一种基于VR虚拟现实技术的建筑工程教学系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于VR虚拟现实技术的建筑工程教学系统，包括教师端、学生端，以及连接教师端、学生端的网络通道，所述学生端包含VR手柄、定位器和可供学生穿戴的VR头盔；VR手柄用于与虚拟现实世界中的对象互动，内置有可被定位器追踪的感应器：定位器内置有激光发生器和光敏传感器，用来确定VR手柄的位置；所述VR头盔包括：输入模块、处理模块、存储模块、显示模块、输出模块。本实用新型专利技术所述基于VR虚拟现实技术的建筑工程教学系统，用VR设备直观地呈现建筑工程全貌，由教师操作教导学生如何正确进行实际建筑管理，带给学生真实感受，提高教学的效率和质量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于VR虚拟现实技术的建筑工程教学系统
本技术属于仿真教学
，具体涉及一种基于VR虚拟现实技术的建筑工程教学系统。
技术介绍
由于在建筑工程技术专业的教学中有大量的实验与实训环节，很多高校或培训基地对建筑工程实验、实训条件都有较高的要求。而然，建筑工程实训设备大部分为工程实体，有着造价高、建设周期长、建造难度大等特点，特别是有些项目涉及高危或极端的环境、不可及或不可逆的操作，在传统教育框架下根本无法组织实训，学生无法将自身置于各种复杂、突发环境中去进行针对性训练。近年来，随着科技的快速发展，建筑工程教学设备由传统的现场教学发展为多样化的电子化教学，比如远程网络教学、智能化计算机辅助教学等等，上述高科技智能化电子设备的应用，在一定程度上满足了学生的需要。但是通过实践环节发现，在教学过程中，特别是一些周期长、建造难度大、危险系数高的项目，学生仍然只能翻阅课本或观看视频录像进行了解，根本无法参与实训，缺少对工程概览、工程建筑、材料运输与管理、漫游检查等环节的专业性训练，教学效果不佳。虚拟现实(VirtualReality，简称VR)技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机技术，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合交互式的三维动态实景和实体行为的系统仿真，可以让用户进入虚拟的环境，实时感知和操作虚拟世界内的各种对象，从未通过视觉、触觉和听觉等感觉的结合获得身临其境的真实感受。在我国，虚拟现实技术的研究和一些发达国家相比还有很大的一段距离，但随着计算机图形学、计算机工程学等技术的高速发展，虚拟现实技术已经得到了相当的重视，研究与应用VR，建立虚拟环境、虚拟场景模型以及分布式VR系统的开发正朝深度和广度发展。虚拟现实技术已广泛应用于培训教育领域，演变形成了多种多样的虚拟现实教学技术与产品，这些新技术新产品使得理论教学变得更加生动、直观，实验教学更加安全、方便，有利于提高学生的学习兴趣，提高教学效率和质量。例如，中国专利(申请号：201210594609.7)公开了一种用于旅游专业教学的综合电教系统，由虚拟现实导游系统、虚拟现实演示系统和虚拟现实网络系统组成，虚拟现实导游系统，包括180°立体柱状环幕、高性能图形集群服务器和六组投影仪，面向六通道同步并行图像运算，涵盖国内多个景区的建筑、小品与天地景观，并对建筑室内外布局予以详细刻画，用于辅助教师进行景点漫游、信息查询、资源链接、景点导航、自动讲解、导游考核、事件模拟和课件编辑，虚拟现实演示系统，采用多视窗无缝显示设备，实现融合变形、媒体播放、多路显示、图片背景和网络中控，实现播放DVD、建筑动画和背景音乐功能，显示影像沿左、右两侧分屏显示，面向六通道制作的建筑动画实现铺满全屏的拼接显示。