基于實物操作的三維仿真教學平臺及操作方法技術

本申請實施例提供了一種基于實物操作的三維仿真教學平臺及操作方法，其中，基于實物操作的三維仿真教學平臺，包括操作模塊和模擬模塊；操作模塊包括仿真設備和操作設備；模擬模塊，包括虛擬場景和顯示裝置；虛擬場景內構建有與仿真設備相同的仿真模型和虛擬操作者；虛擬操作者與操作設備連接，并模擬操作設備的動作；仿真模型與仿真設備連接，并模擬仿真設備的操作過程和運作過程

【技術實現步驟摘要】
基于實物操作的三維仿真教學平臺及操作方法


[0001]本申請涉及仿真教學
，尤其是涉及一種基于實物操作的三維仿真教學平臺及操作方法
。

技術介紹

[0002]在職業技術或技能教學過程中，往往涉及機械加工
、
化學實驗等大量需要進行實操的教學課程；傳統方式中，通常采用先進行理論知識的教學，再組織學生進行真實機器操作以促進學生快速理解和掌握課程
。
然而，教學課程的理論知識往往較為抽象
、
復雜，學生難以充分理解和掌握，并且機械加工
、
化學實驗等在實際操作過程中會存在嚴重的安全問題
。
在學生未掌握實操的要領時，具有極強的危險性和不確定性
。
[0003]進一步的，實際真實設備的采購成本較大，難以滿足大量學生的學習需求
。
同時，學生現在學習初期也會因為操作不熟練浪費大量操作過程中的耗材，并對真實設備的使用壽命造成影響，浪費較大，成本較高
。
[0004]因此，現有技術中出現了的虛擬數字多媒體教學方式，采用構建三維虛擬場景的方式，模擬真實實驗，保證學生實操過程中的安全性和操作學習需求
。
[0005]然而，職業技術或技能教學是一種強實踐性的教學，僅依靠虛擬演示，導致學生難以上手操作，僅能夠滿足學生的理論步驟的操作需求，對學生的動手能力，操作能力的培養微乎其微
。
因此亟須一種可以實際操作，安全性高，教學效果好的實操教學平臺
。
專利
技術實現思路

