一种VR教育培训系统及其运行方法
技术领域
本发明涉及VR教育技术领域，尤其涉及一种VR教育培训系统及其运行方法。
背景技术
随着我国经济的不断发展，对教育的重视程度也越来越高，但是在现实教育中，教育往往局限于场地、教学器材以及师生上课时间等客观因素，使学生、老师甚至家长奔波于家庭和学校之间，并不能很好地合理规划彼此的时间，合理利用教学资源，特别是在进行实验教学时，因为实验场地和实验器材的局限性，很难让所有学生都能够完整的体验实验过程。
因此，现有技术还有待于改进。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种VR教育培训系统及其运行方法，旨在解决现有传统教学方法实验场地和实验器材存在局限性，难以满足让所有学生都能够体验实验过程的技术问题。
本发明的技术方案如下：
一种VR教育培训系统，其中，包括外围设备和电脑终端，所述外围设备包括VR眼镜、VR手柄、定位器和定位基站；所述VR手柄、所述定位器和所述定位基站均与所述VR眼镜通讯连接，所述电脑终端内置有投屏软件的服务端，教育培训软件平台和显卡，所述VR眼镜和所述电脑终端之间有线或无线连接。
所述的VR教育培训系统，其中，当所述VR眼镜和所述电脑终端之间有线连接时，所述电脑终端与所述VR眼镜之间通过VR计算机数据线连接。
所述的VR教育培训系统，其中，所述VR计算机数据线与所述VR眼镜之间通过Type-C接口相连.
所述的VR教育培训系统，其中，所述VR计算机数据线与所述电脑终端之间通过USBA接口、USB B接口和DisportPlay接口相连。
所述的VR教育培训系统，其中，当所述VR眼镜和所述电脑终端之间无线连接时，所述VR眼镜连接有无线收发器，所述电脑终端连接有路由器，所述电脑终端和所述VR眼镜之间通过所述路由器和所述无线收发器相连。
所述的VR教育培训系统，其中，所述路由器和所述电脑终端之间通过CAT6A S/FTP网线连接。
所述的VR教育培训系统，其中，所述路由器与所述无线收发器之间通过5GWiFi频段相连。
所述的VR教育培训系统，其中，所述定位基站均与所述VR眼镜之间无线通讯连接。
所述的VR教育培训系统，其中，所述VR手柄与所述VR眼镜之间无线通讯连接。
一种VR教育培训系统的运行方法，其中，包括步骤：
通过定位基站采集周围环境信息并传输到VR眼镜，确定场景的空间方位；
利用定位器确定用户在相对于定位基站采集到空间方位信息的相对位置信息，之后定位器将采集到相对位置信息反馈到VR眼镜内部处理器上，用以确认用户的空间信息；
手柄实时记录用户交互的数据，并将用户交互的数据传递到VR眼镜内部处理器，VR眼镜内部处理器处理后再传输到电脑终端；
电脑终端接收用户交互的数据数据后经由教育培训平台处理再传输到显卡，之后再反馈到投屏软件的服务端，最后传输回VR眼镜。
有益效果：本发明提供了一种VR教育培训系统及其运行方法，其中，所述VR教育培训系统包括外围设备和电脑终端，所述外围设备包括VR眼镜、VR手柄、定位器和定位基站；所述VR手柄、所述定位器和所述定位基站均与所述VR眼镜通讯连接，所述电脑终端内置有投屏软件的服务端，教育培训软件平台和显卡，所述VR眼镜和所述电脑终端之间有线或无线连接。本发明的VR教育培训系统采用了VR眼镜和VR手柄来模拟实际教学场景，解除了场地和实验器材的限制，能够实现多人网络联机交互功能的沉浸式VR教育培训，技术方案投入低，可靠性高，具有良好的市场前景。
附图说明
图1为本发明的一种VR教育培训系统的结构示意图；
图2为本发明的另一种VR教育培训系统的结构示意图；
