基于虚拟现实的传统手工艺保护与培训系统

摘要

本发明涉及基于一种基于虚拟现实的传统手工艺保护与培训系统，通过数据采集终端处的输入设备获取手工艺操作的实时操作信息，并通过局域网数据传输网络传入数据采集计算机，数据采集计算机将原始数据预处理后通过广域网数据传输网络上传到传统手工艺服务器集群中相关的服务器，最终存储于材料属性数据库、工具属性数据库、手工艺数据库和用户档案数据库，VR终端计算机从传统手工艺服务器集群中获取数据支持和相关服务，通过VR培训终端中的显示设备、音响设备、触觉设备、压力反馈设备、数据手套和可穿戴式机械手臂等计来辅助手工艺学习者学习和练习传统手工艺操作，帮助学习者掌握手工艺操作的手法、流程和技巧。

说明书

技术领域

本发明所述一种基于虚拟现实的传统手工艺保护与培训系统，属于虚拟现实技术应用领域。

背景技术

传统手工艺饱含民族的智慧，散发着浓郁的民间文化之芳香，但面对当今时代的变化，传统手工艺与现代市场经济的矛盾使得传统手工艺人才断层现象严重，后继乏人，部分民间传统艺术的萎缩甚至消亡。随着计算机和信息处理技术的快速发展，促使人们不断改进和完善保护、开发手工艺术资源的方式方法，解决“中国手艺”将在我们这一代人手中成为“绝唱”，渐渐成为“历史的化石”的严峻问题。国家的政策、网络的普及和应用，在推广传播手工艺方面起到有益的促进作用，比如制订民间艺术保护规划、加强民间艺术传承人队伍建设，又如手工艺制作技术的数字化、网络化。

然而传统手工想要积极健康地走下去，目前的这些措施和方法是远远解决不了根本问题的。

首先，当前传统手工技艺的传承是典型的师徒或家族式的传承方式，手把手的实践式的教学是传统手工技艺的传承主要形式，通过实践，徒弟看着师傅做活，观察体会师傅每一个细微的用手动作、姿态，同时自己做同步练习。传统手工艺人才的严重匮乏，以及教学场地、教学设施的缺乏，以及部分手工艺人家族观念的局限，使得这种手把手的实践式教学难以实现，直接影响了传统手工艺的保护和传播方式；

其次，手工艺制作的过程、技巧，包含了很多精妙的细节，通常一次观察是不足够的。要想学好传统手工艺，是需要反复观察，多次学习，然而目前只能通过录像、照片等方式记录，没有其他方式能够再现，不利于新一代继承者和研究人员深入研究其精妙之处和场景再现，目前的传统手工艺的照片和录像保护和传播形式单一，难以提供全景式学习和观察；

最后，手工艺工艺的学习和继承，也是长期实践、反复练习的结果，但是在传统手工艺的制作过程中，往往因为场地、材料、设施、工具、经费等方面的原因，无法满足新一代手工艺爱好者的学习与实践条件，也就容易阻碍了1一些对手工艺感兴趣的潜继承者们的对传统工艺的继承与传播。因此，开发出一种不受外界环境干扰、经费、设备限制，真实再现工艺制作场景，能够手把手实践式教学的新型传统手工艺保护和培训系统是很有必要的。

在国内，随着互联网技术的发展和进步，为开发一种基于虚拟现实的传统手工艺保护与培训系统提供了条件，但是，目前市场上很少有一种基于虚拟现实的传统手工艺保护与培训系统。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于虚拟现实的传统手工艺保护与培训系统，运用计算机进行三维动画的制作生成传统手工艺的制作流程及成品模型，建立与手工艺制作场地、设备类似的模拟场景，还原制作工艺，并借助传感装置使用户在视觉、触觉、听觉等感官上与虚拟环境形成交互形成真实的制作感受。

