[发明专利]多感知通道融合虚拟实验的快速创作方法

说明书

本发明涉及一种多感知通道融合虚拟实验的快速创作方法，包括以下步骤：将虚拟实验中的实验步骤进行抽象描述；对多个实验步骤以多种逻辑序列关系进行排列，形成具有逻辑序列关系的实验步骤序列，并基于Petri网对实验步骤序列作描述；对于其中步骤，设置步骤的可操作条件由步骤的索引号和逻辑运算符组成，逻辑运算符对步骤的索引号进行运算或对由步骤的索引号组成的表达式进行运算。本发明提出基于Petri网的实验元素参数化描述方法对实验步骤序列进行描述，突破传统虚拟实验一步步按既定程序走的约束，支持探究式实验的创作开发。

技术领域

本发明涉及传统虚拟实验，具体涉及一种多感知通道融合虚拟实验的快速创作方法。

背景技术

为克服传统实验教学需要克服场地、设备、人力短缺的问题，虚拟现实技术在实验教学领域得到广泛的应用，虚拟实验巧妙运用多种交互手段，提高真实感，增强实验教学效果。

现有的虚拟实验系统大多需要定制化开发，开发效率低，成本高且需要有较高的编程能力。通用性的编辑系统的产生，为解决虚拟实验系统开发所遇到的问题提供了解决途径。如，Coelho H等人设计的编辑工具支持对嗅觉和触觉模块的可视化编辑，编辑的时候可佩戴VR头显，在VR环境下用手柄完成VR应用的设计。MujikaA等人设计的编辑系统应用于虚拟机械拆装训练，编辑系统分为编辑工具和模拟器，编辑工具通过绘制拓扑图来可视化编辑拆装序列，并将拆装序列存储XML文件中，模拟器读取XML文件后即可开展拆装训练。

但是，现有的编辑工具仍存在以下的不足：(1)大多缺乏对多种通道融合的可视化编辑功能；(2)虚拟实验对虚拟现实资源、实验操作规范性有特殊要求，针对虚拟实验特点而设计的编辑工具研究尚且不足；(3)只能编辑简单的操作序列，对较复杂的操作序列编辑的能力不足。

发明内容

本发明的目的是构建基于Petri网的实验步骤序列的参数化模型，提出一种多感知通道融合的虚拟实验编辑方法，以解决目前存在的交互通道单一、无法进行复杂操作序列编辑等问题。该编辑方法允许嗅觉、温感、声音多种通道的可视化编辑和呈现；用户可以通过虚拟实验资源库共享实验资源，简化开发过程；通过路由图的可视化设计实现多种逻辑复杂的实验步骤序列，实现探究式虚拟实验的快速编辑。

提供一种多感知通道融合虚拟实验的快速创作方法，包括以下步骤：

将虚拟实验中的实验步骤描述为p＝{t,f}，t是操作任务参数，表示步骤的完成条件或实验现象，f是步骤序列式，分为父步骤式`f和子步骤式f`，表示步骤的可操作条件

对多个实验步骤以多种逻辑序列关系进行排列，形成具有逻辑序列关系的实验步骤序列，并基于Petri网将实验步骤序列描述为P＝{p₁,p₂...p_i...p_n}＝{T,F}，T＝{t₁,t₂...t_i...t_n}，F＝{f₁,f₂...f_i...f_n}，n表示实验步骤的个数，pi表示特定的实验步骤，其索引号为i，其中，Petri网中库所对应p的索引，库所中的数字为p的索引号，变迁的前集对应操作任务参数t，变迁的后集对应t`，t`的使能由`f和f`的满足情况决定，其中`f为其所属步骤p的父步骤式，f`是输入t`方向的有向弧连接的变迁所属步骤的子步骤式，库所、变迁间的有向弧由f决定，表示逻辑顺序关系；

对于步骤pi，设置fi`和`fi均由步骤的索引号和逻辑运算符组成，逻辑运算符对步骤的索引号进行运算或对由步骤的索引号组成的表达式进行运算。

进一步的，定义操作动作分为需要操作和无需操作两类；