一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)的小型實(shí)驗(yàn)室，屬教育領(lǐng)域，尤其涉及一種實(shí)驗(yàn)室。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室，提供的實(shí)驗(yàn)設(shè)備是固定的，能開展的相關(guān)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)也是固定的，要完成多種實(shí)驗(yàn)，就要不同的實(shí)驗(yàn)室，不同的設(shè)備，造成占用的資源空間大，采購(gòu)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備費(fèi)用高的結(jié)果；實(shí)驗(yàn)設(shè)備不斷老化和損壞，更嚴(yán)重的是由于學(xué)生的操作不但造成安全事故，同時(shí)維修和更換進(jìn)度跟不上，學(xué)生無法正常開展實(shí)驗(yàn)活動(dòng)或達(dá)不到實(shí)驗(yàn)的效果；仿真式實(shí)驗(yàn)室采用數(shù)學(xué)建模的方法，把相關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備制作成控件，學(xué)生只需要在仿真軟件上添加相關(guān)控件完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建，運(yùn)行程序后，就能看到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，完成實(shí)驗(yàn)；但仿真式實(shí)驗(yàn)室缺少了真實(shí)性，造成學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)器材的認(rèn)識(shí)和了解不高，失去了做實(shí)驗(yàn)的積極性，同時(shí)也缺少了團(tuán)隊(duì)合作的機(jī)會(huì)，實(shí)驗(yàn)效果不理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是克服傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的上述不足，發(fā)明一種占用資源更少、更多元化、更高效和實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果更好的小型實(shí)驗(yàn)室。

一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的小型實(shí)驗(yàn)室，包括小型實(shí)驗(yàn)室殼體、中央處理控制系統(tǒng)、動(dòng)作捕捉裝置、數(shù)據(jù)建模系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備、數(shù)據(jù)庫(kù)、圖像分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、人機(jī)互動(dòng)裝置、共享互聯(lián)裝置和實(shí)驗(yàn)評(píng)判系統(tǒng)。

中央處理控制系統(tǒng)、動(dòng)作捕捉裝置、虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備、人機(jī)互動(dòng)裝置和共享互聯(lián)裝置置于小型實(shí)驗(yàn)室殼體內(nèi)，中央處理控制系統(tǒng)與動(dòng)作捕捉裝置、虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備、人機(jī)互動(dòng)裝置和共享互聯(lián)裝置相連。

小型實(shí)驗(yàn)室殼體，為雙層材料，內(nèi)中空構(gòu)造，包括門和隔音裝置，門為自動(dòng)門，門縫裝有隔音密封圈；隔音裝置，在小型實(shí)驗(yàn)室殼體填充隔音材料，減小或消除外界聲音對(duì)實(shí)驗(yàn)者產(chǎn)生干擾，以便在放置多個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)的小型實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)室同時(shí)進(jìn)行不同的實(shí)驗(yàn)。

動(dòng)作捕捉裝置，包括攝像頭和位移傳感器，攝像頭捕捉實(shí)驗(yàn)者的手部動(dòng)作圖像，并把采集到的圖像傳輸?shù)綀D像分析系統(tǒng)進(jìn)行分析，初步推斷出實(shí)驗(yàn)者要實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作，生成特征數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)；位移傳感器，精確測(cè)出實(shí)驗(yàn)者手的位移，并把位移數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)和生成的特征數(shù)據(jù)結(jié)合進(jìn)行分析，精確得到實(shí)驗(yàn)者要實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作。

數(shù)據(jù)建模系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備或器件的各種參數(shù)，建立物理模型，包括實(shí)驗(yàn)設(shè)備或器件的形狀、大小和功能，并與實(shí)驗(yàn)設(shè)備或器件的數(shù)學(xué)模型建立匹配。

虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，包括vr眼鏡或vr頭盔和傳感器裝置，傳感器裝置監(jiān)視頭部的動(dòng)作變化，并把數(shù)據(jù)同步到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，使實(shí)驗(yàn)者的畫面能夠得到快速修正。

