傅里叶变换的虚拟仿真教学方法、系统、设备及存储介质技术方案

本发明专利技术属于虚拟仿真教学以及电子信息技术领域，具体公开了一种傅里叶变换的虚拟仿真教学方法、系统、设备及存储介质。本发明专利技术利用虚拟现实技术能够帮助用户打造生动、逼真的学习环境，使用户能够通过真实感受来增强记忆强化记忆、加深理解，通过利用虚拟现实技术来进行自主学习的方式更容易让用户接受，更容易激发用户的学习兴趣。虚拟现实教学方法以傅里叶变换知识点的教学为主线，利用虚拟现实技术进行傅里叶变换知识点的教学设计，通过完成任务机制的方式引导用户完成学习任务，构建沉浸式情境提高用户的学习动机和参与积极性，通过更好的多维度立体展示，促进用户对相关知识的掌握，提升傅里叶变换的教学效果。提升傅里叶变换的教学效果。提升傅里叶变换的教学效果。

【技术实现步骤摘要】
傅里叶变换的虚拟仿真教学方法、系统、设备及存储介质


[0001]本专利技术属于虚拟仿真教学以及电子信息
，具体涉及一种傅里叶变换的虚拟仿真教学方法、系统、设备及存储介质。

技术介绍

[0002]傅里叶变换是一种主要的数学变换，它是信号与系统、数字信号处理、数字图像处理、语音信号处理等信息与信号处理类课程的重要内容，在电子信息类专业、电气、自动化等专业领域有基础性作用。傅里叶变换理论性强，高度抽象，现有教学方法下发现，学生对其理解难度较大，学习困难，更难去应用与创新。近几十年来，虚拟仿真教学方法及系统越来越受到关注和重视。随着教学模式的不断变化，虚拟仿真技术用于教学成为新颖的教学模式。所以相比于传统教学模式来说，虚拟教学系统教学具有独特优势。
[0003]如今，虚拟现实技术已经成为促进教育发展的一种新型教育手段。利用虚拟现实技术可以打造生动、逼真的学习环境，使学生通过真实感受来增强记忆、加深理解、体验实践。相比于被动性灌输，利用虚拟现实技术来进行教学，更形象生动，趣味性强，更容易激发学生的学习兴趣。
[0004]在虚拟现实技术研究方面，北航是最早的研究机构之一，北航的相关学者通过大量研究，构建了分布式虚拟环境，能够满足虚拟现实环境演示、飞行员训练模拟以及三维动态数据库的构建等。哈尔滨工业大学的相关学者在 VR 相关项目的研究当中，有效提出了表情与唇动合成的技术，促进了 VR 技术的极大发展。卡罗莱纳州立大学的主要学者借助 JAVA 技术构建了基于 Web 的探索式虚拟物理实验室，在该实验室当中包含如下三个主要研究方向：第一. 实验课程研究；第二. 虚拟实验仪器和实验设施研究；第三. 协作学习研究等。
[0005]然而，通过对国内外虚拟现实与教学现状的研究可知，国外对虚拟现实技术的研究主要集中于医疗和工业领域，在教育方面的研究有但比较少，我国虚拟现实技术研究虽然比国外晚，但发展迅速，越来越多的学者开始致力于虚拟现实+教育的研究，相关研究成果数量也逐年增多。但综合来看，其中很多成果是关于虚拟仿真实验开发，然而目前尚没有利用虚拟现实技术开发傅里叶变换的教学系统。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提出一种傅里叶变换的虚拟仿真教学方法，以一维、二维傅里叶变换原理及实验应用教学为目标，通过将傅里叶变换相关的知识与虚拟场景中的任务设计相融合，设计并搭建一个逼真且操作方便、具有交互功能的傅里叶变换的虚拟教学环境，让用户能够在虚拟环境中学习和应用傅里叶变换的相关知识，利于提升傅里叶变换的教学效果。
[0007]本专利技术为了实现上述目的，采用如下技术方案：一种傅里叶变换的虚拟仿真教学方法，包括：
通过将与一维傅里叶变换教学、二维傅里叶变换教学以及傅里叶变换的基本性质教学关联的知识点融入虚拟场景中进行互动教学并给出任务评分的傅里叶变换教学步骤；通过将与一维傅里叶变换、二维傅里叶变换、傅里叶变换基本性质以及傅里叶变换应用关联的知识点融入虚拟场景中进行实验并给出任务评分的傅里叶变换实验步骤；对傅里叶变换教学步骤以及傅里叶变换实验步骤中涉及到的与傅里叶变换相关联的知识点进行考核并给出考核评分的傅里叶变换知识考核步骤；以及根据傅里叶变换教学步骤、傅里叶变换实验训练步骤以及傅里叶变换知识考核步骤中的任务评分，给出用户最终成绩的傅里叶变换知识成绩评定步骤。
