基于数字孪生技术的智慧教学方法、系统及存储介质技术方案

本发明专利技术公开的一种基于数字孪生技术的智慧教学方法、系统及存储介质，包括：采集实训教学设备实体数据信息，根据实体数据信息生成实训教学设备的点云数据，通过点云数据进行三维重建生成实训教学设备的三维重建模型；将实训教学设备的三维重建模型建立数字孪生体模型，根据数字孪生体模型构建虚拟交互场景；目标用户通过交互终端进行实训学习，获取目标用户在实训过程中的操作学习信息，根据操作学习信息评价目标用户的实训学习状况；根据目标用户的实训学习状况制定适应性实训教学计划，通过周期性考核制度对适应性实训教学计划进行更新修正。本发明专利技术通过数字孪生融合实训教学过程，提高了实训效率，同时有效解决培训效率低、危险系数高等问题。险系数高等问题。险系数高等问题。

【技术实现步骤摘要】
基于数字孪生技术的智慧教学方法、系统及存储介质


[0001]本专利技术涉及数字孪生
，更具体的，涉及一种基于数字孪生技术的智慧教学方法、系统及存储介质。

技术介绍

[0002]随着招生规模扩大，学生实训需求和实训资源短缺的矛盾日益突出，而虚拟仿真实训教学平台的高效、便利和高复用性，可有效缓解实训资源紧张困境，降低实训教学成本，加快职业人才的培养速度。虚拟仿真实训教学通过仿真模拟、沉浸式体验，为教学提供了沉浸式学习环境和自由灵活的教学方式，相比单一媒体的教学方式以及复合型的多媒体教学方式的教学效率来说会更高，解决传统实训“高投入、高耗材、高危险、难实施、难观摩”的难题，实现学习经验即工作经验，给学生创造充分动手实践、反复实践机会，调动学习积极性，保障教学质量。
[0003]数字孪生是将物理空间中的人、事、物完全映射到虚拟空间，建立虚拟世界与实体物理世界的连接，并对物理空间的各类设备系统进行实时优化。构建物理空间与虚拟空间的虚实交融、同生共存，是可智能操控的映射关系。因此通过数字孪生技术实现实训教学及考核任务，实现实训环境的虚拟再现，学生沉浸式现场实训学习有效解决培训效率低、成本高、安全风险性高、技术文件难以整合等问题。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种基于数字孪生技术的智慧教学方法、系统及存储介质。
[0005]本专利技术第一方面提供了一种基于数字孪生技术的智慧教学方法，包括：采集实训教学设备实体数据信息，根据所述实体数据信息生成实训教学设备的点云数据，通过所述点云数据进行三维重建生成实训教学设备的三维重建模型；根据所述实训教学设备的三维重建模型建立数字孪生体模型，根据数字孪生体模型构建虚拟交互场景；目标用户通过交互终端进行实训学习，获取目标用户在实训过程中的操作学习信息，根据所述操作学习信息评价目标用户的实训学习状况；根据目标用户的实训学习状况制定适应性实训教学计划，同时，通过周期性考核制度对适应性实训教学计划进行更新修正。
[0006]本方案中，根据所述实训教学设备的三维重建模型建立数字孪生体模型，具体为：通过机器视觉设备获取实训教学设备的多角度图像信息，根据所述多角度图像信息获取点云数据，对点云数据进行预处理，获取实训教学设备的实体尺寸信息及装配信息；通过点云数据进行三维重建，根据所述实体尺寸信息及装配信息将点云数据进行配准及连接，生成实训教学设备的三维重建模型；将实训教育设备的实体材料属性、机电对象属性及运动约束条件赋予所述三维重
建模型，构建实训教学设备的数字孪生体模型；判断实训教学设备的数字孪生体模型与实训教学设备实体的运动匹配度是否处于预设运动匹配度阈值范围内；若不处于，则证明实训教学设备实体的运动与数字孪生体模型存在不匹配现象，则对数字孪生体模型进行优化。
[0007]本方案中，所述的目标用户通过交互终端进行实训学习，具体为：通过通讯接口建立数字孪生体模型与实训教学设备实体的连接及映射关系，实现数字孪生体模型的数据传输；通过实训教学设备的数字孪生体模型构建虚拟交互场景，并在所述虚拟交互场景中预设相关实训的教学视频进行目标用户的操作引导；当目标用户的操作步骤与教学视频中的操作步骤存在偏差时，则将该操作步骤进行标记，并生成预警信息；同时根据数字孪生体模型的操作进行生成相应的运动变量，通过实训教学设备中各组件的运动联系及运动约束生成运动极值，当所述运动变量大于所述运动极值时，则生成预警信息。
