一种基于AR技术的交互式网课系统
技术领域
本发明属于AR技术领域，具体涉及一种基于AR技术的交互式网课系统，更具体涉及一种基于AR技术的交互式网课系统以及操作方法。
背景技术
网络课程就是通过网络表现的某门学科的教学内容及实施的教学活动的总和，是信息时代条件下课程新的表现形式，网络课程按一定的教学目标、教学策略组织起来的教学内容和网络教学支撑环境。
随着社会的发展，网络课程变得越来越普及，然而现有的网课系统仍有许多不成熟之处，现有的网课一般由教师将预先录制完成的课程文件播放，学生通过网络客户端进行观看，或者由教师视频授课，学生能够网络客户端观看教师的直播；这两种网课系统都无法保证学生端的学习状态，教师和学生无法实现实时问答，不便于教师掌握学生的学习进度，且现有的网课系统由教师从电脑端授课，不便于教师通过黑板书写将知识点传输给学生，同时现有的网课系统的授课形式不够直观，学生在听课过程中需要用到手机或者电脑，容易导致学生的专注度不够，学习效率很低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于AR技术的交互式网课系统，以解决上述背景技术中提出现有的网课系统都无法保证学生端的学习状态，教师和学生无法实现实时问答，不便于教师掌握学生的学习进度，且现有的网课系统由教师从电脑端授课，不便于教师通过黑板书写将知识点传输给学生，同时现有的网课系统的授课形式不够直观，学生在听课过程中需要用到手机或者电脑，容易导致学生的专注度不够，学习效率很低的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种基于AR技术的交互式网课系统，包括AR头显和电脑，所述AR头显的前端活动安装有显示屏，所述显示屏的后端固定安装有边带，所述显示屏的后方位于边带上安装有立体摄像头，所述边带的内侧活动固定安装有扬声器，所述边带的后端活动安装有调节套，所述边带的下方活动连接有麦克风，所述显示屏的左侧活动安装有卡扣，所述卡扣的上方位于显示屏的底面固定安装有滑轮，所述边带上开设有滑槽，所述边带上位于滑槽的左侧开设有限位槽，所述电脑的底部固定安装有办公桌，所述办公桌的上表面左侧活动安装有数字交换机，所述办公桌的上表面位于电脑的前方活动安装有同步工作器，所述同步工作器的前方活动安装有操作键盘，所述操作键盘的前方活动安装有录音机，所述录音机的右侧活动安装有手写板，所述手写板的上方活动安装有手写笔，所述数字交换机上活动安装有动作捕捉镜头，所述动作捕捉镜头的前表面中间位置处固定安装有数字摄像头，所述动作数字摄像头的周围固定安装有红外摄像头，所述动作捕捉镜头的后端固定安装有固定端口，所述数字交换机上位于动作捕捉镜头的后方开设有十字卡槽，所述立体摄像头、显示屏、麦克风、扬声器、同步工作器、手写板、录音机、数字交换机、电脑均与外部电源电性连接。
作为本发明的进一步方案，所述滑轮设置有两组，所述两组滑轮分别固定安装在显示屏的底面左右两端，所述卡扣设置有两组，所述两组卡扣对称安装在显示屏的左右两侧，所述滑槽开设有两组，所述两组滑槽对应分布在两组滑轮的下方，所述限位槽开设有两组，所述两组限位槽对应分布在两组卡扣的下方。
作为本发明的进一步方案，所述显示屏通过滑轮与滑槽的相互配合与边带滑动连接，所述卡扣与限位槽卡合连接。
作为本发明的进一步方案，所述扬声器设置有两组，所述两组扬声器对称分布在边带上，所述扬声器对应安装在用户人耳位置处。
作为本发明的进一步方案，所述立体摄像头共设置有四组，所述AR头显内部安装有无线网卡。
作为本发明的进一步方案，所述数字交换机设置有两组，所述两组数字交换机活动安装在办公桌的上表面左右两侧，所述每组数字交换机上活动安装有四组动作捕捉镜头。
作为本发明的进一步方案，所述红外摄像头设置有若干组，所述固定端口与十字卡槽活动连接。
作为本发明的进一步方案，所述动作捕捉镜头与数字交换机通过Camera Link线缆连接，所述数字交换机与同步工作器通过同步信号线连接，所述同步工作器与电脑通过网络线缆连接。
作为本发明的进一步方案，所述录音机与同步工作器通过同步信号线连接。
一种基于AR技术的交互式网课系统，该网课系统具体包括以下步骤：
