[发明专利]利用虚拟现实技术的教育教学信息处理系统及其教学方法

说明书

本发明属于智能教学技术领域，公开了一种利用虚拟现实技术的教育教学信息处理系统及其教学方法，包括：将教育教学系统布置在教室中；通过实时三维建模系统对教师所在区域进行图像采集获得教师的实时三维模型数据；结合讲课内容所对应的虚拟现实场景数据，实时地将教师的三维虚拟形象呈现在虚拟现实的教学内容中；学生通过虚拟现实显示设备观看虚拟现实教学场景，可同时观看虚拟现实教学内容和教师的实时三维虚拟形象，实现与虚拟现实场景中的相应对象进行互动操作，通过教师在虚拟场景中的讲解，让学生体会到无法在现实世界中观看和体验的内容，达到身临其境的教学效果。

技术领域

本发明属于智能教学技术领域，尤其涉及一种利用虚拟现实技术的教育教学信息处理系统及其教学方法

背景技术

目前，课堂教育采用的多媒体教学仅限于利用电脑进行课件PPT和其他多媒体内容的播放，内容和形式都无法满足现代化教学的要求。课件PPT和多媒体资料在现有技术手段下的呈现形式一般为荧幕投影或者显示器显示，对三维展示效果的支持不够，在展示效果方面具有很大的局限性，对课堂教学效果的实现具有较大不利影响。现有技术手段对多媒体教学内容的支持和展示手段有限，无法提供沉浸式和全景的展示效果，对教学效果影响较大。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有技术手段对教学内容的呈现形式为荧幕投影或者显示器显示，由于受到荧幕和显示器的尺寸限制，学生无法得到沉浸式的观看体验，学生的主观意识通常在学习内容之外，学习效率低。本方案所提出的，在学生端采用虚拟现实显示单元和互动单元可以提供完全沉浸式的三维展示效果，让学生从视觉和互动上身处教学内容的场景之中，极大的提高了学生在学习过程中的代入感，较好的解决了学生学习注意力不集中的情况。

(2)现有技术手段对教学内容的呈现通常为二维平面展示，无法通过荧幕和显示器进行逼真的三维场景展示，难于创建形象逼真的三维教学内容。在本方案中采用了虚拟现实展示技术，通过现有的虚拟现实工具平台所制作的教学内容，其视觉效果与教学内容所需要的实景效果一致，解决了现有技术在展示效果方面的问题。

(3)现有展示技术对微观场景和尺寸极大的场景的展示存在困难,本方案中采用虚拟现实技术构建需要展示的教学内容场景，理论上不受尺度的限制。

(4)现有展示技术对多媒体教学内容只有播放展示功能，在教学过程中不能实现对教学内容场景尺度的调整，本方案中采用的虚拟现实展示技术可以随时调整当前展示场景的尺度，实现实时地放大缩小，彻底解决现有技术手段中对多媒体内容展示尺度灵活性方面的限制。

(5)由于现有展示手段的限制，教学过程中每个学生所观看的内容都是完全一样的，学生无法根据自己的学习需要调整展示内容和三维场景中的观看角度。本方案中，每个学生在虚拟教学内容场景中的观看角度支持自由变换，学生在学习过程中可以自主调整。

(6)采用现有技术手段的教学过程中，教师和多媒体教学内容是两个独立的教学主体，教师与多媒体内容的结合通常是语言讲解，这种结合方式非常单一，教师与多媒体内容之间没有互动，教学效果不好。本方案中，实时三维建模系统可以实时地生成课堂上教师的三维模型，通过虚拟现实技术手段，将教师的三维模型与教学内容相融合，教师身处于教学内容之中为学生进行授课讲解，解决了教师于教学内容的互动难题。

(7)采用现有技术手段的教学过程中，学生通过多媒体教学系统观看教学内容的演示和讲解，对于学生而言，参与教学过程的方式是被动的听讲，无法与教学内容内容实现直接互动。本方案中采用虚拟现实互动技术，学生在虚拟现实的教学内容场景中，通过虚拟现实互动设备可以与场景中的学习对象进行互动，得到直接地、主观地学习体验，把现有技术所支持的“被动”听课学习提升为“主动”探索学习，优化教学效果。

解决上述技术问题的难度和意义：