图3为本发明一种VR教育培训系统的运行方法的流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种VR教育培训系统及其运行方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
当今教育的培训模式主要有传统的线下面对面教学和线上视频教学两种教学模式，而这两种模式都各自存在着不可避免的问题。
在传统面授教学模式中，教师在讲台黑板上讲解或者借助多媒体课件在投影幕前，并辅以黑板板书，学生在座位上听讲然后进行课后练习巩固。它的主要由教师主导，教师依教学进度，把课本内容依序讲解给全班学生听：学生则经由上课专心听讲、练习和课后的复习来掌握课本与教师所讲授的知识内容。
传统教学以“传递—接受”为特征，它主要有以下几个特点：教师是知识的传授者，是整个教学过程的主宰；学生是知识的传授对象，是外部刺激的被动接受者；教材是学生的唯一学习内容，是学生知识的主要来源；学生除了教材之外，便没有自主学习的能力。
该传统教学方法存在的问题：以教定学。一定程度上忽视了学生作为学习主体的存在；以本为本。忠实地执行教材，教材上怎么写，教师就怎么讲，使教材成为禁锢学生自由创造、大胆创新的枷锁；投入成本高。对于教育主体来讲，意味着更多人、物、财力的投入。
视频教学方法，一般是由教师提前录制课程内容，教师将要传授给学生的知识、技能等内容制作成视频形式，进行现代化多媒体教学；或者借助互联网计算机技术将视频内容以串流媒体的形式存于因特网之上，可被电脑接收与播放进行教学，由学生自己选择观看。虽然相比传统的教育方式仍显不够完善，但大量的机构进入这个领域，推动着视频教育的不断完善和发展，以至于出现了网络直播授课，如：钉钉、腾讯会议等形式。
相比于传统教学，视频教学除了是对于传统教学形式补充和完善，其存在的问题：制作课件繁复。制作视频教学课件不仅要求教师有较强的计算机操作能力，而且要求教师有充足的时间和充沛的精力，去花费大量的时间和精力去制作课件，而取得的教学效果与传统教学基本一样。形式多于内容。教师在制作课件时，一味的为了追求感官刺激以此来吸引学生注意力就不得不用大量形式来撑起视频教学内容。这样一节课下来，学生只顾觉得好奇了，而忘记了上课的内容，结果造成本末倒置、喧宾夺主，学生对于本节课的知识内容几乎没有什么印象，教学效果无从谈起。真实感和交互性差。视频教学多是提前录制，课程形式已经固定，且不可逆，真实感差，导致学生只能被迫接受，不能及时做出反馈，交互性差。
为了解决传统教学所存在的上述技术问题，参见图1和图2，本发明提供了一种VR教育培训系统，包括外围设备和电脑终端，所述外围设备包括VR眼镜、VR手柄、定位器和定位基站；所述VR手柄、所述定位器和所述定位基站均与所述VR眼镜通讯连接，所述电脑终端内置有投屏软件的服务端，教育培训软件平台和显卡；所述VR眼镜和所述电脑终端之间有线或无线连接。
从理论上来讲，VR(虚拟现实技术)是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，使用户沉浸到该环境中。虚拟现实技术就是利用现实生活中的数据，通过计算机技术产生的电子信号，将其与各种输出设备结合使其转化为能够让人们感受到的现象，这些现象可以是现实中真真切切的物体，也可以是我们肉眼所看不到的物质，通过三维模型表现出来，本发明的VR教育培训系统采用了VR眼镜和VR手柄来模拟实际教学场景，解除了场地和实验器材的限制，能够实现多人网络联机交互功能的沉浸式VR教育培训，技术方案投入低，可靠性高，具有良好的市场前景。
参见图1，在一种具体的实施方式中，当所述VR眼镜和所述电脑终端之间有线连接时，所述电脑终端与所述VR眼镜之间通过VR计算机数据线连接。
