远程面对面虚拟现实的教学方法及教学系统

技术领域

本发明属于远程教学技术领域，涉及一种基于VR远程教学技术，具体为远程面对面虚拟现实的教学方法及教学系统。

背景技术

目前，受距离、成本、时间、教育资源不均衡等条件限制下，远程线上教育应运而生，远程线上教育是采取多种媒体方式进行系统教学和通信联系的教育形式，将课程传送给校园外的一处或多处学生的教育，其采用云计算技术，混合现实、语音交互、语音识别、视频分析、人工智能等前沿技术，同时结合物联网为一体的教学形式形成新型远程教学课堂。由于其不受距离和时间的影响，越来越受广大学生和家长的青睐。但是现有的新型远程教学课堂存在以下缺陷：

1)现有的新型远程教学课堂不能使学生处于学习环境中，学生很难融入学习氛围，学习兴趣低。

2)现有的新型远程教学课堂不能模拟现实中的学习环境，不能实现虚拟现实教学环境的要求。

发明内容

针对上述现有的新型远程教学课堂不能使学生处于学习环境中，学生很难融入学习氛围，学习兴趣低的问题，本发明提出了远程面对面虚拟现实的教学方法及教学系统。

本发明的远程面对面虚拟现实的教学方法及教学系统，能够真实模拟现实的教学环境，使学生和老师处于模拟的现实教学、学习环境中，将教学内容场景化，提供了学生学习和老师教学的氛围，利用有趣的语音、视频、数据交互，增加了学生学习的乐趣，提升了学习效率，为学生提供沉浸式、实践式、交互式的虚拟现实教学环境。其具体技术方案如下：

远程面对面虚拟现实的教学方法，包括以下步骤：

1)构建教室环境；

2)定制化教室：

2.1)提取教室环境中的网格信息、碰撞信息、边缘信息以及顶点信息；

2.2)根据网格信息提供区域选择的网格标识；

2.3)根据网格标识、碰撞信息、边缘信息以及顶点信息结合用户自定义的预置实物形态、预置实物位置、区域大小以及区域位置，确定各个功能区域；

3)加密打包：对完成定制化的教室进行加密，生成秘钥，打包成单一结构的加密、打包文件；

4)存储加密、打包文件，完成面对面虚拟现实教学模型构建。

进一步限定，所述步骤1)构建教室环境为依据全景图构建或依据全景视频构建或依据虚拟场景构建；

所述依据全景图构建步骤为：从资源库中调取全景图或用户自定义全景图，对全景图进行智能扫描分析，提取全景图的纹理信息和顶点信息，根据纹理信息和顶点信息构建教室三维静态环境；

所述依据全景视频构建步骤为：从资源库中调取全景视频或用户自定义全景视频，提取全景视频数据，拆分3D顶点信息、边缘信息，重组三维动态视频，构建教室三维动态环境；

所述依据虚拟场景构建步骤为：从资源库中调取虚拟场景或用户自定义虚拟场景，构建教室三维静态环境或教室三维动态环境。

进一步限定，所述步骤2.3)还包括用户自定义的预置实物风格。

进一步限定，所述功能区域包括活动区域、教学区域、座位区域以及讲桌区域。

进一步限定，所述活动区域形成步骤为：提取教室环境中活动区域的网格信息、活动区域的碰撞信息、活动区域的边缘信息以及活动区域的顶点信息；根据活动区域的网格标识、活动区域的碰撞信息、活动区域的边缘信息以及活动区域的顶点信息，结合用户定义的活动区域预置实物形态、活动区域预置实物位置、活动区域预置实物风格、活动区域大小以及活动区域位置，确定活动区域；

所述教学区域形成步骤为：提取教室环境中教学区域的网格信息、教学区域的碰撞信息、教学区域的边缘信息以及教学区域的顶点信息；根据教学区域的网格标识、教学区域的碰撞信息、教学区域的边缘信息以及教学区域的顶点信息，结合用户定义的教学区域预置实物形态、教学区域预置实物位置、教学区域预置实物风格、教学区域大小以及教学区域位置，确定教学区域；

