[发明专利]一种立体综合教学场系统的工作方法

说明书

本发明属于信息技术的教学应用领域，提供一种立体综合教学场系统的工作方法，本发明借助传感器采集真实教学空间的深度数据、教师点云数据和授课声音信息；基于边缘云实现虚拟教学空间数据存储、传输和渲染的基础架构计算和缓存；采用R树的空间索引结构，建立虚拟教学空间数据库模型，实现分布式数据存储；通过定位追踪使用者的动作，生成实时更新的个性化虚拟化身；利用5G链路，经编码、上传、5G渲染和解码技术，将虚拟教学空间画面推送到师生显示终端。本发明有助于满足远程虚拟教学中多教学场景的需要，构建一种新型智能教学环境。

技术领域

本发明属于信息技术的教学应用领域，更具体地，涉及一种立体综合教学场系统的工作方法。

背景技术

立体综合教学场是一种融合物理空间与虚拟空间中的教学场，支持师生、教学资源、虚实空间共同形成的情境化课堂教学。基于多种传感器、显示终端和辅助设备，采集真实教学环境、教学资源，以及师生的模型、动作和声音数据，结合三维建模、虚拟现实、全息成像、5G等技术，驱动虚拟化身与虚拟空间、场景和教学资源交互。通过唇语及动作同步模拟真实师生在教学活动中的行为，突破物理空间的阻隔，提高师生的沉浸感和临场感。立体综合教学场系统支持教师开展知识讲解、内容展示和自然交互的教学活动，增强学习者的知识理解和互动体验。立体综合教学场系统有利于发展智能教育，推动教学方法变革，有助于构建智能化、交互式新型教学环境。

目前在构建立体综合教学场系统方面还存在着如下不足：（1）虚拟教学空间的真实感不足：当前虚拟教学环境建模涉及的环境理解、空间定位、动作捕捉等各个单项技术均取得长足的进展，但虚拟化身较难逼真地反映教学活动中师生的动作和互动行为，难以获得良好的真实感体验。（2）数据传输延时问题：虚实教学空间的实时融合需要实现云-边-端之间的上下行海量数据实时传输和分布式数据存储，数据延时会对系统的实时性产生较大影响，直接影响着师生对立体教学场系统的教学体验。（3）缺乏基于内容的教学互动支持：立体教学场需要在知识讲解、内容展示，以及教学模式、教学工具和教学资源方面进行变革，进一步提升教学应用的效果。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种立体综合教学场系统的工作方法，为立体教学场的数据采集、数据传输、空间定位追踪、真实感虚拟化身生成、教学互动提供一种新的、系统性的方法。

本发明的目的是通过以下技术措施实现的。

本发明提供一种立体综合教学场系统，包括数据采集模块、数据传输管理模块、数据存储模块、空间定位追踪模块、虚拟化身表示模块、虚拟教学活动构建模块、教学互动模块、教学管理模块和终端显示模块；

所述数据采集模块用于采集真实教学场景的深度数据、教师全身点云数据，以及教师授课的声音数据；

所述数据传输管理模块借助云—边—端网络架构，实现立体教学场中不同类型数据的云渲染、云编辑和自适应传输；

所述数据存储模块用于实现虚拟教学空间数据的索引、更新、调度和分布式存储；

所述空间定位追踪模块用于实现对师生的头部、肢体动作和手部的定位追踪；

所述虚拟化身表示模块用于师生虚拟化身的生成、唇语和动作的实时同步；

所述虚拟教学活动构建模块用于在立体教学场中创设虚拟教学空间，创建虚拟教学活动，并支持师生加入虚拟教学活动；

所述教学互动模块用于实现虚拟教学空间中多种形式的知识讲解、教学内容3D展示，以及师生之间的教学互动反馈；

所述教学管理模块用于实现教学管理服务，以及虚拟教学空间和资源的管理服务；

所述终端显示模块用于在师生终端实现内容显示、视频图像延迟处理和时延优化控制。

本发明还提供一种上述的立体综合教学场系统的工作方法，包括以下步骤：