CN114333477A - 一种基于ar技术的虚拟仿真教学实训*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于AR技术的虚拟仿真教学实训***，学习模块，用于让使用用户快速了解本教学实训***的操作方法，并记录使用用户的学习情况；AR数据获取模块，用于基于AR扫描终端扫描的实际教学场景和教学成果评价场景，获取实际教学场景中的教学工具参数和评价人员的评价偏好与性格参数，并将教学工具参数生成三维可视化数据。本发明，学习模块的设置，通过客户端子模块、介绍子模块、通过评价子模块的设置与共同协作，利用了推荐算法，成功实现了根据用户的掌握情况进行提醒，加快用户掌握本***的操作流程，使得本***更加简易易学，大大提高了用户通过本***进行教学实训的效率。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟仿真技术领域，尤其涉及一种基于AR技术的虚拟仿真教学实训***。
背景技术
增强现实技术，简称AR，是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像、视频、3D模型的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。
在实训教学中由于场地、教师等教学资源的限制，都是学员围着教师观看实际操作的技术要领，在学员较多的情况下靠近教师的学员能够看清楚教师的技术要领，而排在后面的学员无法看清楚教师的技术要领，并且在理工科的实训教学中常常伴随着一些危险性的情况发生，容易对刚接触实训以及对保护手段不熟练的学员造成伤害，因此AR技术的使用，能有效提高教学实训的质量，同时提高安全性。
但是，当下的基于AR技术的教学实训***一般较为复杂，不利于教学实训人员和教学评价人员的掌握，提高了使用门槛，且只能在一定的教学区域内使用局域网进行使用，由于该***被分散使用，同时又需要专业的人进行维护，使得教学评价人员既要教学评价又要时刻对该***进行维护与校正，严重损耗了教学评价人员的精力与体力，不利于提高教学实训的质量。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于AR技术的虚拟仿真教学实训***。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于AR技术的虚拟仿真教学实训***，包括：
学习模块，用于让使用用户快速了解本教学实训***的操作方法，并记录使用用户的学习情况；AR数据获取模块，用于基于AR扫描终端扫描的实际教学场景和教学成果评价场景，获取实际教学场景中的教学工具参数和评价人员的评价偏好与性格参数，并将教学工具参数生成三维可视化数据；AI交互模块，用于教学评价用户对***进行训练和校正，教学实训用户以本***为对象进行实训，本***给出评价与认证；高阶交互模块，用于教学实训用户与教学评价用户的连接，教学实训用户以教学评价用户为对象进行实训，教学评价用户给出评价与认证，并接受报酬。
优选地，所述学习模块包括客户端子模块、介绍子模块、通过评价子模块、智能推荐子模块；所述客户端子模块，用于将用户区分为教学实训用户和教学评价用户，并进行注册与登录，实时保存操作进度；所述介绍子模块，用于向初学者介绍本***的各个模块的基本使用方法，并收集用户的学习体验与评价；所述评价子模块，用于对用户的学习情况进行考核，并收集用户对本***的基本使用方法的考核数据；所述智能推荐子模块，用于本***根据考核数据对用户之后的操作步骤进行智能提醒。