[0008]本方案中，获取目标用户在实训过程中的操作学习信息，根据所述操作学习信息评价目标用户的实训学习状况，具体为：获取目标用户的基础数据，在日常教学实训过程中获取目标用户的操作学习信息，根据所述操作学习信息获取目标用户完成整套实训操作的时间信息；根据所述时间信息获取目标用户在教学实训过程中的平均熟练度，并将所述平均熟练度作为熟练度基准，获取目标用户在实训操作中熟练度低于熟练度基准的操作步骤；通过目标用户完成整套实训操作的时间信息、熟练度低于熟练度基准的操作步骤数量及所述操作步骤占所述时间信息的比例结合目标用户的基础身份数据评估目标用户实训学习状况；预设实训学习状况评价体系获取目标用户的实训学习状况得分，根据目标用户实训学习状况得分生成目标用户的平时成绩；同时，根据目标用户当前实训操作中的平均熟练度及熟练度低于熟练度基准的操作步骤进行目标用户考核成绩的预测，并将预测考核成绩按照预设方式向目标用户发送。
[0009]本方案中，根据目标用户的实训学习状况制定适应性实训教学计划，具体为：获取目标用户的实训学习状况，获取实训教学设备的操作步骤及目标用户的实训学习状况，将获取的数据进行预处理后将操作步骤的对应字符进行向量化表示；根据所述目标用户实训学习状况中获取各操作步骤出现预警信息情况或判定为熟练度低于熟练度基准情况的次数信息，并根据所述次数信息生成各操作步骤的注意力得分；通过所述注意力得分生成目标用户实训学习状况中各操作步骤的基于注意力机制的向量化表示；构建实训教学计划推荐模型，并进行初始化训练，将目标用户实训学习状况中各操作步骤的基于注意力机制的向量化表示输入所述教学计划推荐模型，生成适应性实训教学计划。
[0010]本方案中，还包括：将历史实训用户的基础数据结合实训学习状况及对应实训教学计划存入预设教学计划数据库；根据目标用户的当前实训操作中的实训学习状况提取实训学习特征，根据实训学习特征获取相似度符合预设相似度阈值范围的历史实训用户数据；获取历史实训用户数据的实训教学计划，并按照所述相似度大小进行倒序排序，获取相似度最高的实训教学计划作为目标用户的当前预设时间段内的实训教学计划；将所述当前预设时间段内的实训教学计划通过预设方式发送至目标用户，获取目标用户通过自身学习情况对实训教学计划的反馈信息，根据反馈信息评估目标用户对实训教学计划的适应度；当所述适应度小于预设适应度阈值，则根据相似度排序获取相似度次高的实训教学计划替换当前预设时间段内的实训教学计划。
[0011]本专利技术第二方面还提供了一种基于数字孪生技术的智慧教学系统，该系统包括：存储器、处理器，所述存储器中包括一种基于数字孪生技术的智慧教学方法程序，所述一种基于数字孪生技术的智慧教学方法程序被所述处理器执行时实现如下步骤：采集实训教学设备实体数据信息，根据所述实体数据信息生成实训教学设备的点云数据，通过所述点云数据进行三维重建生成实训教学设备的三维重建模型；根据所述实训教学设备的三维重建模型建立数字孪生体模型，根据数字孪生体模型构建虚拟交互场景；目标用户通过交互终端进行实训学习，获取目标用户在实训过程中的操作学习信息，根据所述操作学习信息评价目标用户的实训学习状况；根据目标用户的实训学习状况制定适应性实训教学计划，同时，通过周期性考核制度对适应性实训教学计划进行更新修正。
[0012]本方案中，根据所述实训教学设备的三维重建模型建立数字孪生体模型，具体为：通过机器视觉设备获取实训教学设备的多角度图像信息，根据所述多角度图像信息获取点云数据，对点云数据进行预处理，获取实训教本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生技术的智慧教学方法，其特征在于，包括以下步骤：采集实训教学设备实体数据信息，根据所述实体数据信息生成实训教学设备的点云数据，通过所述点云数据进行三维重建生成实训教学设备的三维重建模型；根据所述实训教学设备的三维重建模型建立数字孪生体模型，根据数字孪生体模型构建虚拟交互场景；目标用户通过交互终端进行实训学习，获取目标用户在实训过程中的操作学习信息，根据所述操作学习信息评价目标用户的实训学习状况；根据目标用户的实训学习状况制定适应性实训教学计划，同时，通过周期性考核制度对适应性实训教学计划进行更新修正。