CN110531849A - 一种基于5g通信的增强现实的智能教学*** - Google Patents
一种基于5g通信的增强现实的智能教学*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于5G通信的增强现实的智能教学***，基于5G网络传输数据，传输速度快，没有延时的缺点，本***通过信息获取装置获得学生的声音信息和人脸图像信息，预设的人工智能算法模型可以根据学生的声音和人脸表情自动确定学生的学习状态，并控制AR显示装置显示三维人物模型和三维学习场景来推送相关的学习内容给学生，通过上述技术方案，学生可以与三维动画模型进行直接的交流，趣味性高，同时AR的场景体验良好，可以让学生有更优秀的学习沉浸感，在提高了趣味性的同时也提高了学生的学习效率，此外，人工智能算法模型可以使得学生达到便捷、高效的学习效果，且自适应学习算法也使得人工智能算法模型可以随着训练不断自我优化。
Description
技术领域
本发明属于智能教育领域，具体涉及一种基于5G通信的增强现实的智能教学***。
背景技术
多年来，当下教育存在的教学资源不平衡，优秀教师资源稀缺，互联网时代网络资源参差不齐，学习资源不统一这些问题一直没有得到改善。传统的教学体系中，大部分教师的教学方式无趣无味，缺乏互动性，只是一味的给学生灌输知识，达不到因材施教的效果。
由于传统教育上存在以上种种的问题，在K12教育领域，影响了很多学生的学***极度不均衡的情况下，对学生的未来有着极大的影响。
现有的教学方式无法充分利用用户的学习状态等信息确定学习内容，学习效率低下，且其单调的人机互动也使得学生的学习过程趣味性低，难以吸引学生的注意力。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明提供一种基于5G通信的增强现实的智能教学***，可以与三维动画模型进行直接的交流，趣味性高，同时AR的场景体验良好，可以让学生有更优秀的学习沉浸感，在提高了趣味性的同时也提高了学生的学习效率。
为了解决上述问题，本发明按以下技术方案予以实现的：
一种基于5G通信的增强现实的智能教学***，包括：
信息获取装置，用于获取学生的学习行为，所述学习行为包括学生的声音信息和人脸图像信息；
AR显示装置，用于显示三维人物模型和三维学习场景；所述三维人物模型用于根据播放指令进行播放；所述播放指令用于指示所述三维人物模型的声音动作、推送内容；所述推送内容为供学生进行学习的学习音视频信息或供学生进行测试的试题信息；所述三维学习场景为使用三维建模技术对预设的学习内容进行建模得到的三维动画场景；
信息处理装置，内置有人工智能算法模型，用于对所述学习行为进行分析得到学生的学习状态、用户特征和声音文本，并根据所述学习状态、用户特征和声音文本输出相应的所述三维学习场景和所述播放指令，并使用自适应学习算法根据所述学习状态、用户特征和声音文本对所述人工智能算法模型进行训练；
所述信息获取装置、AR显示装置和信息处理装置之间使用5G网络进行数据交互。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：本发明公开了一种基于5G通信的增强现实的智能教学***，基于5G网络传输数据，传输速度快，没有延时的缺点，本***通过信息获取装置获得学生的声音信息和人脸图像信息，预设的人工智能算法模型可以根据学生的声音和人脸表情自动确定学生的学习状态，并控制AR显示装置显示三维人物模型和三维学习场景来推送相关的学习内容给学生或对学生进行实时的反馈，通过上述技术方案，学生无需通过传统的人机交互工具进行繁琐的信息输入，可以与三维动画模型进行直接的交流，趣味性高，同时AR的场景体验良好，可以让学生有更优秀的学习沉浸感，在提高了趣味性的同时也提高了学生的学习效率，此外，人工智能算法模型可以根据学生的学习状态等信息来确定学生的学习内容，使得学生达到便捷、高效的学习效果，且自适应学习算法也使得人工智能算法模型可以随着训练不断自我优化，达到更好的学习效果。