又如，中国专利(申请号201620869952.1)公开了一种基于手势识别的建筑教学用VR头盔，包括虚拟头盔面罩，所述虚拟头盔面罩的前方安装有画面捕捉摄像头、手势识别器、画面释放器和虚拟板释放口，且手势识别器位于画面释放器的上方，画面释放器位于虚拟板释放口的上方，所述虚拟头盔面罩的上方安装有固定带释放口，所述固定带释放口的上方安装有固定带，所述虚拟头盔面罩的一侧安装有松紧带调节卡，所述松紧带调节卡上安装有松紧带，所述虚拟头盔面罩的另一侧安装有连接卡。但在已有的公开文献中，未发现将VR虚拟现实技术系统地应用在建筑工程教学中，不能提供工程概览、工程建筑、材料运输与管理、漫游检查等环节的专业实训。因此，现有建筑工程教学系统很难满足学生对现代建筑工程教学的需求。
技术实现思路
本技术的目的是克服现有建筑工程教学存在的实训成本高，体验性差，实训内容受限制的问题，提供一种人性化好、效果逼真、内容丰富的基于VR虚拟现实技术的建筑工程教学系统，能够模拟建筑施工真实情境，带给学生真实感受，提高教学的效率和质量。具体的，本技术所述的基于VR虚拟现实技术的建筑工程教学系统，包括教师端、学生端，以及连接教师端、学生端的网络通道，所述学生端包含VR手柄、定位器和可供学生穿戴的VR头盔；VR手柄用于与虚拟现实世界中的对象互动，内置有可被定位器追踪的感应器；定位器内置有激光发生器和光敏传感器，用来确定VR手柄的位置；所述VR头盔包括：输入模块，用于连接教师端获取教师操作指令、语音信息和预定义信息；处理模块，用于构建虚拟场景、虚拟窗口，以及解析信号包、传递信号；存储模块，用于存储处理模块的运行结果，以便读取；显示模块，用于控制VR显示装置对建筑施工过程进行立体显示；输出模块，用于输出VR设备的运行信号，包括学生操作记录和模拟运行结果；所述处理模块包括：虚拟场景单元，用于构建虚拟场景模型；虚拟窗口单元，用于在所述虚拟场景模型中构建虚拟窗口；解析单元，用于响应教师端的请求，将从教师端获取教师操作指令、语音信息和预定义信息的数字信号传输至所述虚拟窗口；发送单元，用于将所述虚拟窗口模型以及虚拟窗口内的内容传递到输出模块、显示模块、存储模块。作为本技术所述基于VR虚拟现实技术的建筑工程教学系统的进一步说明，所述教师端包含教学操作平台，所述教学操作平台包括：操作模块，用于教师对建筑项目、建筑施工场景、运行规则进行预定义操作；语音模块，用于教师向学生实时语音讲解教学内容；视频模块，用于教师向学生展示教学操作过程；审阅模块，实现教师在教师端对学生端学生的监察、督导及互动。在教师端，教师作为课堂教学的信息发出者，对学生在VR环境中的观察和互动给出足够引导与讲解。教师通过教学操作平台，即可通过教师端程序对学生真实情况进行了解，对学生的疑问和反馈进行回复，保留了传统教学的监察，督导，指示等教学元素，同时通过VR实现一对多互动授课。作为本技术所述基于VR虚拟现实技术的建筑工程教学系统的进一步说明，所述教师端包含信号转换器，所述信号转换器与教学操作平台电连接，能够从教师端获取教师操作指令、语音信息和预定义信息，并将教师操作指令、语音信息和预定义信息转化为数字信号，通过网络通道传递出去。作为本技术所述基于VR虚拟现实技术的建筑工程教学系统的进一步说明，所述网络通道一端连接教师端的信号转换器，另一端连接学生端的VR头盔的输入模块和输出模块，实现教师端和学生端的网络通讯。作为本技术所述基于VR虚拟现实技术的建筑工程教学系统的进一步说明，所述VR显示装置包括视频收发器、音频收发器。本技术所述的基于VR虚拟现实技术的建筑工程教学系统，脱离真实操作的限制，具备许多传统实训系统不具备的特点：1.实训内容丰富：可以模拟任何培训科目，借助虚拟现实技术，学生可以将自身置于各种复杂、突发环境中去，从而进行针对性训练。2.