有线连接的配置具体如下：VR眼镜、VR手柄、VR计算机数据线、符合配置要求的电脑终端、定位基站和定位器，方式：VR眼镜通过VR计算机数据线与电脑终端连接；软件运行环境：Microsoft Windows 10操作系统；硬件环境：处理器：i7-8700六核3.2GHz三级缓存12MB；显卡：Nvidia GTX1080；硬盘：1TB SATA-7200；内存：16GB DDR6 NON-ECC；视频输出：DisplayPort 1.2或以上；USB端口：2个USB-A 3.0或以上。
参见图1，在一种具体的实施方式中，所述VR计算机数据线与所述VR眼镜之间通过Type-C接口相连。type-C接口与VR眼镜线控连接，用以传输VR眼镜汇集而来的位置信息用户使用交互数据。
参见图1，在一种具体的实施方式中，所述VR计算机数据线与所述电脑终端之间通过USB A接口、USB B接口和DisportPlay接口相连。两个USB接口用以分流传输位置信息和用户交互数据，DisplayPort接口用以传输电脑终端反馈回VR眼镜的影像信息，形成动态实时的画面交互更新。
参见图2，在一种具体的实施方式中，当所述VR眼镜和所述电脑终端之间无线连接时，所述VR眼镜连接有无线收发器，所述电脑终端连接有路由器，所述电脑终端和所述VR眼镜之间通过所述路由器和所述无线收发器相连。本发明技术方案为了解决传统VR交互设备依赖有线连接、无法随身携带和自由移动的缺陷，本发明的VR教育培训系统还包括无线连接模式，同时还保留了有线连接模式，用户可以根据需要进行模式的切换，让不同场景下，都可以轻松使用。
无线连接的具体配置如下：VR眼镜、VR手柄、无线收发器、电脑终端、定位基站和定位器，方式：VR眼镜发出无线信号，由无线收发器接收，并发出无线信号再由路由器的5GWiFi频段与电脑实现连接；电脑终端的软件运行环境可以为Microsoft Windows 10操作系统，硬件环境包括：处理器：i7-8700六核3.2GHz三级缓存12MB；显卡：Nvidia GTX1080；硬盘：1TB SATA-7200；内存：16GB DDR6 NON-ECC；无线收发器：带有标准5GWiFi频段信号输入输出功能。
参见图2，在一种具体的实施方式中，所述路由器和所述电脑终端之间通过CAT6AS/FTP网线连接。CAT6A S/FTP网线为双屏蔽双绞线，是5G网络用线，5G网络对于传输速度要求是万兆网络，六类网线是千兆，接口速度不够，传输频率为250MHZ，很难满足5G传输容量大的要求，而超六类网线为万兆，传输频率为500MHZ，传输速度和容量都能满足5G要求，虽然七类和超七类也符合要求，但是考虑到成本因素，CAT6A是最佳选择，又相较于光纤成本具有明显优势。
在一种具体的实施方式中，所述路由器与所述无线收发器之间通过5GWiFi频段相连。本发明的发明构思是在当今教育的培训模式的不足和缺陷，基于在5G、AI和大数据的基础上，创造性的对于其出现问题在虚拟现实技术和沉浸式虚拟现实技术找到契合点和解决方案。
在一种具体的实施方式中，所述教育培训软件平台包括Open VR、VR教育和教育引擎。一种情况下，教育培训软件平台可以直接采用现有的Steam软件平台。
在一种具体的实施方式中，所述定位基站均与所述VR眼镜之间无线通讯连接。
在一种具体的实施方式中，所述VR手柄与所述VR眼镜之间无线通讯连接。
此外，参见图3，本发明还提供了一种VR教育培训系统的运行方法，包括步骤：
S100、通过定位基站采集周围环境信息并传输到VR眼镜，确定场景的空间方位；