所述座位区域形成步骤为：提取教室环境中座位区域的网格信息、座位区域的碰撞信息、座位区域的边缘信息以及座位区域的顶点信息；根据座位区域的网格标识、座位区域的碰撞信息、座位区域的边缘信息以及座位区域的顶点信息，结合用户定义的座位区域预置实物形态、座位区域预置实物位置、座位区域预置实物风格、座位区域大小以及座位区域位置，生成座位模型，确定座位区域；

所述讲桌区域形成步骤为：提取教室环境中讲桌区域的网格信息、讲桌区域的碰撞信息、讲桌区域的边缘信息以及讲桌区域的顶点信息；根据讲桌区域的网格标识、讲桌区域的碰撞信息、讲桌区域的边缘信息以及讲桌区域的顶点信息，结合用户定义的讲桌区域预置实物形态、讲桌区域预置实物位置、讲桌区域预置实物风格、讲桌区域大小以及讲桌区域位置，生成讲桌模型，确定讲桌区域。

远程面对面虚拟现实的教学系统，包括构建教室环境模块、定制化教室模块、加密打包模块和存储模块；

所述定制化教室模块：用于提取构建教室环境模块中的网格信息、碰撞信息、边缘信息以及顶点信息，根据网格信息提供区域选择的网格标识，根据网格标识、碰撞信息、边缘信息以及顶点信息结合用户自定义的预置实物形态、预置实物位置、区域大小以及区域位置，确定各个功能区域模块；

所述加密打包模块：用于对完成定制化的教室进行加密，生成秘钥，打包成单一结构的加密、打包文件；

所述存储模块：用于存储加密、打包文件，完成面对面虚拟现实教学模型构建。

进一步限定，所述构建教室环境模块为依据全景图构建模块、依据全景视频构建模块或依据虚拟场景构建模块；

所述依据全景图构建模块：用于从资源库中调取全景图或用户自定义全景图，对全景图进行智能扫描分析，提取全景图的纹理信息和顶点信息，根据纹理信息和顶点信息构建教室三维静态环境模块；

所述依据全景视频构建模块：用于从资源库中调取全景视频或用户自定义全景视频，提取全景视频数据，拆分3D顶点信息、边缘信息，重组三维动态视频，构建教室三维动态环境，模块；

所述依据虚拟场景构建模块：用于从资源库中调取虚拟场景或用户自定义虚拟场景，构建教室三维静态环境模块或教室三维动态环境模块。

进一步限定，所述定制化教室模块还包括结合用户自定义的预置实物风格。

进一步限定，所述功能区域模块包括活动区域模块、教学区域模块、座位区域模块以及讲桌区域模块。

进一步限定，所述活动区域模块形成步骤为：提取教室环境中活动区域的网格信息、活动区域的碰撞信息、活动区域的边缘信息以及活动区域的顶点信息；根据活动区域的网格标识、活动区域的碰撞信息、活动区域的边缘信息以及活动区域的顶点信息，结合用户定义的活动区域预置实物形态、活动区域预置实物位置、活动区域预置实物风格、活动区域大小以及活动区域位置，确定活动区域模块；

所述教学区域模块形成步骤为：提取教室环境中教学区域的网格信息、教学区域的碰撞信息、教学区域的边缘信息以及教学区域的顶点信息；根据教学区域的网格标识、教学区域的碰撞信息、教学区域的边缘信息以及教学区域的顶点信息，结合用户定义的教学区域预置实物形态、教学区域预置实物位置、教学区域预置实物风格、教学区域大小以及教学区域位置，确定教学区域模块；

所述座位区域模块形成步骤为：提取教室环境中座位区域的网格信息、座位区域的碰撞信息、座位区域的边缘信息以及座位区域的顶点信息；根据座位区域的网格标识、座位区域的碰撞信息、座位区域的边缘信息以及座位区域的顶点信息，结合用户定义的座位区域预置实物形态、座位区域预置实物位置、座位区域预置实物风格、座位区域大小以及座位区域位置，生成座位模型，确定座位区域模块；