2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的智慧教学方法，其特征在于，根据所述实训教学设备的三维重建模型建立数字孪生体模型，具体为：通过机器视觉设备获取实训教学设备的多角度图像信息，根据所述多角度图像信息获取点云数据，对点云数据进行预处理，获取实训教学设备的实体尺寸信息及装配信息；通过点云数据进行三维重建，根据所述实体尺寸信息及装配信息将点云数据进行配准及连接，生成实训教学设备的三维重建模型；将实训教育设备的实体材料属性、机电对象属性及运动约束条件赋予所述三维重建模型，构建实训教学设备的数字孪生体模型；判断实训教学设备的数字孪生体模型与实训教学设备实体的运动匹配度是否处于预设运动匹配度阈值范围内；若不处于，则证明实训教学设备实体的运动与数字孪生体模型存在不匹配现象，则对数字孪生体模型进行优化。3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的智慧教学方法，其特征在于，所述的目标用户通过交互终端进行实训学习，具体为：通过通讯接口建立数字孪生体模型与实训教学设备实体的连接及映射关系，实现数字孪生体模型的数据传输；通过实训教学设备的数字孪生体模型构建虚拟交互场景，并在所述虚拟交互场景中预设相关实训的教学视频进行目标用户的操作引导；当目标用户的操作步骤与教学视频中的操作步骤存在偏差时，则将该操作步骤进行标记，并生成预警信息；同时根据数字孪生体模型的操作进行生成相应的运动变量，通过实训教学设备中各组件的运动联系及运动约束生成运动极值，当所述运动变量大于所述运动极值时，则生成预警信息。4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的智慧教学方法，其特征在于，获取目标用户在实训过程中的操作学习信息，根据所述操作学习信息评价目标用户的实训学习状况，具体为：获取目标用户的基础数据，在日常教学实训过程中获取目标用户的操作学习信息，根据所述操作学习信息获取目标用户完成整套实训操作的时间信息；根据所述时间信息获取目标用户在教学实训过程中的平均熟练度，并将所述平均熟练度作为熟练度基准，获取目标用户在实训操作中熟练度低于熟练度基准的操作步骤；
通过目标用户完成整套实训操作的时间信息、熟练度低于熟练度基准的操作步骤数量及所述操作步骤占所述时间信息的比例结合目标用户的基础身份数据评估目标用户实训学习状况；预设实训学习状况评价体系获取目标用户的实训学习状况得分，根据目标用户实训学习状况得分生成目标用户的平时成绩；同时，根据目标用户当前实训操作中的平均熟练度及熟练度低于熟练度基准的操作步骤进行目标用户考核成绩的预测，并将预测考核成绩按照预设方式向目标用户发送。5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的智慧教学方法，其特征在于，根据目标用户的实训学习状况制定适应性实训教学计划，具体为：获取实训教学设备的操作步骤及目标用户的实训学习状况，将获取的数据进行预处理后将操作步骤的对应字符进行向量化表示；根据所述目标用户实训学习状况中获取各操作步骤出现预警信息情况或判定为熟练度低于熟练度基准情况的次数信息，并根据所述次数信息生成各操作步骤的注意力得分；通过所述注意力得分生成目标用户实训学习状况中各操作步骤的基于注意力机制的向量化表示；构建实训教学计划推荐模型，并进行初始化训练，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李广垒，王飞，陈祖涛，
申请(专利权)人：安徽宝信信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：