圖像分析系統(tǒng)對(duì)獲得的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析，生成特征數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)由圖像分析系統(tǒng)得到的特征數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析，得到精確的數(shù)據(jù)。

人機(jī)互動(dòng)裝置，根據(jù)捕捉到的實(shí)驗(yàn)者的動(dòng)作數(shù)據(jù)，圖像做出同步修正，顯示正確的畫面，使實(shí)驗(yàn)者獲得真的在操作眼前看到的實(shí)驗(yàn)設(shè)備或?qū)嶒?yàn)器件的體驗(yàn)感。

共享互聯(lián)裝置，包括wifi，實(shí)驗(yàn)者可以共享自己的wifi，等待其他實(shí)驗(yàn)者的連接，連接成功后，就成功創(chuàng)建一個(gè)局域網(wǎng)，同享數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)過程中，也能夠互相討論，分工合作，共同完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)評(píng)判系統(tǒng)，包括實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵步驟操作記錄系統(tǒng)、自動(dòng)分析系統(tǒng)和自動(dòng)打分系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵步驟操作記錄系統(tǒng)，實(shí)時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)者在實(shí)驗(yàn)操作過程中的每一步關(guān)鍵步驟操作，自動(dòng)分析系統(tǒng)，根據(jù)得到的記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，得到實(shí)驗(yàn)者進(jìn)行本次實(shí)驗(yàn)所存在的問題和發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)者在完成本次實(shí)驗(yàn)中的創(chuàng)新點(diǎn)，自動(dòng)打分系統(tǒng)，根據(jù)分析得到的數(shù)據(jù)對(duì)本次實(shí)驗(yàn)者進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行打分。

本發(fā)明基于虛擬現(xiàn)實(shí)的小型實(shí)驗(yàn)室，占用資源更少、更多元化、更高效和實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果更好。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)的小型實(shí)驗(yàn)室的正視圖示意圖；圖2是本發(fā)明基于虛擬現(xiàn)實(shí)的小型實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖示意圖；圖3是本發(fā)明基于虛擬現(xiàn)實(shí)的小型實(shí)驗(yàn)室的多個(gè)基于虛擬現(xiàn)實(shí)的小型實(shí)驗(yàn)室互聯(lián)共享的示意圖。

圖中，1-小型實(shí)驗(yàn)室殼體，2-門，3-隔音裝置，4-中央處理控制系統(tǒng)，5-數(shù)據(jù)庫(kù)，6-虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，7-動(dòng)作捕捉裝置，8-圖像分析系統(tǒng)，9-數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，10-人機(jī)互動(dòng)裝置，11-數(shù)據(jù)建模系統(tǒng)，12-實(shí)驗(yàn)評(píng)判系統(tǒng)，13-共享互聯(lián)裝置。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖1~3對(duì)本發(fā)明加以具體說明：一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)的小型實(shí)驗(yàn)室，包括小型實(shí)驗(yàn)室殼體1、中央處理控制系統(tǒng)4、動(dòng)作捕捉裝置7、數(shù)據(jù)建模系統(tǒng)11、虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備6、數(shù)據(jù)庫(kù)5、圖像分析系統(tǒng)8、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)9、人機(jī)互動(dòng)裝置10、共享互聯(lián)裝置13和實(shí)驗(yàn)評(píng)判系統(tǒng)12。

中央處理控制系統(tǒng)4、動(dòng)作捕捉裝置7、數(shù)據(jù)建模系統(tǒng)11、虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備6、數(shù)據(jù)庫(kù)5、圖像分析系統(tǒng)8、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)9、人機(jī)互動(dòng)裝置10、共享互聯(lián)裝置13和實(shí)驗(yàn)評(píng)判系統(tǒng)12置于小型實(shí)驗(yàn)室殼體1內(nèi)。動(dòng)作捕捉裝置7、數(shù)據(jù)建模系統(tǒng)11、虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備6、數(shù)據(jù)庫(kù)5、圖像分析系統(tǒng)8、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)9、人機(jī)互動(dòng)裝置10、共享互聯(lián)裝置13和實(shí)驗(yàn)評(píng)判系統(tǒng)12與中央處理控制系統(tǒng)4相連。