步骤一：教师打开同步工作器、手写板、录音机、数字交换机和电脑，开始授课，数字摄像头捕捉教师教学视频影像，若干组红外摄像头捕捉定位教师的动作，数字摄像头和红外摄像头的相互配合实现对教师的视频实时采集和跟踪，八组动作捕捉镜头从不同角度捕捉教师的视频影像，动作捕捉镜头跟踪、采集的视频文件通过Camera Link线缆高速传输到数字交换机，两组数字交换机将视频文件通过同步信号线实时传输给同步工作器，同时录音机采集教师授课的音频文件，然后录音机将采集的音频文件通过同步信号线传输到同步工作器，同步工作器将两组数字交换机传输的视频文件以及录音机传输的音频文件同步整合，然后同步工作器将同步后的音视频文件传输给电脑；
步骤二：电脑上的虚拟场景生成模块生成虚拟课堂场景，虚拟场景生成模块将手写板内容生成虚拟黑板，教师在手写板书写，虚拟黑板立即生成书写内容，同时虚拟场景生成模块根据采集到的教师授课音视频文件实时创建教师授课影像和声音，UI模块将虚拟场景生成模块生成的虚拟场景智能转化为适合学生观看体验的虚拟课堂；
步骤三：学生带上AR头显，打开开关，通过AR头显上的无线网卡连接到网络，进入虚拟课堂，四组立体摄像头将生成的虚拟课堂影像投影到显示屏上，同时扬声器将虚拟课堂的音频文件实时播放，学生通过AR头显完成课程的接收。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
教师通过录音机能够直接与学生对话，教师提出问题，学生通过AR头显实时接收到问题，并通过AR头显上的麦克风实时回答教师提出的问题，解决了现有网课系统师生难以互动的难题，方便教师通过本网课系统和学生实时问答，便于教师掌握学生的学习进度，督促学生努力学习，提高了学生的网课学习效率；
本网课系统将教师的实时授课影像、声音投影、传输到学生眼前、耳边，学生如同在现实课堂学习教师的课程，本网课系统的学习过程更直观，更具有课堂气氛，同时本网课系统将手写板模拟成虚拟黑板，教师可通过手写板将知识点通过视觉直观的呈现在学生眼前，便于教师完成授课内容，提高了学生的学习效率；
学生通过AR头显接收课程内容，在学习过程中，使得学生远离手机、电脑等诱惑源，使得学生在学习过程中只接收到课程信息，避免学生受到外界不良信息的干扰，提高了学生的学习专注度，提高了学生的学习效果。
附图说明
图1为本发明的系统步骤示意图；
图2为本发明的AR头显结构示意图；
图3为本发明的显示屏结构示意图；
图4为本发明的教师端输出设备示意图；
图5为本发明的数字交换机结构示意图；
图6为本发明的网课输出系统示意图；
图7为本发明的网课接收系统示意图；
图中：1-AR头显、2-调节套、3-边带、4-立体摄像头、5-显示屏、6-麦克风、7-扬声器、8-滑槽、9-限位槽、10-卡扣、11-滑轮、12-同步工作器、13-手写笔、14-手写板、15-办公桌、16-录音机、17-数字交换机、18-电脑、19-数字摄像头、20-红外摄像头、21-动作捕捉镜头、22-固定端口、23-十字卡槽。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图7，本发明提供一种基于AR技术的交互式网课系统，包括AR头显1和电脑18，AR头显1的前端活动安装有显示屏5，显示屏5的后端固定安装有边带3，显示屏5的后方位于边带3上安装有立体摄像头4，边带3的内侧活动固定安装有扬声器7，边带3的后端活动安装有调节套2，边带3的下方活动连接有麦克风6，显示屏5的左侧活动安装有卡扣10，卡扣10的上方位于显示屏5的底面固定安装有滑轮11，边带3上开设有滑槽8，边带3上位于滑槽8的左侧开设有限位槽9，电脑18的底部固定安装有办公桌15，办公桌15的上表面左侧活动安装有数字交换机17，办公桌15的上表面位于电脑18的前方活动安装有同步工作器12，同步工作器12的前方活动安装有操作键盘，操作键盘的前方活动安装有录音机16，录音机16的右侧活动安装有手写板14，手写板14的上方活动安装有手写笔13，数字交换机17上活动安装有动作捕捉镜头21，动作捕捉镜头21的前表面中间位置处固定安装有数字摄像头19，动作数字摄像头的周围固定安装有红外摄像头20，动作捕捉镜头21的后端固定安装有固定端口22，数字交换机17上位于动作捕捉镜头21的后方开设有十字卡槽23，立体摄像头4、显示屏5、麦克风6、扬声器7、同步工作器12、手写板14、录音机16、数字交换机17、电脑18均与外部电源电性连接；