所述讲桌区域模块形成步骤为：提取教室环境中讲桌区域的网格信息、讲桌区域的碰撞信息、讲桌区域的边缘信息以及讲桌区域的顶点信息；根据讲桌区域的网格标识、讲桌区域的碰撞信息、讲桌区域的边缘信息以及讲桌区域的顶点信息，结合用户定义的讲桌区域预置实物形态、讲桌区域预置实物位置、讲桌区域预置实物风格、讲桌区域大小以及讲桌区域位置，生成讲桌模型，确定讲桌区域模块。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明的远程面对面虚拟现实的教学方法，其包括1)构建教室环境；2)定制化教室；3)加密打包；4)存储加密、打包文件；虚拟现实教学课堂，能够真实模拟现实的教学环境，使学生和老师处于模拟的现实教学或学习环境中，将教学内容场景化，为学生提供沉浸式、实践式、交互式的虚拟现实教学环境。

2、本发明构建教室环境为依据全景图构建或依据全景视频构建或依据虚拟场景构建三种方式，能够支持多种资源格式的支持。

3、本发明的远程面对面虚拟现实的教学系统，其功能区域模块包括活动区域模块、教学区域模块、座位区域模块以及讲桌区域模块，提供了学生学习和老师教学的氛围，利用有趣的语音、视频、数据交互，使用虚拟现实技术设计事件发生机制提升教学效果，丰富教学环境，增加了学生学习的乐趣，提升了学习效率；打破空间限定，营造沉浸式体验环境。

附图说明

图1为教学方法的过程示意图；

图2为构建教室环境过程的组成示意图；

图3为教学系统的示意图；

图4为构建教室环境模块的组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的具体实施方式进行进一步的解释说明，但本发明并不限于以下说明的实施方式。

实施例1

参见图1-2，本实施例远程面对面虚拟现实的教学方法，包括以下步骤：

1)构建教室环境，其构建教室环境包括以下三种方式中的一种：

依据全景图构建：从资源库中调取全景图或用户自定义全景图，对全景图进行智能扫描分析，提取全景图的纹理信息和顶点信息，根据纹理信息和顶点信息构建教室三维静态环境；

依据全景视频构建：从资源库中调取全景视频或用户自定义全景视频，全景视频通过虚拟现实技术和AI人工智能技术使其自身能够自使用三维环境；提取全景视频数据，拆分3D顶点信息、边缘信息，重组三维动态视频，构建教室三维动态环境；

依据虚拟场景构建：从资源库中调取虚拟场景或用户自定义虚拟场景，构建教室三维静态环境或教室三维动态环境。

此处的资源库中预先存储有设定好的全景图、全景视频或虚拟场景；

2)定制化教室：

2.1)提取教室环境中的网格信息、碰撞信息、边缘信息以及顶点信息；

2.2)根据网格信息提供区域选择的网格标识；

2.3)根据网格标识、碰撞信息、边缘信息以及顶点信息结合用户自定义的预置实物形态、预置实物位置、预置实物风格、区域大小以及区域位置，确定各个功能区域；

3)加密打包：对完成定制化的教室进行加密，生成秘钥，打包成单一结构的可适配跨平台读取、渲染的加密、打包文件；

4)存储：将加密、打包文件上传至RAID10磁盘整列中，保证文件安全有效，完成面对面虚拟现实教学模型构建。

实施例2

本实施例远程面对面虚拟现实的教学方法，其在实施例1的基础上，具体地功能区域包括活动区域、教学区域、座位区域以及讲桌区域；

活动区域形成步骤为：提取教室环境中活动区域的网格信息、活动区域的碰撞信息、活动区域的边缘信息以及活动区域的顶点信息；根据活动区域的网格标识、活动区域的碰撞信息、活动区域的边缘信息以及活动区域的顶点信息，结合用户定义的活动区域预置实物形态、活动区域预置实物位置、活动区域预置实物风格、活动区域大小以及活动区域位置，确定活动区域；活动区域是未来教室实验区域，物体的展示、实验的讲解、课件的预览等都在此区域进行；