[0008]此外，在上述傅里叶变换的虚拟仿真教学方法的基础上，本专利技术还提出了一种与之相适应的傅里叶变换的虚拟仿真教学系统，该傅里叶变换的虚拟仿真教学系统采用如下技术方案：一种傅里叶变换的虚拟仿真教学系统，包括：傅里叶变换教学模块，通过将与一维傅里叶变换教学、二维傅里叶变换教学以及傅里叶变换的基本性质教学关联的知识点融入虚拟场景中进行互动教学并给出任务评分；傅里叶变换实验模块，通过将与一维傅里叶变换、二维傅里叶变换、傅里叶变换基本性质以及傅里叶变换应用关联的知识点融入虚拟场景中进行实验并给出任务评分；傅里叶变换知识考核模块，对傅里叶变换教学步骤以及傅里叶变换实验步骤中涉及到的与傅里叶变换相关联的知识点进行考核并给出考核评分；以及傅里叶变换知识成绩评定模块，根据傅里叶变换教学步骤、傅里叶变换实验训练步骤以及傅里叶变换知识考核步骤中的任务评分，给出用户最终成绩。
[0009]此外，在上述傅里叶变换的虚拟仿真教学方法的基础上，本专利技术还提出了一种计算机设备，该计算机设备包括存储器和一个或多个处理器。
[0010]所述存储器中存储有可执行代码，所述处理器执行所述可执行代码时，用于实现上面述及的傅里叶变换的虚拟仿真教学方法的步骤。
[0011]此外，在上述傅里叶变换的虚拟仿真教学方法的基础上，本专利技术还提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序。
[0012]该程序被处理器执行时，用于实现上面述及的傅里叶变换的虚拟仿真教学方法的步骤。
[0013]本专利技术具有如下优点：如上所述，本专利技术述及了一种傅里叶变换的虚拟仿真教学方法、系统、设备及存储介质。其中，本专利技术利用虚拟现实技术能够帮助用户（例如学生）打造生动、逼真的学习环境，使用户能够通过真实感受来增强记忆、加深理解、体验实践，相比于被动性灌输，本专利技术利用虚拟现实技术来进行自主学习更容易让用户接受，这种方式更容易激发用户的学习兴趣。其中，虚拟现实教学方法以傅里叶变换知识点的教学为主线，利用虚拟现实技术进行傅里叶变换知识点的教学设计，通过完成任务机制的方式引导用户完成学习任务，构建沉浸式情境，提高用户的学习动机和参与积极性，通过更好的多维度立体展示，促进用户对知识的理解，从而提升了傅里叶变换的教学效果，有效地解决了高等学校电子信息类专业技术人才培养面临的实际问题。
附图说明
[0014]图1为本专利技术实施例中傅里叶变换的虚拟仿真教学方法的流程框图。
[0015]图2为本专利技术实施例中用户注册流程图。
[0016]图3为本专利技术实施例中用户登录流程图。
[0017]图4为本专利技术实施例中傅里叶变换教学步骤的流程图。
[0018]图5为本专利技术实施例中一维傅里叶变换教学流程图。
[0019]图6为本专利技术实施例中一维傅里叶变换举例（矩形波的一维傅里叶变换）示意图。
[0020]图7为本专利技术实施例中二维傅里叶变换教学步骤流程图。
[0021]图8为本专利技术实施例中二维傅里叶变换考核步骤流程图。
[0022]图9为本专利技术实施例中二维傅里叶变换的举例示意图。
[0023]图10为本专利技术实施例中傅里叶变换性质教学的流程图。
[0024]图11为本专利技术实施例中傅里叶变换实验训练步骤的流程图。
[0025]图12为本专利技术实施例中傅里叶变换的虚拟仿真教学系统的组成框图。
具体实施方式
[0026]下面结合附图以及具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明：实施例1本实施例1述及了一种傅里叶变换的虚拟仿真教学方法，该方法基于Unity3D开发引擎，以一维、二维傅里叶变换原理及实验应用教学为目标，通过将知识与虚拟本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种傅里叶变换的虚拟仿真教学方法，其特征在于，包括：通过将与一维傅里叶变换教学、二维傅里叶变换教学以及傅里叶变换的基本性质教学关联的知识点融入虚拟场景中进行互动教学并给出任务评分的傅里叶变换教学步骤；通过将与一维傅里叶变换、二维傅里叶变换、傅里叶变换基本性质以及傅里叶变换应用关联的知识点融入虚拟场景中进行实验并给出任务评分的傅里叶变换实验步骤；对傅里叶变换教学步骤以及傅里叶变换实验步骤中涉及到的与傅里叶变换相关联的知识点进行考核并给出考核评分的傅里叶变换知识考核步骤；以及根据傅里叶变换教学步骤、傅里叶变换实验训练步骤以及傅里叶变换知识考核步骤中的任务评分，给出用户最终成绩的傅里叶变换知识成绩评定步骤。2.