[发明专利]基于虚拟现实的实训教学系统及方法

说明书

本发明涉及虚拟现实技术领域，具体公开了基于虚拟现实的实训教学系统及方法，其中系统包括：模型库，用于存储预设的部件模型，部件模型包括设备模型、机柜模型和墙体模型；数据采集模块，用于获取通信机房的视频和通信机房的设计图；图像分析模块，用于识别视频中的实体以及实体的空间方位，截取实体的视频帧；场景创建模块，用于根据实体的视频帧从模型库中匹配部件模型，根据实体的空间方位以及平面设计图确定已匹配部件模型的空间方位，生成通信机房的虚拟教学场景；场景库，用于存储生成的虚拟教学场景；交互模块，用于接收教学指令，根据教学指令从场景库中获取虚拟教学场景并显示。采用本发明的技术方案能够实现教学场景库的自动更新。

技术领域

本发明涉及虚拟现实技术领域，特别涉及基于虚拟现实的实训教学系统及方法。

背景技术

针对通信、机械等相关的专业，在教学过程中需要通过项目化的实训教学环境展开，以提高教学效果。以通信专业为例，目前传统的教学场景多采用实体化设备搭建，通过大量设备的引入使得设备投入成本大，且可供学生使用的设备数量有限，学生通常需要分组共用或轮流进行操作，造成教学效率降低，实训效果较差。同时通信相关设备种类众多，技术革新带来的课程改革也很快，设备更新成本大，教学成本高，建设周期长，无法达到教学要求。由于通信设备造价昂贵，无法完全放开供学生日常长时间使用。

随着虚拟现实技术的发展，出现了采用虚拟现实设备(VR)来进行实训教学的方式，通过佩戴虚拟现实设备，使学生能够沉浸在虚拟场景中，进行模拟操作，相比于采购通信设备，成本更低，而且能够做到每个学生同时进行模拟操作，教学效率更高。

通过虚拟现实设备进行实现教学，教学的效果与虚拟场景的质量以及虚拟场景的丰富程度有着直接的关系，但是，当前VR实训教学通常会从预先创建的场景库中选择其中的某一个虚拟场景，由于虚拟场景有限，模拟出来的场景局限性比较大，达不到更好的教学效果。

为此，需要一种能够自动更新场景库的基于虚拟现实的实训教学系统及方法。

发明内容

本发明的目的之一在于，提供了基于虚拟现实的实训教学系统，能够实现场景库的自动更新。

为了解决上述技术问题，本申请提供如下技术方案：

基于虚拟现实的实训教学系统，包括：

模型库，用于存储预设的部件模型，部件模型包括设备模型、机柜模型和墙体模型；

数据采集模块，用于获取通信机房的视频和通信机房的设计图；

图像分析模块，用于识别视频中的实体以及实体的空间方位，截取实体的视频帧；

场景创建模块，用于根据实体的视频帧从模型库中匹配部件模型，根据实体的空间方位以及平面设计图确定已匹配部件模型的空间方位，生成通信机房的虚拟教学场景；

场景库，用于存储生成的虚拟教学场景；

交互模块，用于接收教学指令，根据教学指令从场景库中获取虚拟教学场景并显示。

基础方案原理及有益效果如下：

本方案先将通信机房中常用的设备、机柜等制作成部件模型，再从通信机房的视频中识别实体以及实体的空间方位，匹配部件模型，确定已匹配部件模型的空间方位，生成通信机房的虚拟教学场景，将现实中的通信机房进行虚拟化，将虚拟教学场景存储到场景库中。在实训课上，教师可以根据教学安排，从场景库选择虚拟教学场景，学生通过交互模块，再选择的虚拟教学场景中完成教学任务。

本方案的虚拟教学场景丰富，而且贴合实际，能够使学生在接近实际工作的场景中进行模拟机房内设备接线等训练，能够有效提高教学质量。随着新通信机房的开通，虚拟教学场景也能够得到更新，能够不断为学生提供新的虚拟教学场景。