[发明专利]一种具有增强现实功能化工厂的教学参观设备

说明书

本发明公开了一种具有增强现实功能的化工厂教学参观设备。该设备由移动小车、上位机以及增强现实头盔组成，移动小车按照特定的轨迹在工厂内行走，其上部安装相机，代替人眼观察工厂内场景，将采集的数据传输到上位机，在上位机中利用增强现实技术，将虚拟的文字信息以及各个设备的三维模型叠加到真实的工厂场景数据中，增强现实头盔接收来自上位机的虚实混合场景数据，通过佩戴增强现实头盔模拟一种在工厂内行走的沉浸式体验。本发明采用增强现实技术，模拟一种在工厂内行走的真三维沉浸式体验，学生在获得真实体验的同时避免在工厂内真实参观的各种危险情况。

技术领域

本发明涉及一种具有增强现实功能化工厂的教学参观设备,它是一种具有增强现实沉浸式体验以及远程学习操作的教学参观设备。

背景技术

目前各工科院校对于化工专业等课程的教学，大部分只是以简单的图文形式来进行教学，这种教学模式枯燥乏味，不能激发学生的学习兴趣，使学习这些课程的学生对化工生产过程没有全面、直观的认识，不了解各个大型设备的运行原理以及内部结构，毕业生缺乏相应的专业技能，难以满足企业对于人才的需求。虽然部分大学在图文教学的同时，组织学生去工厂实地参观，但是参观时间短，不能对整个生产过程进行了解，而且化工生产过程危险系数高，难以保障学生的人身安全。另外，大批学生的参观间接影响工厂的生产效率。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足之处，提供一种具有增强现实功能的化工厂教学参观设备。该设备由移动小车、上位机以及增强现实头盔组成，移动小车按照特定的轨迹在工厂内行走，其上部安装摄像机，代替人眼观察工厂内场景，将采集的数据传输到上位机，在上位机中利用增强现实技术，将虚拟的文字信息以及各个设备的三维模型叠加到真实的工厂场景数据中，增强现实头盔接收来自上位机的虚实混合场景数据，通过佩戴增强现实头盔模拟一种在工厂内行走的沉浸式体验。

为了解决上述存在的技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种具有增强现实功能的化工厂教学参观设备，该设备由移动小车、上位机以及增强现实头盔组成；所述移动小车上安装有摄像机用于采集工厂内场景数据，通过无线网络传输到所述上位机，所述上位机采用增强现实技术将虚拟信息叠加到工厂内的真实场景数据中，再传输到所述增强现实头盔中，所述增强现实头盔能够使佩戴者模拟一种在工厂内行走的真三维沉浸式体验，并通过叠加到场景中的虚拟信息能够进一步学习工厂内各个设备的运行状态以及内部构造；所述无线网络由ZigBee搭建，覆盖整个工厂范围。

所述移动小车是由STM32单片机控制驱动小车电机，按照设定的轨迹在工厂内移动，通过所述上位机控制所述移动小车的移动和停止；所述移动小车上的摄像机通过所述上位机控制其转动角度，以不同的视角采集工厂内场景数据；所述移动小车将采集的工厂内场景数据通过无线网络实时地传输到上位机。

所述上位机包括第一上位机和第二上位机，第一上位机位于所述移动小车上，用于接收所述移动小车采集的实时视频数据；第二上位机位于增强现实头盔上，第一上位机和第二上位机之间利用云服务器进行数据传输以及命令传递，并能够实现远程操控；第二上位机在接收到工厂内的实时数据之后，通过识别工厂内设备上的标识物，对各个设备进行识别定位，利用三维注册技术将虚拟信息叠加到真实的设备周围，得到增强现实的虚实混合数据，并且通过无线网络传输到所述增强现实头盔；所述移动小车的移动和停止、所述摄像机转动角度以及所述增强现实头盔中虚拟信息的显示，均通过第二上位机操控；所述虚拟信息包括工厂设备的文字介绍，以及设备的三维模型；所述三维模型是根据工厂设备内部的真实结构进行建模，能够模拟该设备的运行状态，并能够对三维模型进行一键拆解，直观展现其内部结构。

所述增强现实头盔通过无线网络从第二上位机接收经过叠加混合的工厂内场景数据，将其投影到头盔前方的镜片中。学员通过佩戴增强现实头盔模拟一种在工厂内行走的真三维沉浸式体验，并通过叠加的虚拟信息，如设备的三维模型进一步学习工厂内各个设备的运行状态以及内部构造。