优选地，所述AI交互模块包括控制子模块、数据输入子模块、训练子模块、显示子模块、语音子模块、处理储存子模块、用户端子模块；所述控制子模块，用于控制AI交互模块的开启和关闭；所述数据输入子模块，用于将AR数据获取模块生成的三维可视化数据输入AI交互模块中；所述训练子模块，用于教学评价用户对输入AI交互模块中的三维可视化数据进行校正；所述显示子模块，包括：UI操作单元和模型展示单元，所述UI操作单元用于显示用户操作界面，所述模型展示单元用于展示基于AR数据获取模块扫描实际教学场景和教学成果评价场景生成的三维可视化数据的模型动画；所述语音子模块，用于在播放显示子模块中模型展示单元内的模型动画时进行实时的语音说明；所述处理储存子模块，用于识别AR数据获取模块获取的信息参数，并调取相同的虚拟三维模型，用于将三维可视化数据根据需要转化为模型动画；所述用户端子模块，用于教学实训用户的注册与登录，并建立个人账户，实时保存操作进度。
优选地，所述高阶交互模块，包括局域登录子模块、开放登录子模块、权限管理子模块、实训管理子模块、资源管理与回收子模块、评价子模块、打印认证模块；所述局域登录子模块，用于小范围局域网连接登录；所述开放登录子模块，用于互联网连接登录；所述权限管理子模块，用于认证教学评价用户，对教学评价用户进行评级，解锁相应等级的评价权限；所述实训管理子模块，用于教学实训用户的登录与实训；所述资源管理与回收子模块，用于管理和调度***中的虚拟化资源，根据接收到的指令，回收***中的闲置资源；评价子模块，用于教学评价用户对教学实训用户的实训进行提问与评价，给出评价结果；打印认证模块，用于教学实训用户对实训结果与实训评价的及时打印，同时加盖教学评价用户的认证章和评级。
优选地，所述AR扫描终端包括AR眼镜，所述评价人员的评价偏好包括知识掌握程度和临场表现程度，所述评价人员的性格参数包括斥性、正异性、负异性、共性。
优选地，所述客户端子模块还包括用户终端，所述用户终端包括PC端或手机端。
优选地，所述AI交互模块还包括AI评价子模块，所述AI评价子模块用于***自动提问与评价教学实训用户的实训成果。
优选地，所述权限管理子模块将教学评价用户分为低、中、高三级，所述低级教学评价用户仅具有提问的权限，所述中级教学评价用户具有提问与评价权限，所述高级教学评价用户具有提问、评价和校正***的权限。
优选地，所述AR数据获取模块包括以下操作步骤：二维数据的预处理，以DXF格式教学工具的结构图为基础，经过同名控制点的选取、格式转换、创建控制点文件、仿射变换生成三维数据；进行体的重建，利用“拔高”算法程序对顶图、结构图、底图进行处理，得到整个教学工具的三维数据；删除重复的公共面，构成教学工具的三维拓扑数据。
相比现有技术，本发明的有益效果为：
1、学习模块的设置，通过客户端子模块、介绍子模块、通过评价子模块的设置与共同协作，利用了推荐算法，成功实现了根据用户的掌握情况进行提醒，加快用户掌握本***的操作流程，使得本***更加简易易学，大大提高了用户通过本***进行教学实训的效率。
2、AI交互模块的设置，通过控制子模块、数据输入子模块、训练子模块等子模块的设置与共同协作，成功实现了教学实训人员个人以本***为对象进行教学实训，并得到本***的提问与评价，有效帮助了教学实训人员的自我练习，极大的提高了教学实训人员的自我学习能力。
3、高阶交互模块的设置，通过局域登录子模块、开放登录子模块、权限管理子模块等子模块的共同协作，极大的提高了本***的应用场景，使得本***不仅可以用作课堂教学，同时也可以通过互联网进行教学实训人员和教学评价人员的连接，使得教学实训不仅仅局限与一定区域，使得教学实训人员能随时进行教学实训，并且得到评价与认证，教学评价人员能通过对教学实训人员的提问与评价进行收费，获取收益。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于AR技术的虚拟仿真教学实训***的结构示意图；
图2为图1中学习模块的结构示意图；
图3为本发明提出的一种基于AR技术的虚拟仿真教学实训***中高阶互动模块中教学评价用户的操作流程图；
图4为本发明提出的一种基于AR技术的虚拟仿真教学实训***中高阶互动模块中教学实训用户的操作流程图；
图5为本发明提出的一种基于AR技术的虚拟仿真教学实训***中学习模块中智能推荐子模块的结构示意图；
