【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于图像处理和人工智能，具体地说，涉及一种基于同调映射三维形状估计的虚拟课堂教学实现方法、系统、介质及设备。
技术介绍
1、虚拟教室是信息技术中富有挑战性的领域之一，其应用包括元宇宙的一个子系统。该专利技术专利引入基于同调映射几何生成模型3d形状估计的3d教师、学生和教室环境模型录入和认证。
2、传统虚拟课堂主要以二位形式进行呈现，主要分为以下几种：语音ppt、视频电话会议、视频直播和预录制的视频。语音ppt类有以雨课堂为代表的产品；预录制视频有着前段时间大火的mooc；电视电话会议则有腾讯会议、钉钉等以办公软件为媒介实现的方式；视频直播形式更是以各类直播平台为媒介遍地开花。但无论是以上哪种类型的虚拟课堂实现方式，都避免不了老师无法掌握课堂的整体情况、面对空气一人讲课的尴尬境地，虚拟教室的教学和学习体验效果差。
技术实现思路
1、专利技术的第一目的在于克服现有技术中存在的缺点与不足，提供一种基于同调映射三维形状估计的虚拟课堂教学实现方法，实现更灵活和生动的教学过程，提高教学和学习体验。
2、本专利技术的第二目的为提供一种基于同调映射三维形状估计的虚拟课堂实现系统。
3、本专利技术的第三目的在于提供一种存储介质。
4、本专利技术的第四目的在于提供一种计算设备。
5、本专利技术的目的通过下述技术方案实现：基于同调映射三维形状估计的虚拟课堂教学实现方法，包括步骤：
6、s1、建模与录入：结合u-v 变换和同
7、s2、登录：利用摄像机采集并输入师生2d图像；
8、s3、识别：基于densepose算法及同调映射几何生成模型根据师生2d图像识别出师生3d模型；
9、s4、认证：建立基于师生3d模型的认证模型，依据预设的认证协议对步骤s3中的师生3d模型与建模信息进行认证信息交互，当认证成功，虚拟教室模型增加对应的师生3d模型，表示登录系统成功。
10、优选的，步骤s1中，所述虚拟教室模型包括教室道具及其空间配置和教学环境，教室道具包括讲台、黑板、书桌、凳子、门窗、墙壁和挂钟，教学环境包括广场模式和室内模式。
11、优选的，步骤s1中，所述师生3d模型的建立具体包括步骤：
12、s11、基于同调映射和几何生成模型构建同调映射几何生成模型；
13、s22、利用摄像机拍摄得到师生2d图像并输入同调映射几何生成模型；
14、s23、基于densepose算法，根据师生2d图像提取人体主要关节点和表面形状样条的精确信息，作为三维重建的输入条件；
15、s24、基于生成对抗网络w-gan并结合所述输入条件生成与输入的师生2d图像相对应的师生3d模型。
16、优选的，步骤s3具体包括：
17、s41、基于同调映射和几何生成模型构建同调映射几何生成模型；
18、s42、将步骤s2的师生2d图像输入同调映射几何生成模型；
19、s43、u-v 变换：基于densepose算法，根据师生2d图像提取人体关节和表面形状样条的精确信息，作为三维重建的输入条件；
20、s44、基于生成对抗网络w-gan并结合u-v 变换后的输入条件生成与步骤s2的师生2d图像相对应的师生3d模型。
21、优选的，所述同调映射几何生成模型基于同调映射和几何生成模型得到，具体包括将师生3d模型的各点数据录入同调映射的函数进行若干次最优化，求解预设最优映射关系，从而实现几何生成模型，所述几何生成模型用于师生3d模型的估计；
22、所述同调映射的表达式为：，同调映射是公式（1）表示的能量e（h）的一个临界点，通过最小化能量e（h）得到：
23、，式（1），
24、其中，h表示同调映射，s表示三维原图像域，d表示映射以后的目标域，微分范数通过s和d的度量得到，dμs是3d表面上的一个面积元，e(h)的近似解为：
25、，式（2），
26、其中，[v1，v2]是连接两个相邻顶点v1和v2的边，k[v1，v2]根据式（3）计算：
27、，式（3），
28、其中，{v0，v1，v2}和{v0，v1，v3}是两个相邻的三角形面；
29、根据式（4）用欧拉拉格朗日微分方程解式（2）的能量最小化：
30、，式（4），
31、其中，是拉普拉斯-贝尔特拉米算子，演变为式（5）所示的稀疏最小二乘系统的求解问题：
32、，式（5）。
33、优选的，步骤s4中，所述建立基于师生3d模型的认证模型，具体包括步骤：
34、设定a、b和c为三个准则，准则a、b和c均包括师生的个人身份信息、个人3d形状特征信息及逻辑关系；
35、认证信息在准则a与准则c、准则a与准则b之间互相传递，具体包括：准则 a发一段宣言文信息给准则b，以表达要和准则b通信的意愿，准则b再向准则a反馈信息。
36、优选的，步骤s4中，所述认证协议的表达式为：
37、，式（6），
