教学任务、减轻了教师本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种沉浸式虚实交互的实训系统，其特征在于：其包括实验桌、实验设备、控制主机，实验桌具有作为投影平面的矩阵平面，矩阵平面的上方设有投影机和摄像机，矩阵平面内置铁磁材料，分别具有不同大小的实验设备磁吸附于矩阵平面，矩阵平面的四侧边设置红外触控模块形成覆盖矩阵平面的触控平面，实验桌对应矩阵平面的下方具有内部容纳腔，控制主机和实验外围设备放置在容纳腔内，实验设备的连与容纳腔内的外围设备连接；控制主机分别连接红外触控模块、投影机，控制主机内置实训教学信息，红外触控模块探测矩阵平面上的实验设备大小和位置以及用户交互动作信息；控制主机基于实验设备的大小识别出在当前实训场景下的设备类型，投影机在控制主机的控制下投射教学信息以及交互反馈信息至矩阵平面。/n

【技术特征摘要】
1.一种沉浸式虚实交互的实训系统，其特征在于：其包括实验桌、实验设备、控制主机，实验桌具有作为投影平面的矩阵平面，矩阵平面的上方设有投影机和摄像机，矩阵平面内置铁磁材料，分别具有不同大小的实验设备磁吸附于矩阵平面，矩阵平面的四侧边设置红外触控模块形成覆盖矩阵平面的触控平面，实验桌对应矩阵平面的下方具有内部容纳腔，控制主机和实验外围设备放置在容纳腔内，实验设备的连与容纳腔内的外围设备连接；控制主机分别连接红外触控模块、投影机，控制主机内置实训教学信息，红外触控模块探测矩阵平面上的实验设备大小和位置以及用户交互动作信息；控制主机基于实验设备的大小识别出在当前实训场景下的设备类型，投影机在控制主机的控制下投射教学信息以及交互反馈信息至矩阵平面。


2.根据权利要求1所述的一种沉浸式虚实交互的实训系统，其特征在于：矩阵平面由若干矩形单元可拆卸拼接成型，矩形单元包括外壳、铁磁材料金属板、钳位板和单元底板，外壳的上表面为投影平面且间隔分布至少一个作为像素槽的外壳通孔，像素槽内磁吸附有磁吸附模块，外壳通孔具有向外壳内侧延伸的内壁，内壁的深度等于磁吸附模块的厚度，铁磁材料金属板套设在内壁外侧并与外壳的内侧紧贴，便于底部设有磁铁的实验设备磁吸附在矩阵平面，钳位板和单元底版由上至下依次设在内壁的底部开口，钳位板对应底部开口的至少两个侧边设有用于安装磁铁条的嵌入槽，磁铁条固定安装于嵌入槽内且部分突出底部开口，单元底板对应磁铁条突出部分具有支撑凸块，外壳投影平面为亚光带皮纹平面，确保图像投射的上面有良好的显示效果；外壳与铁磁材料金属板接触的内侧表面磨砂，外壳内侧设有若干定位柱，定位柱依次穿过铁磁材料金属板、钳位板与单元底板的连接孔固定连接。


3.根据权利要求2所述的一种沉浸式虚实交互的实训系统，其特征在于：磁吸附模块包括金属板和套设在金属板上的塑料外壳，塑料外壳的外部上表面为投影平面，贴近塑料外壳的内表面设有便于吸附磁铁的铁磁材料板，铁磁材料板的底面设有铆柱，铁磁材料板通过铆柱与金属板上设有的安装孔固定连接，金属板的至少两侧边上具有限位凸起，塑料外壳的底面四侧对应限位凸起开设凹槽，磁吸附模块通过限位凸起与矩阵平面的磁铁磁吸附连接。


4.根据权利要求2所述的一种沉浸式虚实交互的实训系统，其特征在于：磁吸附模块整体呈方形，金属板、铁磁材料板和塑料外壳整体呈方形，金属板的四侧边上具有限位凸起，金属板整体呈米字形；或者磁吸附模块整体具有月牙缺口，金属板、铁磁材料板和塑料外壳在同一侧边上内凹形成月牙缺口，月...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭勇，李文亮，卓树峰，
申请(专利权)人：北京新大陆时代教育科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11