滑轮11设置有两组，所述两组滑轮11分别固定安装在显示屏5的底面左右两端，卡扣10设置有两组，两组卡扣10对称安装在显示屏5的左右两侧，滑槽8开设有两组，两组滑槽8对应分布在两组滑轮11的下方，限位槽9开设有两组，两组限位槽9对应分布在两组卡扣10的下方；显示屏5通过滑轮11与滑槽8的相互配合与边带3滑动连接，卡扣10与限位槽9卡合连接；扬声器7设置有两组，两组扬声器7对称分布在边带3上，扬声器7对应安装在用户人耳位置处；立体摄像头4共设置有四组，AR头显1内部安装有无线网卡；数字交换机17设置有两组，两组数字交换机17活动安装在办公桌15的上表面左右两侧，每组数字交换机17上活动安装有四组动作捕捉镜头21；红外摄像头20设置有若干组，固定端口22与十字卡槽23活动连接；动作捕捉镜头21与数字交换机17通过Camera Link线缆连接，数字交换机17与同步工作器12通过同步信号线连接，同步工作器12与电脑通过网络线缆连接；录音机16与同步工作器12通过同步信号线连接。
一种基于AR技术的交互式网课系统，该网课系统具体包括以下步骤：
步骤一：教师打开同步工作器12、手写板14、录音机16、数字交换机17和电脑18，开始授课，数字摄像头19捕捉教师教学视频影像，若干组红外摄像头20捕捉定位教师的动作，数字摄像头19和红外摄像头20的相互配合实现对教师的视频实时采集和跟踪，八组动作捕捉镜头21从不同角度捕捉教师的视频影像，动作捕捉镜头21跟踪、采集的视频文件通过CameraLink线缆高速传输到数字交换机17，两组数字交换机17将视频文件通过同步信号线实时传输给同步工作器12，同时录音机16采集教师授课的音频文件，然后录音机16将采集的音频文件通过同步信号线传输到同步工作器12，同步工作器12将两组数字交换机17传输的视频文件以及录音机16传输的音频文件同步整合，然后同步工作器12将同步后的音视频文件传输给电脑10；
步骤二：电脑10上的虚拟场景生成模块生成虚拟课堂场景，虚拟场景生成模块将手写板14内容生成虚拟黑板，教师在手写板14书写，虚拟黑板立即生成书写内容，同时虚拟场景生成模块根据采集到的教师授课音视频文件实时创建教师授课影像和声音，UI模块将虚拟场景生成模块生成的虚拟场景智能转化为适合学生观看体验的虚拟课堂；
步骤三：学生带上AR头显1，打开开关，通过AR头显1上的无线网卡连接到网络，进入虚拟课堂，四组立体摄像头4将生成的虚拟课堂影像投影到显示屏5上，同时扬声器7将虚拟课堂的音频文件实时播放，学生通过AR头显1完成课程的接收。
本发明通过设置，教师授课时，先打开同步工作器12、手写板14、录音机16、数字交换机17和电脑18，教师将数字交换机17摆放好，开始授课，数字摄像头19捕捉教师教学视频影像，若干组红外摄像头20捕捉定位教师的动作，数字摄像头19和红外摄像头20的相互配合实现对教师的视频实时采集和跟踪，八组动作捕捉镜头21从不同角度捕捉教师的视频影像，便于将教师的授课情景实时高精度的采集和跟踪，采集的视频文件通过Camera Link线缆高速传输到数字交换机17，数字交换机17将视频文件通过同步信号线传输到同步工作器12，同时录音机16将采集的音频文件通过同步信号线传输到同步工作器12，Camera Link线缆能够使得传输过程高速、稳定，同步信号线以及同步工作器12保证采集的音视频文件音画同步，使得网课的授课效果更良好，虚拟场景生成模块根据采集到的音视频文件模拟生成虚拟课堂，虚拟场景生成模块将手写板14内容生成虚拟黑板，学生在学习过程如同在现实课堂中上课，更具有课程气氛，便于教师完成授课内容，提高了课程的展示效果，提高了学生的学习效率，学生通过AR头显1接收虚拟场景生成模块生成的虚拟课堂，AR头显1上的立体摄像头4将虚拟课堂的影像投影到显示屏5上，AR头显1上的扬声器7将虚拟课堂的音频文件实时播放，使得学生在网课学习过程中只接收到课程信息，AR头显1将外界的干扰信息隔绝，提高了学生的学习专注度，提高了学生的学习效率，学生还可通过AR头显1上的麦克风6实时和教师互动，回答教师的提问，解决了现有网课系统师生互动性不足的问题，便于教师掌握和监督学生的学习进度，提高学生的学习效果。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“坚直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，“第一”、“第二”术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