图6为本发明提出的一种基于AR技术的虚拟仿真教学实训***中AR数据获取模块的实现流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1和图6所示，一种基于AR技术的虚拟仿真教学实训***，本***1包括学习模块101，用于让使用用户快速了解本教学实训***的操作方法，并记录使用用户的学习情况，AR数据获取模块102，用于基于AR扫描终端扫描的实际教学场景和教学成果评价场景，获取实际教学场景中的教学工具参数和评价人员的评价偏好与性格参数，并将教学工具参数生成三维可视化数据，需要补充说明的是，所述AR数据获取模块102包括以下操作步骤：二维数据的预处理，以DXF格式教学工具的结构图为基础，经过同名控制点的选取、格式转换、创建控制点文件、仿射变换生成三维数据；进行体的重建，利用“拔高”算法程序对顶图、结构图、底图进行处理，得到整个教学工具的三维数据；删除重复的公共面，构成教学工具的三维拓扑数据，AI交互模块103，用于教学评价用户对***进行训练和校正，教学实训用户以本***为对象进行实训，本***给出评价与认证，高阶交互模块104，用于教学实训用户与教学评价用户的连接，教学实训用户以教学评价用户为对象进行实训，教学评价用户给出评价与认证，并接受报酬，所述学习模块101、AR数据获取模块102、AI交互模块103、高阶交互模块104与本***均电气连接。
需要补充说明的是，所述AR扫描终端包括AR眼镜，所述评价人员的评价偏好包括知识掌握程度和临场表现程度，所述评价人员的性格参数包括斥性、正异性、负异性、共性，其中，斥性是指评价人员敢说敢讲，正异性是指评价人员先亮明自己的观点，再对别人进行评价，负异性是指评价人员先听别人发言，之后再表达自己的观点，共性是指评价人员不爱在公共场合表明自己的观点与看法。
参照图2和图5所示，所述学习模块101包括客户端子模块2、介绍子模块201、通过评价子模块202、智能推荐子模块203，所述客户端子模块2，用于将用户区分为教学实训用户和教学评价用户，并进行注册与登录，实时保存操作进度，其中，登录信息包括：用户ID、终端ID、连接IP、用户组别，用户ID就是当前用户登录的账号，终端ID是终端的MAC地址，与连接IP地址一起确定用户的基本信息，当用户停止操作时，***将主动启动快照，保存在该用户的账号中，所述介绍子模块201，用于向初学者介绍本***的各个模块的基本使用方法，并收集用户的学习体验与评价，所述评价子模块202，用于对用户的学习情况进行考核，并收集用户对本***的基本使用方法的考核数据，所述智能推荐子模块203，用于本***根据考核数据对用户之后的操作步骤进行智能提醒，其中，所述客户端子模块还包括用户终端，所述用户终端包括PC端或手机端，同时，智能推荐子模块包括排名算法和推荐算法：
高级教学评价人员可以设置本***各个模块的权重，分别将AR数据获取模块102、AI交互模块103、高阶交互模块104设置为α、β、θ，其中，α+β+θ＝1；
排名算法分别将用户考核数据中各个模块的得分数据进行统计，得出所占比，分别为ρ、σ、τ，其中ρ代表用户在AR数据获取模块102的得分占比，σ代表用户在AI交互模块103的得分占比，τ代表用户在高阶交互模块104的得分占比，其中，ρ+σ+τ＝1；
用户的考核得分占总分的比例为ω，推荐算法中，对用户的提醒频次为γ；
其中，
为推荐算法在用户使用AR数据获取模块102时的提醒频次，
为推荐算法在用户使用AI交互模块103时的提醒频次，
为推荐算法在用户使用高阶交互模块104时的提醒频次，k为用户观看提醒的时长，单位为秒。
学习模块101的设置，通过客户端子模块2、介绍子模块201、通过评价子模块202、智能推荐子模块203的设置与共同协作，利用了推荐算法，成功实现了根据用户的掌握情况进行提醒，加快用户掌握本***的操作流程，使得本***更加简易易学，大大提高了用户通过本***进行教学实训的效率。