根据权利要求1所述的傅里叶变换的虚拟仿真教学方法，其特征在于，所述傅里叶变换教学步骤进一步包括：在虚拟场景中对一维傅里叶变换过程、一维傅里叶变换的滤波过程以及一维傅里叶反变换过程进行互动展示，并在一维傅里叶变换过程、一维傅里叶变换的滤波过程以及一维傅里叶反变换互动展示过程中或结束后，通过调用后台数据库预先存储的一维傅里叶变换相关知识的视频、图片、文字和/或音频数据进行教学的一维傅里叶变换教学步骤；在虚拟场景中对二维傅里叶变换过程、二维傅里叶变换的操作实例展示过程、二维傅里叶变换的滤波过程以及二维傅里叶反变换过程进行互动展示，并在二维傅里叶变换过程、二维傅里叶变换的操作实例展示过程、二维傅里叶变换的滤波过程以及二维傅里叶反变换互动展示过程中或结束后，通过调用后台数据库预先存储的二维傅里叶变换相关知识的视频、图片、文字和/或音频数据进行教学，以及在虚拟场景中针对二维傅里叶变换的概念、原理以及流程通过交互的方式进行考核的二维傅里叶变换教学步骤；以及在虚拟场景中对傅里叶变换的包括平移性、旋转不变性以及比例性在内的基本性质进行互动展示，并在对傅里叶变换的基本性质进行互动展示过程中或结束后，通过调用后台数据库预先存储的与傅里叶变换的基本性质相关的视频、图片、文字和/或音频数据进行教学的傅里叶变换基本性质教学步骤。3.根据权利要求2所述的傅里叶变换的虚拟仿真教学方法，其特征在于，一维傅里叶变换的互动展示过程如下：在虚拟场景中定义三种实体，分别为实体A1、实体A2以及实体A3；其中，实体A1代表一维傅里叶信号，实体A2代表单频复指数信号，实体A3代表用户；实体A3在虚拟场景中通过点击实体A1，触发后台数据库一维傅里叶变换计算机制，产生不同幅值、不同相位以及不同频率的多个单频复指数信号的实体A2并显示在虚拟场景中；与此同时，进一步从后台数据库中调用对应于各个实体A2的一维傅里叶变换示意图，并将该一维傅里叶变换示意图显示在实体A1、A2、A3所在的虚拟场景中；实体A2与一维傅里叶变换示意图相结合形成一维傅里叶变换的形象化展示；一维傅里叶变换的互动展示完成后，调用后台数据库中文字数据并显示在虚拟场景中进行一维傅里叶变换场景互动介绍；基于一维傅里叶变换的滤波过程的互动展示过程如下：在虚拟场景中实体A3通过依次点击每个实体A2，会触发后台数据库中对应实体A2幅值
属性值的改变，幅值变小，实体A2收缩，同时实体A1形态也随之发生变化；在实体A2形态变化后，调用后台滤波计算机制，得到实体A1新形态，并将该实体A1新形态显示在当前虚拟场景中；当某个实体A2幅值属性值为0后，该实体A2消失，实现对当前实体A2的滤除，此时，一维傅里叶变换示意图中对应频率的单频复指数信号也会消失；实体A2属性变化与A1形态变化相关联，形成基于一维傅里叶变换的滤波过程的形象化展示；一维傅里叶反变换的互动展示过程如下：在虚拟场景中生成实体A3以及不同幅值、不同相位以及不同频率的多个实体A2，通过实体A3依次点击和拖动虚拟场景中的多个实体A2，将多个实体A2叠加融合在一起，合成一维信号实体A1，完成一维傅里叶变换反变换的形象化展示。4.根据权利要求2所述的傅里叶变换的虚拟仿真教学方法，其特征在于，二维傅里叶变换的互动展示过程如下：在虚拟场景中定义三种实体，分别为实体B1、实体B2以及实体B3；其中，实体B1代表二维傅里叶信号，实体B2代表二维复指数信号，实体B3代表用户；实体B3在虚拟场景中通过点击实体B1，触发后台数据库二维傅里叶变换计算机制，产生不同幅值、不同相位以及不同频率的多个二维复指数信号的实体B2并显示在虚拟场景中；与此同时，进一步从后台数据库中调用对应于各个实体B2的二维傅里叶变换示意图，并将该二维傅里叶变换示意图显示在实体B1、B2、B3所在的虚拟场景中；实体B2与二维傅里叶变换示意图相结合形成二维傅里叶变换的形象化展示；二维傅里叶变换的互动展示完成后，调用后台数据库中文字数据并显示在虚拟场景中进行二维傅里叶变换场景互动介绍；二维傅里叶变换的操作实例展示过程如下：在二维傅里叶变换示意图中，用户通过点击的方式从后台数据库中调用二维傅里叶变换及其频谱处理的步骤界面，用户通过逐个点击界面上各个步骤按钮的方式，从后台数据库调取对应于当前步骤的文字说明并显示出来，同时后台调用该步骤的计算过程并依次给出图像的傅里叶变换幅度谱、平移幅度谱及对数变化后幅度谱，实现二维傅里叶变换的操作实例展示；基于二维傅里叶变换的滤波过程的互动展示过程如下...

【专利技术属性】
技术研发人员：范迪，马宇晶，咸芹芹，王勇飞，刘洪云，孙农亮，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：