进一步的，还包括储存装置，用于储存所述声音动作、所述推送内容、所述三维学习场景和所述学习行为。进一步的，所述储存装置包括：
数据库服务器，用于储存数据；
流媒体管理服务器，用于管理流媒体内容，传输流媒体服务至所述AR显示装置进行流媒体显示，使用专门的流媒体管理服务器保证流媒体服务的独立性和高效性。
进一步的，所述信息获取装置包括：
声音获取模块，用于获取学生的所述声音信息；
影像获取模块，用于获取学生的所述人脸图像信息。
进一步的，所述信息处理装置包括：
人脸状态分析模块，用于使用人脸识别算法对所述人脸图像信息进行识别，得到所述学习状态和用户特征；所述学习状态包括人脸情绪信息和人脸专注信息；所述用户特征包括用户性别信息和用户年龄信息；
声音状态分析模块，用于使用声音识别算法对所述声音信息进行识别和处理，得到所述声音文本；
人工智能演算模块，用于使用预先构建的所述人工智能算法模型，根据所述学习状态、用户特征和声音文本确定所述声音动作、推送内容和三维学习场景；
自适应训练模块，用于使用自适应学习算法，根据学生对所述声音动作、推送内容和三维学习场景进行回应的所述学习行为和声音文本，对所述人工智能算法模型进行训练。
进一步的，所述三维人物模型的声音动作的声音可使用语音合成技术实时合成，所述声音动作的动作可使用动画制作技术预先制作。
进一步的，所述信息处理装置还包括：
唤醒模块，内置有预设的唤醒规则，用于在接收到特定的声音文本时，启动或停止所述人工智能演算模块的工作。
进一步的，所述人工智能算法模型包括：
声音动作算法模型，用于分析学生的所述学习状态，判断学生的学习专注程度，并根据所述学习专注程度选择对应的所述声音动作，以提高学生的学习专注程度；
知识图谱算法模型，设置有预设的知识图谱，用于根据学生的所述声音文本和用户特征确定学生的学***，对所述知识图谱进行更新，并确定下一步应推送的所述学习内容。
进一步的，所述信息处理装置还包括用户信息库构建模块，用于记录学生的基本信息、学***，以形成学生的用户信息库，***可以根据用户的学习历史记录不断的更新用户信息库，用户也可以查询用户信息库来了解自己的学习情况。
进一步的，所述声音获取模块为麦克风，所述影像获取模块为摄像头。
进一步的，还包括后台管理装置，用于对授权人员提供管理界面，以对整个***进行管理和维护。
附图说明
图1是本发明的具体实施方式中所述的智能教学***的功能装置示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本具体实施方式公开了一种基于5G通信的增强现实的智能教学***，包括有信息获取装置1，用于获取学生的学习行为，学习行为包括学生的声音信息和人脸图像信息。
具体的在本实施例中，信息获取装置1包括：
声音获取模块11，用于获取学生的声音信息；
影像获取模块12，用于获取学生的人脸图像信息。
具体的在本实施例中，声音获取模块11为麦克风，影像获取模块12为摄像头。
具体的在本实施例中，本***还包括AR显示装置2，用于显示三维人物模型和三维学习场景；具体的，三维人物模型用于根据播放指令进行播放；具体的，播放指令用于指示三维人物模型的声音动作、推送内容；具体的，推送内容为预设的，供学生进行学习的学习音视频信息，或供学生进行测试的试题信息；具体的，三维学习场景为使用三维建模技术对预设的学习内容进行建模得到的三维动画场景。
具体的，本实施例的AR显示装置2可以选用市面现有的AR眼镜或者AR设备，因AR技术为现有技术，在本实施例中不再赘述。
具体的在本实施例中，本***还包括信息处理装置3，内置有人工智能算法模型，用于对学习行为进行分析得到学生的学习状态、用户特征和声音文本，并根据学习状态、用户特征和声音文本输出相应的三维学习场景和播放指令，并使用自适应学习算法根据学习状态、用户特征和声音文本对人工智能算法模型进行训练。
具体的，本实施例中输出的三维人物模型可以为一虚拟老师，具体的，虚拟老师根据用户的行为信息，优化当前的教学方案，千人千面，不同的上课行为，都会使得本发明***有对应的教学方式和虚拟老师的教学行为。