教学区域形成步骤为：提取教室环境中教学区域的网格信息、教学区域的碰撞信息、教学区域的边缘信息以及教学区域的顶点信息；根据教学区域的网格标识、教学区域的碰撞信息、教学区域的边缘信息以及教学区域的顶点信息，结合用户定义的教学区域预置实物形态、教学区域预置实物位置、教学区域预置实物风格、教学区域大小以及教学区域位置，确定教学区域；

座位区域形成步骤为：提取教室环境中座位区域的网格信息、座位区域的碰撞信息、座位区域的边缘信息以及座位区域的顶点信息；根据座位区域的网格标识、座位区域的碰撞信息、座位区域的边缘信息以及座位区域的顶点信息，结合用户定义的座位区域预置实物形态、座位区域预置实物位置、座位区域预置实物风格、座位区域大小以及座位区域位置，生成座位模型，确定座位区域；

讲桌区域形成步骤为：提取教室环境中讲桌区域的网格信息、讲桌区域的碰撞信息、讲桌区域的边缘信息以及讲桌区域的顶点信息；根据讲桌区域的网格标识、讲桌区域的碰撞信息、讲桌区域的边缘信息以及讲桌区域的顶点信息，结合用户定义的讲桌区域预置实物形态、讲桌区域预置实物位置、讲桌区域预置实物风格、讲桌区域大小以及讲桌区域位置，生成讲桌模型，确定讲桌区域。

其余均与实施例1相同。

以老师和学生上课需要搭建一个星空主题的教学环境为例，学生为48个，活动区域为游戏区；教学区域包括黑板、课桌和讲桌等实物；其搭建过程如下：

1)该星空主题的教学环境搭建是依据全景视频构建的，首先从预先储存好的资源库中调取星空主题教室环境的全景视频，提取该星空主题教室环境全景视频的视频数据，拆分3D顶点信息、边缘信息，重组三维动态视频，构建星空主题教室三维动态环境；

2)定制化星空主题教室

提取星空主题教室三维动态环境中的游戏区的网格信息、游戏区的碰撞信息、游戏区的边缘信息以及游戏区的顶点信息；根据游戏区的网格标识、游戏区的碰撞信息、游戏区的边缘信息以及游戏区的顶点信息，结合用户自定义的游戏区预置实物的形态、游戏区预置实物的位置、游戏区预置实物的风格、游戏区的大小和游戏区的位置，确定老师和学生的游戏区；

提取星空主题教室三维动态环境中的教学区域的网格信息、教学区域的碰撞信息、教学区域的边缘信息以及教学区域的顶点信息；根据教学区域的网格标识、教学区域的碰撞信息、教学区域的边缘信息以及教学区域的顶点信息，结合用户定义的教学区域的黑板、课桌和讲桌等形态、教学区域的黑板、课桌和讲桌等位置、教学区域的黑板、课桌和讲桌等风格、教学区域大小以及教学区域位置，确定教学区域；

提取星空主题教室三维动态环境中的座位区域的网格信息、座位区域的碰撞信息、座位区域的边缘信息以及座位区域的顶点信息；根据座位区域的网格标识、座位区域的碰撞信息、座位区域的边缘信息以及座位区域的顶点信息，结合用户定义的座位区域的48张课桌和48个椅子形态、座位区域的48张课桌和48个椅子位置、座位区域的48张课桌和48个椅子风格、座位区域大小以及座位区域位置，生成座位模型，确定每位同学的座位区域；

提取星空主题教室三维动态环境中的讲桌区域的网格信息、讲桌区域的碰撞信息、讲桌区域的边缘信息以及讲桌区域的顶点信息；根据讲桌区域的网格标识、讲桌区域的碰撞信息、讲桌区域的边缘信息以及讲桌区域的顶点信息，结合用户定义的讲桌区域的讲桌和老师活动范围形态、讲桌区域的讲桌位置、讲桌区域的讲桌风格、讲桌区域大小以及讲桌区域位置，生成讲桌模型，确定讲桌区域。