數(shù)據(jù)庫(kù)5存有實(shí)驗(yàn)所用到的物理模型和相互匹配的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)入基于虛擬現(xiàn)實(shí)的小型實(shí)驗(yàn)室，關(guān)上門2，在隔音裝置的作用下，隔離外界聲音，消除或減少外界聲音的干擾，戴上虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備6，菜單命令顯示在屏幕上，選擇要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，確定后，從數(shù)據(jù)庫(kù)讀取相關(guān)實(shí)驗(yàn)的vr資源、物理模型、和數(shù)學(xué)模型，開始實(shí)驗(yàn)。

如果實(shí)驗(yàn)需要多個(gè)人合作完成，通過互聯(lián)共享裝置13，建立局域網(wǎng)，共享同步實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，共同完成實(shí)驗(yàn)。

動(dòng)作捕獲裝置7，一直監(jiān)視實(shí)驗(yàn)者的動(dòng)作，特別是手部動(dòng)作，得到動(dòng)作圖像，傳遞到圖像分析系統(tǒng)8，進(jìn)行初步分析，生成特征數(shù)據(jù)，傳遞到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)9對(duì)由圖像分析系統(tǒng)得到的特征數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析，得到精確的數(shù)據(jù)，傳遞到人機(jī)互動(dòng)裝置10，根據(jù)捕捉到的實(shí)驗(yàn)者的動(dòng)作數(shù)據(jù)，圖像做出同步修正，顯示正確的畫面，數(shù)據(jù)建模系統(tǒng)11，根據(jù)得到的變化數(shù)據(jù)結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)5的模型，進(jìn)行自動(dòng)建模，得到實(shí)驗(yàn)者進(jìn)行操作相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備或器件后的效果模型，通過虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備顯示。

實(shí)驗(yàn)評(píng)判系統(tǒng)12記錄每一步的實(shí)驗(yàn)操作步驟，直到實(shí)驗(yàn)的結(jié)束，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)實(shí)驗(yàn)者本次進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析并打分。

本發(fā)明基于虛擬現(xiàn)實(shí)的小型實(shí)驗(yàn)室，占用資源更少、更多元化、更高效和實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果更好。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)的小型實(shí)驗(yàn)室，屬教育領(lǐng)域，包括小型實(shí)驗(yàn)室殼體、中央處理控制系統(tǒng)、動(dòng)作捕捉裝置、數(shù)據(jù)建模系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備、數(shù)據(jù)庫(kù)、圖像分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、人機(jī)互動(dòng)裝置、共享互聯(lián)裝置和實(shí)驗(yàn)評(píng)判系統(tǒng)。中央處理控制系統(tǒng)、動(dòng)作捕捉裝置、數(shù)據(jù)建模系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備、數(shù)據(jù)庫(kù)、圖像分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、人機(jī)互動(dòng)裝置、共享互聯(lián)裝置和實(shí)驗(yàn)評(píng)判系統(tǒng)置于小型實(shí)驗(yàn)室殼體內(nèi)，動(dòng)作捕捉裝置、數(shù)據(jù)建模系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備、數(shù)據(jù)庫(kù)、圖像分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、人機(jī)互動(dòng)裝置、共享互聯(lián)裝置和實(shí)驗(yàn)評(píng)判系統(tǒng)與中央處理控制系統(tǒng)相連，本發(fā)明基于虛擬現(xiàn)實(shí)的小型實(shí)驗(yàn)室，占用資源更少、更多元化、更高效和實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果更好。

技術(shù)研發(fā)人員：王志成;洪文強(qiáng);黃小席
受保護(hù)的技術(shù)使用者：佛山市神風(fēng)航空科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.08
技術(shù)公布日：2017.07.28