具体的在本实施例中，信息处理装置3包括：
人脸状态分析模块31，用于使用人脸识别算法对人脸图像信息进行识别，得到学习状态和用户特征；学习状态包括人脸情绪信息和人脸专注信息；用户特征包括用户性别信息和用户年龄信息；
声音状态分析模块32，用于使用声音识别算法对声音信息进行识别和处理，得到声音文本；
人工智能演算模块33，用于使用预先构建的人工智能算法模型，根据学习状态、用户特征和声音文本确定声音动作、推送内容和三维学习场景；具体的在本实施例中，三维人物模型的声音动作的声音可使用语音合成技术实时合成，声音动作的动作可使用动画制作技术预先制作。
自适应训练模块34，用于使用自适应学习算法，根据学生对声音动作、推送内容和三维学习场景进行回应的学习行为和声音文本，对人工智能算法模型进行训练。
具体的在本实施例中，信息处理装置3还包括唤醒模块35，内置有预设的唤醒规则，用于在接收到特定的声音文本时，启动或停止人工智能演算模块的工作。通过唤醒模块35，在教学过程中，用户可以打断虚拟AI老师的教学，通过唤醒词的方式打断，通过特定的命令词使得虚拟AI老师可以重新上课，做到随时随地，体验AI的教学上课方式。
具体的在本实施例中，信息处理装置3还包括用户信息库构建模块36，用于记录学生的基本信息、学***，以形成学生的用户信息库，***可以根据用户的学习历史记录不断的更新用户信息库，用户也可以查询用户信息库来了解自己的学习情况。
具体的在本实施例中，人工智能算法模型包括：
声音动作算法模型，用于分析学生的学习状态，判断学生的学习专注程度，并根据学习专注程度选择对应的声音动作，以提高学生的学习专注程度；
知识图谱算法模型，设置有预设的知识图谱，用于根据学生的声音文本和用户特征确定学生的学***，对知识图谱进行更新，并确定下一步应推送的学习内容。
通过知识图谱算法模型，***后台内容可以设置特定的辅助问答知识点，用户可以通过虚拟现实环境创建自己的问题和答案，创建特定的上课行为，使得虚拟AI老师可以成为自己专属的老师，通过与虚拟AI老师的交互可以获取到当前大量的知识点。
具体的在本实施例中，本***还包括储存装置4，用于储存声音动作、推送内容、三维学习场景和学习行为。具体的在本实施例中，储存装置4包括：
数据库服务器41，用于储存数据；
流媒体管理服务器42，用于管理流媒体内容，传输流媒体服务至AR显示装置进行流媒体显示，使用专门的流媒体管理服务器保证流媒体服务的独立性和高效性。
具体的在本实施例中，还包括后台管理装置5，用于对授权人员提供管理界面，以对整个***进行管理和维护。
具体的在本实施例中，信息获取装置1、AR显示装置2、信息处理装置3、储存装置4和后台管理装置5之间均使用5G网络进行数据交互。5G网络(5G Network)是第五代移动通信网络，其峰值理论传输速度可达每8秒1GB，比4G网络的传输速度快数百倍。通过5G网络，可以使得上述装置间的通信速度有大幅的提升，从而提高用户的使用体验，用户可以和虚实AI老师建立无延时地沟通互动。
本具体实施方式公开了一种基于5G通信的增强现实的智能教学***，基于5G网络传输数据，传输速度快，没有延时的缺点，本***通过信息获取装置获得学生的声音信息和人脸图像信息，预设的人工智能算法模型可以根据学生的声音和人脸表情自动确定学生的学习状态，并控制AR显示装置显示三维人物模型和三维学习场景来推送相关的学习内容给学生或对学生进行实时的反馈，通过上述技术方案，学生无需通过传统的人机交互工具进行繁琐的信息输入，可以与三维动画模型进行直接的交流，趣味性高，同时AR的场景体验良好，可以让学生有更优秀的学习沉浸感，在提高了趣味性的同时也提高了学生的学习效率，此外，人工智能算法模型可以根据学生的学习状态等信息来确定学生的学习内容，使得学生达到便捷、高效的学习效果，且自适应学习算法也使得人工智能算法模型可以随着训练不断自我优化，达到更好的学习效果。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本发明实施例中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可查看存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于5G通信的增强现实的智能教学***，其特征在于，包括：