所述AI交互模块103包括控制子模块、数据输入子模块、训练子模块、显示子模块、语音子模块、处理储存子模块、用户端子模块，所述控制子模块，用于控制AI交互模块103的开启和关闭，所述数据输入子模块，用于将AR数据获取模块生成的三维可视化数据输入AI交互模块103中，所述训练子模块，用于教学评价用户对输入AI交互模块中103的三维可视化数据进行校正，需要注意的是，这里的教学评价用户是指高级教学评价用户，通过这样的设置，有效提高了本***对教学实训人员的评价质量，所述显示子模块，包括：UI操作单元和模型展示单元，所述UI操作单元用于显示用户操作界面，所述模型展示单元用于展示基于AR数据获取模块102扫描实际教学场景和教学成果评价场景生成的三维可视化数据的模型动画，所述语音子模块，用于在播放显示子模块中模型展示单元内的模型动画时进行实时的语音说明，所述处理储存子模块，用于识别AR数据获取模块102获取的信息参数，并调取相同的虚拟三维模型，用于将三维可视化数据根据需要转化为模型动画，所述用户端子模块，用于教学实训用户的注册与登录，并建立个人账户，实时保存操作进度，其中，所述AI交互模块103还包括AI评价子模块，所述AI评价子模块用于***自动提问与评价教学实训用户的实训成果。
AI交互模块103的设置，通过控制子模块、数据输入子模块、训练子模块等子模块的设置与共同协作，成功实现了教学实训人员个人以本***为对象进行教学实训，并得到本***的提问与评价，有效帮助了教学实训人员的自我练习，极大的提高了教学实训人员的自我学习能力。
参照图3和图4所示，所述高阶交互模块104，包括局域登录子模块、开放登录子模块、权限管理子模块、实训管理子模块、资源管理与回收子模块、评价子模块、打印认证子模块，所述局域登录子模块，用于小范围局域网连接登录，所述开放登录子模块，用于互联网连接登录，所述权限管理子模块，用于认证教学评价用户，对教学评价用户进行评级，解锁相应等级的评价权限，所述实训管理子模块，用于教学实训用户的登录与实训，所述资源管理与回收子模块，用于管理和调度***中的虚拟化资源，根据接收到的指令，回收***中的闲置资源，评价子模块，用于教学评价用户对教学实训用户的实训进行提问与评价，给出评价结果，打印认证子模块，用于教学实训用户对实训结果与实训评价的及时打印，同时加盖教学评价用户的认证章和评级，其中，所述权限管理子模块将教学评价用户分为低、中、高三级，所述低级教学评价用户仅具有提问的权限，所述中级教学评价用户具有提问与评价权限，所述高级教学评价用户具有提问、评价和校正***的权限。
高阶交互模块104的设置，通过局域登录子模块、开放登录子模块、权限管理子模块等子模块的共同协作，极大的提高了本***的应用场景，使得本***不仅可以用作课堂教学，同时也可以通过互联网进行教学实训人员和教学评价人员的连接，使得教学实训不仅仅局限与一定区域，使得教学实训人员能随时进行教学实训，并且得到评价与认证，教学评价人员能通过对教学实训人员的提问与评价进行收费，获取收益。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于AR技术的虚拟仿真教学实训***，其特征在于，包括：
学习模块，用于让使用用户快速了解本教学实训***的操作方法，并记录使用用户的学习情况；
AR数据获取模块，用于基于AR扫描终端扫描的实际教学场景和教学成果评价场景，获取实际教学场景中的教学工具参数和评价人员的评价偏好与性格参数，并将教学工具参数生成三维可视化数据；
AI交互模块，用于教学评价用户对***进行训练和校正，教学实训用户以本***为对象进行实训，本***给出评价与认证；
高阶交互模块，用于教学实训用户与教学评价用户的连接，教学实训用户以教学评价用户为对象进行实训，教学评价用户给出评价与认证，并接受报酬；
所述学习模块、AR数据获取模块、AI交互模块、高阶交互模块与本***均电气连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于AR技术的虚拟仿真教学实训***，其特征在于，所述学习模块包括客户端子模块、介绍子模块、通过评价子模块、智能推荐子模块；
