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专利号: 2020104566269
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 教育;密码术;显示;广告;印鉴
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种VR环境下快递虚拟现实教学系统,其特征在于,包括:中央处理器、虚拟系统模块、存储模块、控制模块、传输模块、无线网络连接模块、通讯模块及VR控制系统;其中,所述中央处理器分别与虚拟系统模块、存储模块、控制模块和传输模块相连;

其中虚拟系统模块包括角色转换模块、场景漫游熟悉模块、实物模拟展示模块、整体流程指引模块、评分考试模块、教师管理模块及多人合作虚拟模块;VR控制系统包括语音模块、追踪定位模块和VR头戴显示器;

其中中央处理器用于处理通讯模块输入的数字信号以及对追踪定位模块里传感器传回的参数进行计算,改变虚拟系统模块的设置,最后将虚拟系统模块呈现的画面回传给VR头戴显示器;

所述虚拟系统模块用于模拟快递过程的操作方案以及模拟快递场景、人员、设备,直接与中央处理器相连,并通过中央处理器与其他模块进行交互,其中所述角色转换模块,用于在快递相关场景中,为学生设置了三种身份,即快递分拣员,快递收派员,快递驿站店员,学生可选择特定的角色进行职责操作,在虚拟环境中进行逼真的工作体验;所述场景漫游熟悉模块,用于为学生展示快递过程中的关键场景,将主要场景物品通过建模软件以一比一的比例构造,还原真实快递场景,拥有360°的观看效果;所述实物模拟展示模块,用于通过展示3D视频或在时间轴上为运动子部件添加关键帧使运动部件按规定方式运动,并且部件可以选择组装或者拆卸模式,让学生了解运动部件的工作原理以及结构组成;所述整体流程指引模块,用于学生在进行操作的时候,可通过系统内的提示进行操作,让学生可以用最快的速度熟悉并掌握整个系统过程;所述评分考试模块,用于在学生完成模拟场景的操作后,后台为学生创建试题窗口,待试题回答之后进行评分;所述教师管理模块,用于教师新建与管理模块中多个对象,对全局拥有控制权;所述多人合作虚拟操作模块,用于在特定场景多个学生相互配合、协作完成操作任务,可通过语音模块进行实时交流;

控制模块直接与中央处理器相连,控制模块还与无线网络连接模块相连接,控制模块用于发出操作指令,无线网络连接模块用于控制模块连接到网络上,通过中央处理器可与虚拟系统模块中的整体流程指引模块进行交互;

存储模块用于存储快递虚拟现实教学系统所产生数据,直接与中央处理器相连;

传输模块用于连接VR控制系统与中央处理器的数据传输;

通讯模块用于辅助语音模块使学生或者老师在虚拟场景实时通讯、交流,与传输模块相连;

VR控制系统以360°虚拟场景形式向学生展示快递过程,显示3D虚拟场景,通过中央处理器与传输模块发布虚拟系统模块的内容,其中包括语音模块、追踪定位模块和VR头戴显示器;语音模块用于学生之间、学生和老师之间进行实时通讯,追踪定位模块用于采集并存储手部、头部和位置的运动轨迹,和VR头戴显示器用于显示虚拟系统模块的内容;

所述控制模块安装于操作手柄内,通过控制模块实现更改传送时的外观方向、操作员的分配,控制起重机在内的快递设备的操作以及整体流程指引模块的指令,为用户提供逼真的操作体验;

所述传输模块为蓝牙或者USB‑C 3.0模块,可将VR头戴显示器连接到电脑端;

所述通讯模块为Realtek 声卡,可实现将语音模块采集的模拟信号转换为数字信号,并通过传输模块传输到中央处理器进行处理;

所述传输模块为WiFi模块,实现互联网接入;

所述语音模块为麦克风,其设置在VR头戴显示器内,通过识别语音,将词汇内容转换为计算机可读输入的数据,使学生在虚拟场景中可以通过麦克风跟其他学生或者老师进行实时通讯;

所述追踪定位模块为摄像头和动作捕捉传感器,其设置在所述VR头戴显示器内,采集并存储手部、头部和位置的运动轨迹,生成轨迹曲线数据,传输至虚拟系统模块,可使虚拟场景与实际运动同步;

所述VR头戴显示器可将虚拟系统的内容显示在学生眼前,内置麦克风和摄像头,外接电脑设备;

所述教师管理模块在整个过程中,具有新建、调配、管理、切换、检测功能,新建功能:教师可以在模型中新建一个实体对象或新建操作任务;调配功能:教师可以自定义模型中的快递量和设备的数量和种类;管理功能:教师可以管理运输交通工具的驶出和删除以及各设备的操作时间等;切换功能:通过切换操作界面,实时同步看到学生在快递运作系统的操作;监测功能,教师可以实时同步监测整个快递系统的快递信息;成绩管理功能,教师可以对学生成绩进行统计分析,掌握学生学习情况。

2.一种基于权利要求1所述系统的VR环境下快递虚拟现实教学方法,其特征在于,包括以下步骤:

快递虚拟课堂包括较多的直观感知和动手实作, 集成文字、三维实物模型、视频、背景音乐、语音等多种媒体;教师在模型中新建实体对象或操作任务,采用建模工具构建一个与实物同样的快递操作设备,利用虚拟现实编辑器加上交互行为,在虚拟现实播放器中使用;

学生通过佩戴VR设备进入已设计好的快递虚拟场景中,在角色转换模块中选择扮演一个角色,针对多人操作的场景,学生可进入多人合作虚拟操作模块匹配搭档,并通过语音模块实时连麦交流;学生在场景漫游熟悉选择模块中选择系统中搭建完成的快递场景,通过沉浸式VR系统从头戴显示器中观察快递虚拟环境,并通过手中的控制器和追踪定位模块进行交互控制,学生可以在一定空间范围内走动并环顾四周,传感器会捕捉到头部的运动及方向,显示器显示出对应变化的图像,从而实现自主参观学习;学生可以旋转、移动设备,从各个角度进行观察、拆解和操作,对快递设备产生比较全面的了解;学生在虚拟快递场景中驾驶叉车、操作分拣设备等各种技能的训练无任何危险,并且能够反复练习,在情境中操控学习对象完成规定的学习任务;

当学生与快递虚拟场景进行互动时,教师可通过管理模块中的切换功能查看学生的操作情况,并提供相应的指导,同时快递虚拟现实教学系统的数据收集设备对虚拟现实场景中的改变数据进行采集;在学生完成虚拟场景的实训操作后,系统后台为学生创建试题窗口,待试题作答完毕之后进行评分;学生根据要求学习完毕后退出虚拟环境, 数据收集设备会将虚拟现实场景的改变数据传到数据存储模块, 教师可通过成绩管理系统,分析得出学生实践认知获取情况, 同时上传至快递虚拟现实教学系统数据库, 以备后续使用。