S200、利用定位器确定用户在相对于定位基站采集到空间方位信息的相对位置信息，之后定位器将采集到相对位置信息反馈到VR眼镜内部处理器上，用以确认用户的空间信息；
S300、手柄实时记录用户交互的数据，并将用户交互的数据传递到VR眼镜内部处理器，VR眼镜内部处理器处理后再传输到电脑终端；
S400、电脑终端接收用户交互的数据数据后经由教育培训平台处理再传输到显卡，之后再反馈到投屏软件的服务端，最后传输回VR眼镜。
实施例：以中草药野外采集的仿真教学为例
教育场景要求：在占地面积20平方米的空间(最大可达100平方米)，在周身5平方米内无阻挡物；定位基站：把人所处在的环境通过红外线扫描转换为数字信息，确定XYZ空间轴，用以确定空间方位；定位器：跟踪虚拟主体，记录主体的位置变化信息。
在无线模式下，外围设备还包括VR眼镜、VR手柄、无线收发器、定位基站和定位器等。
用户进入虚拟的中草药野外采集场景系统中，系统会先通过定位基站的激光定位采集周围环境信息发出无线信号到VR眼镜确定整个场景的空间方位，和用定位器确定使用者在相对于定位基站采集到空间信息的相对位置信息，定位器再将采集到相对位置信息通过无线信号反馈到VR眼镜内部处理器上，用以确认使用者的空间信息；
用户使用VR手柄弯下腰采集中草药，手柄会实时记录用户交互的数据，数据会通过无线信号传递到VR眼镜内部处理器，再发出无线信号到无线收发器，无线收发器发出5GWiFi频段，再由路由器接收中转，通过CAT6A S/FTP网线与电脑终端实现连接；
电脑终端将接收到的数据经由教育培训平台的Open VR、VR教育和教育引擎处理传输到Nvidia GTX1080显卡再反馈到Server驱动，再以投屏软件的服务端呈现出来影像数据，后再由双向传输和路由器发出5GWiFi频段反馈到用户使用的VR眼镜上，用户就可以看到弯下腰采集中草药的情形。
在有线模式下，外围设备包括VR眼镜、VR手柄、符合的手机型号、定位基站和定位器等。
用户进入默认的中草药野外采集场景系统中，系统会先通过定位基站的激光定位采集周围环境信息发出无线信号到VR眼镜确定整个场景的空间方位，和用定位器确定使用者在相对于定位基站采集到空间信息的相对位置信息，定位器再将采集到相对位置信息通过无线信号反馈到VR眼镜内部处理器上，用以确认使用者的空间信息；
用户使用VR手柄弯下腰采集中草药，手柄会实时记录用户交互的数据，数据会通过无线信号传递到VR眼镜内部处理器，再由VR计算机数据线控连接，将两个USB接口及DisplayPort接口分别与电脑终端连接，type-C接口与VR眼镜线控连接；
电脑终端将接收到的数据经由教育培训平台的Open VR、VR教育和教育引擎处理传输到Nvidia GTX1080显卡再反馈到Server驱动，再以投屏软件的服务端呈现出来影像数据，后再由双向传输和路由器发出5GWiFi频段反馈到用户使用的VR眼镜上，用户就可以看到弯下腰采集中草药的情形。
综上所述，本发明提供了一种VR教育培训系统及其运行方法，其中，所述VR教育培训系统包括外围设备和电脑终端，所述外围设备包括VR眼镜、VR手柄、定位器和定位基站；所述VR手柄、所述定位器和所述定位基站均与所述VR眼镜通讯连接，所述电脑终端内置有投屏软件的服务端，教育培训软件平台和显卡，所述VR眼镜和所述电脑终端之间有线或无线连接。本发明的VR教育培训系统采用了VR眼镜和VR手柄来模拟实际教学场景，解除了场地和实验器材的限制，能够实现多人网络联机交互功能的沉浸式VR教育培训，技术方案投入低，可靠性高，具有良好的市场前景。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