为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：一种基于虚拟现实的传统手工艺保护与培训系统，基于虚拟现实的传统手工艺保护与培训系统，包括材料属性数据库、工具属性数据库、手工艺数据库、用户档案数据库、传统手工艺服务器群、数据采集计算机、数据采集终端、VR终端计算机、VR培训终端，其特征在于，通过数据采集终端中输入设备的传感器采集传统手工艺制作流程的实时状态信息，将采集的数据通过局域网数据传输网络传送到数据采集计算机，数据采集计算机将采集到的材料数据、手工艺数据、工具使用数据分别进行格式化和压缩，并通过广域网数据传输网络将整个的现场关键数据分别传输到材料属性数据库、手工艺数据库、工具属性数据库，VR终端计算机通过用户输入的手工艺信息模拟出虚拟制作材料、制作环境和制作工具，并将数据通过局域网数据传输网络传送给VR培训终端，通过VR培训终端上的各种感知设备来辅助学员进行手工艺制作，还原真实制作过程中的感受，协助学员掌握手工艺的手法和技巧，从而生成可交互的虚拟传统手工艺世界。

所述材料属性数据库，用来存储由数据采集计算机通过广域网数据传输网络上传的关于手工艺制作时所需材料的相关数据，其中包括物理属性、化学属性和生物属性等，并通过广域网数据传输网络为VR终端计算机提供创建虚拟材料模型的数据支持。

所述工具属性数据库，用来存储由数据采集计算机通过广域网数据传输网络上传的关于手工艺制作时所使用工具的相关数据，其中包括工具的结构外形、工具的力学特性、工具各基本操作的动作手法等，并通过广域网数据传输网络为VR终端计算机提供创建虚拟工具模型的数据支持。

所述手工艺数据库，用来存储由数据采集计算机通过广域网数据传输网络上传的关于手工艺制作时的现场实时环境数据，其中包括工作环境数据、材料变化数据、工具操作数据、人体感受到的反馈数据等，并通过广域网数据传输网络为VR终端计算机提供还原制作环境、制作工艺、制作体验的数据支持。

所述用户档案数据库，安装于手工艺培训基地大数据管理系统中心，用来存储用户的个人信息、手工艺培训项目及相应的培训记录、熟练程度、考核成绩等用户数据信息。具有强大的数据组织、用户管理、安全检查等功能。将各种数据有序的管理起来，并对其他应用提供统一的接口和服务。

所述传统手工艺服务器集群，用于数据分析和处理，主要包括数据库服务器、数据采集服务器、虚拟现实服务器、培训与考核服务器。采用Share-Nothing架构，每一个节点完全独立，节点之间通过网络连接。每一个节点都拥有自己的内存和存储，都保留数据的完整副本。

所述数据库服务器，建立在传统手工艺数据库系统基础上，数据库服务器为本系统提供统一的数据库备份/恢复、启动/停止数据库的管理工具。能大大降低网络开销，协调操作，减少资源竞争，避免死锁，提供联机查询优化机制。

所述数据采集计算机，是虚拟现实系统的数据采集中心，用于接收数据采集终端通过局域网数据传输网络上传的原始手工艺制作数据，并将原始数据进行分类、计算、格式化、压缩的处理后通过广域网数据传输网络分别上传到材料属性数据库、手工艺数据库、工具属性数据库。

所述数据采集服务器，保存数据采集终端采集的传统手工艺操作的原始数据，数据采集服务器的设计以OPC Server为核心，介于各种硬件设备与上位过程控制系统之间，将采用不同的通讯规约和通讯方式的各个监控设备信息转换成符合OPC接口规范的信息，提供给客户端，同时通过数据采集服务器采集相应的设备获得的数据信息。

所述虚拟现实服务器，处理多个传感设备的数据信息并使其融合，生成交互式的实时动态的三维立体逼真模拟手工艺制作环境，处理与参与者的动作相适应的数据，并对用户的输入作出实时响应，并分别反馈到用户的五官。

所述培训与考核服务器，存储手工艺制作的手法、流程和技巧等数据，在培训模式下，下发控制命令信息给虚拟现实操作台来辅助学习者学习；在考核模式下，记录考生手工艺制作的手法和流程，与数据库中存储的正确的制作参数进行对比，给出考核成绩和指导建议。