38、其中，p和q为设定准则，message为教师或者学生的位信息和3d模型信息，式（6）表示基于message的设定准则p到设定准则q的认证过程。
39、基于同调映射三维形状估计的虚拟课堂教学实现系统，包括：建模与录入模块、登录模块、识别模块和认证模块，
40、所述建模与录入模块，用于结合u-v 变换和同调映射几何生成模型构建虚拟教室模型及师生3d模型，或者应用3d彩色扫描仪构建虚拟教室模型及师生3d模型，并在虚拟教室管理工作站预先录入建模信息；所述u-v 变换包括densepose算法，所述同调映射几何生成模型包括同调映射及几何生成模型；
41、所述登录模块，用于利用摄像机采集并输入师生2d图像；
42、所述识别模块，用于基于densepose算法及同调映射几何生成模型根据师生2d图像识别出师生3d模型；
43、所述认证模块，用于建立基于师生3d模型的认证模型，依据预设的认证协议对步骤s3中的师生3d模型与建模信息进行认证信息交互，当认证成功，虚拟教室模型增加对应的师生3d模型，表示登录系统成功。
44、一种存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现上述所述的基于同调映射三维形状估计的虚拟课堂教学实现方法。
45、一种计算设备，包括处理器及用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现上述所述的基于同调映射三维形状估计的虚拟课堂教学实现方法。
46、本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于同调映射三维形状估计的虚拟课堂教学实现方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的基于同调映射三维形状估计的虚拟课堂教学实现方法，其特征在于，步骤S1中，所述虚拟教室模型包括教室道具及其空间配置和教学环境，教室道具包括讲台、黑板、书桌、凳子、门窗、墙壁和挂钟，教学环境包括广场模式和室内模式。
3.根据权利要求1所述的基于同调映射三维形状估计的虚拟课堂教学实现方法，其特征在于，步骤S1中，所述师生3D模型的建立具体包括步骤：
4.根据权利要求1所述的基于同调映射三维形状估计的虚拟课堂教学实现方法，其特征在于，步骤S3具体包括：
5.根据权利要求1所述的基于同调映射三维形状估计的虚拟课堂教学实现方法，其特征在于，所述同调映射几何生成模型基于同调映射和几何生成模型得到，具体包括将师生3D模型的各点数据录入同调映射的函数进行若干次最优化，求解预设最优映射关系，从而实现几何生成模型，所述几何生成模型用于师生3D模型的估计；
6.根据权利要求1所述的基于同调映射三维形状估计的虚拟课堂教学实现方法，其特征在于，步骤S
7.根据权利要求6所述的基于同调映射三维形状估计的虚拟课堂教学实现方法，其特征在于，步骤S4中，所述认证协议的表达式为：
8.基于同调映射三维形状估计的虚拟课堂教学实现系统，其特征在于，包括：建模与录入模块、登录模块、识别模块和认证模块，
9.一种存储介质，存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时，实现权利要求1-7任意一项所述的基于同调映射三维形状估计的虚拟课堂教学实现方法。
10.一种计算设备，其特征在于，包括处理器及用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现权利要求1-7任意一项所述的基于同调映射三维形状估计的虚拟课堂教学实现方法。
...【技术特征摘要】
1.基于同调映射三维形状估计的虚拟课堂教学实现方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的基于同调映射三维形状估计的虚拟课堂教学实现方法，其特征在于，步骤s1中，所述虚拟教室模型包括教室道具及其空间配置和教学环境，教室道具包括讲台、黑板、书桌、凳子、门窗、墙壁和挂钟，教学环境包括广场模式和室内模式。
3.根据权利要求1所述的基于同调映射三维形状估计的虚拟课堂教学实现方法，其特征在于，步骤s1中，所述师生3d模型的建立具体包括步骤：
4.根据权利要求1所述的基于同调映射三维形状估计的虚拟课堂教学实现方法，其特征在于，步骤s3具体包括：
5.根据权利要求1所述的基于同调映射三维形状估计的虚拟课堂教学实现方法，其特征在于，所述同调映射几何生成模型基于同调映射和几何生成模型得到，具体包括将师生3d模型的各点数据录入同调映射的函数进行若干次最优化，求解预设最优映射关系，从而实现几何...
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