[发明专利]一种基于虚拟现实的小型实验室

说明书

技术领域

一种基于虚拟现实的小型实验室，属教育领域，尤其涉及一种实验室。

背景技术

传统的实验室，提供的实验设备是固定的，能开展的相关实验活动也是固定的，要完成多种实验，就要不同的实验室，不同的设备，造成占用的资源空间大，采购的实验设备费用高的结果；实验设备不断老化和损坏，更严重的是由于学生的操作不但造成安全事故，同时维修和更换进度跟不上，学生无法正常开展实验活动或达不到实验的效果；仿真式实验室采用数学建模的方法，把相关的实验设备制作成控件，学生只需要在仿真软件上添加相关控件完成相关实验平台的搭建，运行程序后，就能看到实验结果，完成实验；但仿真式实验室缺少了真实性，造成学生对实验设备和实验器材的认识和了解不高，失去了做实验的积极性，同时也缺少了团队合作的机会，实验效果不理想。

发明内容

本发明的目的就是克服传统实验室的上述不足，发明一种占用资源更少、更多元化、更高效和实验教学效果更好的小型实验室。

一种基于虚拟现实系统的小型实验室，包括小型实验室壳体、中央处理控制系统、动作捕捉装置、数据建模系统、虚拟现实设备、数据库、图像分析系统、数据处理系统、人机互动装置、共享互联装置和实验评判系统。

中央处理控制系统、动作捕捉装置、虚拟现实设备、人机互动装置和共享互联装置置于小型实验室壳体内，中央处理控制系统与动作捕捉装置、虚拟现实设备、人机互动装置和共享互联装置相连。

小型实验室壳体，为双层材料，内中空构造，包括门和隔音装置，门为自动门，门缝装有隔音密封圈；隔音装置，在小型实验室壳体填充隔音材料，减小或消除外界声音对实验者产生干扰，以便在放置多个虚拟现实的小型实验室的实验室同时进行不同的实验。

动作捕捉装置，包括摄像头和位移传感器，摄像头捕捉实验者的手部动作图像，并把采集到的图像传输到图像分析系统进行分析，初步推断出实验者要实现的动作，生成特征数据传输到数据处理系统；位移传感器，精确测出实验者手的位移，并把位移数据传输到数据处理系统和生成的特征数据结合进行分析，精确得到实验者要实现的动作。

数据建模系统，根据实验设备或器件的各种参数，建立物理模型，包括实验设备或器件的形状、大小和功能，并与实验设备或器件的数学模型建立匹配。

虚拟现实设备，包括VR眼镜或VR头盔和传感器装置，传感器装置监视头部的动作变化，并把数据同步到数据处理系统进行处理，使实验者的画面能够得到快速修正。

图像分析系统对获得的图像数据进行初步分析，生成特征数据，数据处理系统对由图像分析系统得到的特征数据进一步分析，得到精确的数据。

人机互动装置，根据捕捉到的实验者的动作数据，图像做出同步修正，显示正确的画面，使实验者获得真的在操作眼前看到的实验设备或实验器件的体验感。

共享互联装置，包括WiFi，实验者可以共享自己的WiFi，等待其他实验者的连接，连接成功后，就成功创建一个局域网，同享数据，实验过程中，也能够互相讨论，分工合作，共同完成一个实验。

实验评判系统，包括实验关键步骤操作记录系统、自动分析系统和自动打分系统，实验关键步骤操作记录系统，实时记录实验者在实验操作过程中的每一步关键步骤操作，自动分析系统，根据得到的记录数据进行分析判断，得到实验者进行本次实验所存在的问题和发现实验者在完成本次实验中的创新点，自动打分系统，根据分析得到的数据对本次实验者进行的实验操作进行打分。

本发明基于虚拟现实的小型实验室，占用资源更少、更多元化、更高效和实验教学效果更好。

附图说明

图1是本发明一种基于虚拟现实的小型实验室的正视图示意图；图2是本发明基于虚拟现实的小型实验的系统结构框图示意图；图3是本发明基于虚拟现实的小型实验室的多个基于虚拟现实的小型实验室互联共享的示意图。

图中，1-小型实验室壳体，2-门，3-隔音装置，4-中央处理控制系统，5-数据库，6-虚拟现实设备，7-动作捕捉装置，8-图像分析系统，9-数据处理系统，10-人机互动装置，11-数据建模系统，12-实验评判系统，13-共享互联装置。

具体实施方式

现结合附图1~3对本发明加以具体说明：一种基于虚拟现实的小型实验室，包括小型实验室壳体1、中央处理控制系统4、动作捕捉装置7、数据建模系统11、虚拟现实设备6、数据库5、图像分析系统8、数据处理系统9、人机互动装置10、共享互联装置13和实验评判系统12。