所述客户端子模块，用于将用户区分为教学实训用户和教学评价用户，并进行注册与登录，实时保存操作进度；
所述介绍子模块，用于向初学者介绍本***的各个模块的基本使用方法，并收集用户的学习体验与评价；
所述评价子模块，用于对用户的学习情况进行考核，并收集用户对本***的基本使用方法的考核数据；
所述智能推荐子模块，用于本***根据考核数据对用户之后的操作步骤进行智能提醒。
3.根据权利要求1所述的一种基于AR技术的虚拟仿真教学实训***，其特征在于，所述AI交互模块包括控制子模块、数据输入子模块、训练子模块、显示子模块、语音子模块、处理储存子模块、用户端子模块；
所述控制子模块，用于控制AI交互模块的开启和关闭；
所述数据输入子模块，用于将AR数据获取模块生成的三维可视化数据输入AI交互模块中；
所述训练子模块，用于教学评价用户对输入AI交互模块中的三维可视化数据进行校正；
所述显示子模块，包括：UI操作单元和模型展示单元，所述UI操作单元用于显示用户操作界面，所述模型展示单元用于展示基于AR数据获取模块扫描实际教学场景和教学成果评价场景生成的三维可视化数据的模型动画；
所述语音子模块，用于在播放显示子模块中模型展示单元内的模型动画时进行实时的语音说明；
所述处理储存子模块，用于识别AR数据获取模块获取的信息参数，并调取相同的虚拟三维模型，用于将三维可视化数据根据需要转化为模型动画；
所述用户端子模块，用于教学实训用户的注册与登录，并建立个人账户，实时保存操作进度。
4.根据权利要求1所述的一种基于AR技术的虚拟仿真教学实训***，其特征在于，所述高阶交互模块，包括局域登录子模块、开放登录子模块、权限管理子模块、实训管理子模块、资源管理与回收子模块、评价子模块、打印认证子模块；
所述局域登录子模块，用于小范围局域网连接登录；
所述开放登录子模块，用于互联网连接登录；
所述权限管理子模块，用于认证教学评价用户，对教学评价用户进行评级，解锁相应等级的评价权限；
所述实训管理子模块，用于教学实训用户的登录与实训；
所述资源管理与回收子模块，用于管理和调度***中的虚拟化资源，根据接收到的指令，回收***中的闲置资源；
评价子模块，用于教学评价用户对教学实训用户的实训进行提问与评价，给出评价结果；
打印认证子模块，用于教学实训用户对实训结果与实训评价的及时打印，同时加盖教学评价用户的认证章和评级。
5.根据权利要求1所述的一种基于AR技术的虚拟仿真教学实训***，其特征在于，所述AR扫描终端包括AR眼镜，所述评价人员的评价偏好包括知识掌握程度和临场表现程度，所述评价人员的性格参数包括斥性、正异性、负异性、共性。
6.根据权利要求2所述的一种基于AR技术的虚拟仿真教学实训***，其特征在于，所述客户端子模块还包括用户终端，所述用户终端包括PC端或手机端。
7.根据权利要求3所述的一种基于AR技术的虚拟仿真教学实训***，其特征在于，所述AI交互模块还包括AI评价子模块，所述AI评价子模块用于***自动提问与评价教学实训用户的实训成果。
8.根据权利要求4所述的一种基于AR技术的虚拟仿真教学实训***，其特征在于，所述权限管理子模块将教学评价用户分为低、中、高三级，所述低级教学评价用户仅具有提问的权限，所述中级教学评价用户具有提问与评价权限，所述高级教学评价用户具有提问、评价和校正***的权限。
9.根据权利要求1所述的一种基于AR技术的虚拟仿真教学实训***，其特征在于，所述AR数据获取模块包括以下操作步骤：
S1:二维数据的预处理，以DXF格式教学工具的结构图为基础，经过同名控制点的选取、格式转换、创建控制点文件、仿射变换生成三维数据；
S2：进行体的重建，利用“拔高”算法程序对顶图、结构图、底图进行处理，得到整个教学工具的三维数据；
S3：删除重复的公共面，构成教学工具的三维拓扑数据。
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