[0006]本申請的目的在于解決現有技術中虛擬數字多媒體教學方式可操作性差，對學生的動手能力教學效果差的問題，因此，本申請提供了一種基于實物操作的三維仿真教學平臺及操作方法，將實踐操作與數字模擬的方式相結合，一方面讓學生能夠對仿真設備進行真實操作，降低了讓學生操作真實設備的危險性和成本，培養了學生的動手能力和操作能力；另一方面，結合數字模擬的模擬功能，使得學生能夠直觀感受到設備的真實運行過程，加強了教學效果
。
[0007]本申請實施例提供了一種基于實物操作的三維仿真教學平臺，包括操作模塊以及與操作模塊匹配的模擬模塊；
[0008]操作模塊，包括仿真設備和可佩戴的操作設備；所述仿真設備設置有與真實設備相同的人機交互部件；
[0009]模擬模塊，包括虛擬場景和可顯示虛擬場景的顯示裝置；所述虛擬場景內構建有與所述仿真設備相同的仿真模型，以及虛擬操作者；
[0010]所述虛擬操作者與所述操作設備連接，并模擬所述操作設備的動作；
[0011]所述仿真模型與所述仿真設備連接，并模擬所述仿真設備的操作過程，并進一步模擬真實設備的運作過程
。
[0012]采用上述技術方案，可以使得學生可以通過佩戴操作設備對仿真設備進行真實操
作，培養了學生的動手能力和操作能力，加強了教學效果
。
然后通過模擬模塊采集仿真設備操作過程和運作過程，同時采集操作設備的動作；并對其進行模擬真實設備的運作過程
。
使得學生能夠通過顯示模塊直觀的感受到真實設備的運作過程和操作過程，從而可以進一步加強學生對操作過程的理解，進一步加強教學效果
。
[0013]同時，仿真設備僅需具備與真實設備相同的人機交互模塊，無需實現與真實設備相同的運作功能，因此可以極大的減小仿真設備的體積和制造成本，降低了培養的教學成本
。
[0014]在一些實施例中，所述仿真設備包括操作臺以及設置于所述操作臺的仿真機床
、
仿真工具和仿真物料；
[0015]所述仿真工具和所述仿真物料內設置有電子標簽
、
姿態傳感器和運動傳感器，所述仿真機床包括安裝位和加工位，所述安裝位和所述加工位均設置有識別電子標簽的感應裝置；
[0016]所述感應裝置
、
姿態傳感器和運動傳感器均與所述模擬模塊通信連接；
[0017]所述模擬模塊預設有安裝位和加工位準確安裝仿真工具和
/
或仿真物料時的仿真模型，且安裝位和加工位識別到對應的電子標簽時，所述模擬模塊顯示對應的準確安裝的仿真模型
。
[0018]采用上述技術方案，可以使得模擬模塊的顯示模塊可以根據姿態傳感器和運動傳感器同步顯示仿真工具和仿真物料的運動過程和姿態變化過程；進一步的，仿真機床的感應裝置可以通過識別電子標簽識別放置的仿真工具和仿真物料，從而直接在模擬模塊中進行模擬；從而使得模擬模塊無需同步顯示仿真工具和
/
或仿真物料放置或安裝到安裝位和
/
或加工位上的具體過程，從而可以跳過該模擬步驟，極大地減少模擬模塊的算力壓力
。
[0019]在一些實施例中，所述仿真設備固定設置于所述操作臺，所述操作臺的多個定位槽，且所述仿真工具和所述仿真物料均放置于所述對應的定位槽內；
[0020]所述定位槽設置有定位裝置，所述定位裝置可識別所述電子標簽；
[0021]所述仿真工具和所述仿真物料上設置的姿態傳感器和運動傳感器均與所述定位裝置通信連接；
[0022]且所述仿真工具和所述仿真物料上設置的姿態傳感器和運動傳感器均與所述感應裝置通信連接
。
[0023]采用上述技術方案，可以將仿真設備中的各個部分的相對位置進行固定，從而可以降低模擬模塊的計算壓力；并且通過設置定位槽避免仿真工具和仿真物料的遺失或者放置錯誤
。
[0024]在一些實施例中，所述虛擬場景還構建有放置所述仿真模型的空間環境，并根據時間模擬所述空間環境內的光線條件；
[0025]所述顯示裝置以所述虛擬操作者的視角對所述虛擬場景進行現實，所述操作設備包括控制所述虛擬操作者移動和視角的控制模塊
。
[0026]采用上述技術方案，可以使得學生不僅可以感受到操作真實設備的過程，也可以了解到真實設備的運作環境，增強了教學效果
。
[0027]在一些實施例中，所述操作設備包括穿戴部以及設置于穿戴部的運動傳感器；
[0028]所述穿戴部設置為手套狀，且所述定位傳感器設置于手套的各個關節處；
[0029]所述顯示設備設置為
VR
眼鏡，并可顯示所述虛擬場景的三維畫面
。
[0030]采用上述技術方案，可以使得穿戴部在不影響學生的操作過程的同時，通過各個關節處設置的運動傳感器準確捕獲學生的手部運動和各個關節運動，保證了模擬的精準性，且操作過程中，更關注手部動作，能夠更好的反映學生的操作過程是否準確
。
[0031]在一些實施例中，所述人機交互部件包括活動件和操作件；所述活動組件設置有運動傳感器，并記錄所述活動組件的活動過程，所述操作組件設置有感應件，并記錄所述操作件操作狀態和操作次數；
[0032]所述操作組件包括按鍵
、
操作桿和旋桿中的至少一種；
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【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.
一種基于實物操作的三維仿真教學平臺，其特征在于，包括操作模塊以及與操作模塊匹配的模擬模塊；操作模塊，包括仿真設備和可佩戴的操作設備；所述仿真設備設置有與真實設備相同的人機交互部件；模擬模塊，包括虛擬場景和可顯示虛擬場景的顯示裝置；所述虛擬場景內構建有與所述仿真設備相同的仿真模型，以及虛擬操作者；所述虛擬操作者與所述操作設備連接，并模擬所述操作設備的動作；所述仿真模型與所述仿真設備連接，并模擬所述仿真設備的操作過程，并進一步模擬真實設備的運作過程
。2.
如權利要求1所述的基于實物操作的三維仿真教學平臺，其特征在于，所述仿真設備包括操作臺以及設置于所述操作臺的仿真機床
、
仿真工具和仿真物料；所述仿真工具和所述仿真物料內設置有電子標簽
、
姿態傳感器和運動傳感器，所述仿真機床包括安裝位和加工位，所述安裝位和所述加工位均設置有識別電子標簽的感應裝置；所述感應裝置
、
姿態傳感器和運動傳感器均與所述模擬模塊通信連接；所述模擬模塊預設有安裝位和加工位準確安裝仿真工具和
/
或仿真物料時的仿真模型，且安裝位和加工位識別到對應的電子標簽時，所述模擬模塊顯示對應的準確安裝的仿真模型
。3.
如權利要求2所述的基于實物操作的三維仿真教學平臺，其特征在于，所述仿真設備固定設置于所述操作臺，所述操作臺的多個定位槽，且所述仿真工具和所述仿真物料均放置于所述對應的定位槽內；所述定位槽設置有定位裝置，所述定位裝置可識別所述電子標簽；所述仿真工具和所述仿真物料上設置的姿態傳感器和運動傳感器均與所述定位裝置通信連接；且所述仿真工具和所述仿真物料上設置的姿態傳感器和運動傳感器均與所述感應裝置通信連接
。4.
如權利要求1～3任一項所述的基于實物操作的三維仿真教學平臺，其特征在于，所述虛擬場景還構建有放置所述仿真模型的空間環境，并根據時間模擬所述空間環境內的光線條件；所述顯示裝置以所述虛擬操作者的視角對所述虛擬場景進行現實，所述操作設備包括控制所述虛擬操作者移動和視角的控制模塊
。5.
如權利要求4所述的基于實物操作的三維仿真教學平臺，其特征在于，所述操作設備包括穿戴部以及設置于穿戴部的運動傳感器；所述穿戴部設置為手套狀，且所述定位傳感器設置于手套的各個關節處；所述顯示設備設置為
VR
眼鏡，并可顯示所述虛擬場景的三維畫面
。6.
如權利要求1～5中任一項所述的基于實物操作的三維仿真教學平臺，其特征在于，所述人機交互部件包括活動件和操作件；所述活動組件設置有運動傳感器，并記錄所述活動組件的活動過程，所述操作組...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙晨伊，伍翀，
申請(專利權)人：晶程甲宇科技上海有限公司，
類型：發明
國別省市：