3)加密打包：对完成定制化的星空主题教室进行加密，生成秘钥，打包成单一结构的可适配跨平台读取、渲染的加密、打包文件；

4)存储：将加密、打包文件上传至RAID10磁盘整列中，保证文件安全有效，完成面对面虚拟现实星空主题教学环境模型构建。

实施例3

参见图3-4，本实施例远程面对面虚拟现实的教学系统，其包括构建教室环境模块、定制化教室模块、加密打包模块和存储模块；

构建教室环境模块为依据全景图构建模块、依据全景视频构建模块或依据虚拟场景构建模块中的一种：

依据全景图构建模块：用于从资源库中调取全景图或用户自定义全景图，对全景图进行智能扫描分析，提取全景图的纹理信息和顶点信息，根据纹理信息和顶点信息构建教室三维静态环境模块；

依据全景视频构建模块：用于从资源库中调取全景视频或用户自定义全景视频，提取全景视频数据，拆分3D顶点信息、边缘信息，重组三维动态视频，构建教室三维动态环境，模块；

依据虚拟场景构建模块：用于从资源库中调取虚拟场景或用户自定义虚拟场景，构建教室三维静态环境模块或教室三维动态环境模块；

此处的资源库中预先存储有设定好的全景图、全景视频或虚拟场景；

定制化教室模块：用于提取构建教室环境模块中的网格信息、碰撞信息、边缘信息以及顶点信息，根据网格信息提供区域选择的网格标识，根据网格标识、碰撞信息、边缘信息以及顶点信息结合用户自定义的预置实物形态、预置实物位置、预置实物风格、区域大小以及区域位置，确定各个功能区域模块；

加密打包模块：用于对完成定制化的教室进行加密，生成秘钥，打包成单一结构的可适配跨平台读取、渲染的加密、打包文件；

存储模块：用于将加密、打包文件上传至RAID10磁盘整列中，保证文件安全有效，完成面对面虚拟现实教学模型构建。

实施例4

本实施例远程面对面虚拟现实的教学系统，其在实施例3的基础上，具体地功能区域模块包括活动区域模块、教学区域模块、座位区域模块以及讲桌区域模块；

活动区域模块形成步骤为：提取教室环境中活动区域的网格信息、活动区域的碰撞信息、活动区域的边缘信息以及活动区域的顶点信息；根据活动区域的网格标识、活动区域的碰撞信息、活动区域的边缘信息以及活动区域的顶点信息，结合用户定义的活动区域预置实物形态、活动区域预置实物位置、活动区域预置实物风格、活动区域大小以及活动区域位置，确定活动区域模块；

教学区域模块形成步骤为：提取教室环境中教学区域的网格信息、教学区域的碰撞信息、教学区域的边缘信息以及教学区域的顶点信息；根据教学区域的网格标识、教学区域的碰撞信息、教学区域的边缘信息以及教学区域的顶点信息，结合用户定义的教学区域预置实物形态、教学区域预置实物位置、教学区域预置实物风格、教学区域大小以及教学区域位置，确定教学区域模块；

座位区域模块形成步骤为：提取教室环境中座位区域的网格信息、座位区域的碰撞信息、座位区域的边缘信息以及座位区域的顶点信息；根据座位区域的网格标识、座位区域的碰撞信息、座位区域的边缘信息以及座位区域的顶点信息，结合用户定义的座位区域预置实物形态、座位区域预置实物位置、座位区域预置实物风格、座位区域大小以及座位区域位置，生成座位模型，确定座位区域模块；

讲桌区域模块形成步骤为：提取教室环境中讲桌区域的网格信息、讲桌区域的碰撞信息、讲桌区域的边缘信息以及讲桌区域的顶点信息；根据讲桌区域的网格标识、讲桌区域的碰撞信息、讲桌区域的边缘信息以及讲桌区域的顶点信息，结合用户定义的讲桌区域预置实物形态、讲桌区域预置实物位置、讲桌区域预置实物风格、讲桌区域大小以及讲桌区域位置，生成讲桌模型，确定讲桌区域模块。

其余均与实施例3相同。