信息获取装置，用于获取学生的学习行为，所述学习行为包括学生的声音信息和人脸图像信息；
AR显示装置，用于显示三维人物模型和三维学习场景；所述三维人物模型用于根据播放指令进行播放；所述播放指令用于指示所述三维人物模型的声音动作、推送内容；所述推送内容为供学生进行学习的学习音视频信息或供学生进行测试的试题信息；所述三维学习场景为使用三维建模技术对预设的学习内容进行建模得到的三维动画场景；
信息处理装置，内置有人工智能算法模型，用于对所述学习行为进行分析得到学生的学习状态、用户特征和声音文本，并根据所述学习状态、用户特征和声音文本输出相应的所述三维学习场景和所述播放指令，并使用自适应学习算法根据所述学习状态、用户特征和声音文本对所述人工智能算法模型进行训练；
所述信息获取装置、AR显示装置和信息处理装置之间使用5G网络进行数据交互。
2.根据权利要求1所述的基于5G通信的增强现实的智能教学***，其特征在于，还包括储存装置，用于储存所述声音动作、所述推送内容、所述三维学习场景和所述学习行为。
3.根据权利要求1所述的基于5G通信的增强现实的智能教学***，其特征在于，所述信息获取装置包括：
声音获取模块，用于获取学生的所述声音信息；
影像获取模块，用于获取学生的所述人脸图像信息。
4.根据权利要求1所述的基于5G通信的增强现实的智能教学***，其特征在于，所述信息处理装置包括：
人脸状态分析模块，用于使用人脸识别算法对所述人脸图像信息进行识别，得到所述学习状态和用户特征；所述学习状态包括人脸情绪信息和人脸专注信息；所述用户特征包括用户性别信息和用户年龄信息；
声音状态分析模块，用于使用声音识别算法对所述声音信息进行识别和处理，得到所述声音文本；
人工智能演算模块，用于使用预先构建的所述人工智能算法模型，根据所述学习状态、用户特征和声音文本确定所述声音动作、推送内容和三维学习场景；
自适应训练模块，用于使用自适应学习算法，根据学生对所述声音动作、推送内容和三维学习场景进行回应的所述学习行为和声音文本，对所述人工智能算法模型进行训练。
5.根据权利要求4所述的基于5G通信的增强现实的智能教学***，其特征在于，所述三维人物模型的声音动作的声音可使用语音合成技术实时合成，所述声音动作的动作可使用动画制作技术预先制作。
6.根据权利要求4所述的基于5G通信的增强现实的智能教学***，其特征在于，所述信息处理装置还包括：
唤醒模块，内置有预设的唤醒规则，用于在接收到特定的声音文本时，启动或停止所述人工智能演算模块的工作。
7.根据权利要求4所述的基于5G通信的增强现实的智能教学***，其特征在于，所述人工智能算法模型包括：
声音动作算法模型，用于分析学生的所述学习状态，判断学生的学习专注程度，并根据所述学习专注程度选择对应的所述声音动作，以提高学生的学习专注程度；
知识图谱算法模型，设置有预设的知识图谱，用于根据学生的所述声音文本和用户特征确定学生的学***，对所述知识图谱进行更新，并确定下一步应推送的所述学习内容。
8.根据权利要求4所述的基于5G通信的增强现实的智能教学***，其特征在于，所述信息处理装置还包括用户信息库构建模块，用于记录学生的基本信息、学***，以形成学生的用户信息库。
9.根据权利要求3所述的基于5G通信的增强现实的智能教学***，其特征在于，所述声音获取模块为麦克风，所述影像获取模块为摄像头。
10.根据权利要求1所述的基于5G通信的增强现实的智能教学***，其特征在于，还包括后台管理装置，用于对授权人员提供管理界面，以对整个***进行管理和维护。
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