实训周期短：学校可以根据自身实际需求在任何时间组织受训者进行操作演练，并快速取得实操结果，进行实操评估和改进。3.效果逼真：可以让多个学生在老师的指导下进行操作，VR环境的真实性和交互性让学生领悟更深刻；另外虚拟现实系统下，即使学生操作失误也不会造成实质性后果，科学地帮助学生发现问题、纠正问题；有利于提高学生的学习兴趣，提高教学效率和质量。附图说明图1为本技术芯片电路教学系统的结构框图。图2为本技术教学操作平台的结构关系图。图3为本技术VR头盔的处理模块的结构关系图。具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于VR虚拟现实技术的建筑工程教学系统，包括教师端、学生端，以及连接教师端、学生端的网络通道，其特征在于，所述学生端包含VR手柄、定位器和可供学生穿戴的VR头盔；VR手柄用于与虚拟现实世界中的对象互动，内置有可被定位器追踪的感应器；定位器内置有激光发生器和光敏传感器，用来确定VR手柄的位置；所述VR头盔包括：输入模块，用于连接教师端获取教师操作指令、语音信息和预定义信息；处理模块，用于构建虚拟场景、虚拟窗口，以及解析信号包、传递信号；存储模块，用于存储处理模块的运行结果，以便读取；显示模块，用于控制VR显示装置对建筑施工过程进行立体显示；输出模块，用于输出VR设备的运行信号，包括学生操作记录和模拟运行结果；所述处理模块包括：虚拟场景单元，用于构建虚拟场景模型；虚拟窗口单元，用于在所述虚拟场景模型中构建虚拟窗口；解析单元，用于响应教师端的请求，将从教师端获取教师操作指令、语音信息和预定义信息的数字信号传输至所述虚拟窗口；发送单元，用于将所述虚拟窗口模型以及虚拟窗口内的内容传递到输出模块、显示模块、存储模块；所述教师端包含教学操作平台，所述教学操作平台包括：操作模块，用于教师对建筑项目、建筑施工场景、运行规则进行预定义操作；语音模块，用于教师向学生实时语音讲解教学内容；视频模块，用于教师向学生展示教学操作过程；审阅模块，实现教师在教师端对学生端学生的监察、督导及互动；所述教师端包含信号转换器，所述信号转换器与教学操作平台连接，能够从教师端获取教师操作指令、语音信息和预定义信息，并将教师操作指令、语音信息和预定义信息转化为数字信号，通过网络通道传递出去；所述网络通道一端连接教师端的信号转换器，另一端连接学生端的VR头盔的输入模块和输出模块，实现教师端和学生端的网络通讯；所述VR显示装置包括视频收发器、音频收发器。...

【技术特征摘要】
1.一种基于VR虚拟现实技术的建筑工程教学系统，包括教师端、学生端，以及连接教师端、学生端的网络通道，其特征在于，所述学生端包含VR手柄、定位器和可供学生穿戴的VR头盔；VR手柄用于与虚拟现实世界中的对象互动，内置有可被定位器追踪的感应器；定位器内置有激光发生器和光敏传感器，用来确定VR手柄的位置；所述VR头盔包括：输入模块，用于连接教师端获取教师操作指令、语音信息和预定义信息；处理模块，用于构建虚拟场景、虚拟窗口，以及解析信号包、传递信号；存储模块，用于存储处理模块的运行结果，以便读取；显示模块，用于控制VR显示装置对建筑施工过程进行立体显示；输出模块，用于输出VR设备的运行信号，包括学生操作记录和模拟运行结果；所述处理模块包括：虚拟场景单元，用于构建虚拟场景模型；虚拟窗口单元，用于在所述虚拟场景模型中构建虚拟窗口；解析单元，用于响应教师端的请求，将从教师端...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文亮，杨浩，孔祥宁，王可，俞献，
申请(专利权)人：桂林蓝港科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广西,45