所述数据采集终端，是手工艺继承者身上布置的多种输入设备传感器，主要包括三维扫描仪、动作捕捉仪、数据手套、数据采集操作台等。将通过局域网数据传输网络上传原始数据给数据采集计算机进行分析和处理。

所述三维扫描仪，用来侦测并分析现实世界中物体或环境的形状（几何构造）与外观数据（如颜色、表面反照率等性质）。搜集到的数据常被用来进行三维重建计算，在虚拟世界中创建实际物体的数字模型。

所述动作捕捉仪，用来确定参与者的头部、手、身体等的位置与方向，准确地跟踪测量参与者的动作，将这些动作实时检测出来。

所述数据手套，是一种多模式的虚拟现实硬件，通过软件编程，可进行虚拟场景中物体的抓取、移动、旋转等动作，也可以利用它探测与出地面密度、水含量、磁场强度、危害相似度、或光照强度相对应的振动强度。

所述VR终端计算机，是虚拟现实系统的辅助培训中心，主要分为两种模式，辅助培训模式和操作评估模式。

所述辅助培训模式，即VR终端计算机将搭建虚拟材料模型和虚拟工具模型，并将显示数据和控制数据通过局域网数据传输网络传输给VR培训终端，通过手工艺学习者身上的穿戴设备和虚拟现实操作台上的设备来控制学习者手部的操作，同时通过传感器将真实的操作体验再现给学习者。

所述操作评估模式，即VR终端计算机将搭建虚拟材料模型和虚拟工具模型，并将显示数据和控制数据通过局域网数据传输网络传输给VR培训终端，通过安置在学习者身上的穿戴设备和虚拟现实操作台上的设备反馈回来的信息来评估学习者对本手工艺的掌握程度，并给予相关提示。

所述VR培训终端，是手工艺学员身上布置的多种输出设备和信息反馈设备，主要包括数据手套、虚拟现实头盔、虚拟现实操作台等。通过局域网数据传输网络从VR终端计算机获取显示数据和控制数据，并反馈VR培训终端捕捉到的用户的学习数据。

所述虚拟现实头盔，是利用头盔显示器将人的对外界的视觉、听觉封闭，引导用户产生一种身在虚拟环境中的感觉。

所述虚拟现实操作台，为一台定制的电脑，与虚拟现实头盔配合实现三维图像显示，提供不同类型的操作手柄。

所述数据采集操作台，为一台定制的电脑，主要用于测量现实工作环境下的环境数据，包括采集图像的摄像头、采集温度的传感器、采集压力的传感器、采集声音的传感器等。

本发明一种基于虚拟现实的传统手工艺保护与培训系统，主要具有以下优势：

从整体上来说，本发明从现实环境中采集手工艺数据，在虚拟环境中研究、学习和传承手工艺，关键在于传统手工艺的记录、教学和传承，亮点在于使用虚拟现实技术。

首先，本发明能够弥补目前传统手工艺仅靠代代相传，或视频图像等保存和传播的保护方式。本发明利用虚拟现实系统，可以存储材料属性数据、手工艺数据、工具属性数据等信息，并凭借计算机三维动画制作技术，立体化、多方位全面的将饱含民族的智慧、蕴含中国特色文化的传统手工艺制作工艺，将成果以尽可能真实的程度保存下来。任何用户都可以在需要的时候，通过VR终端还原真实的制作环境、制作工艺，制作体验。甚至通过互联网就能够完整传统手工艺的学习和观察，有利于传统手工艺继承者和相关研究人员深入研究。

其次，本发明无教师的限制，突破了传统手工艺人才的严重匮乏、拜师无门的屏障。每一个手工艺学习者可以通过本系统再现手工艺制作工艺的真实场景，便于学习者观察体会传统手工艺大师每一个细微的用手动作、姿态等每一个精妙细微之处，同时利用本系统中的VR培训终端的多种输出设备和信息反馈设备，通过头盔式显示器、穿戴设备和虚拟现实操作台等全方位地来控制学习者手部的操作，同时通过传感器将真实的操作体验再现给学习者，具有科学性、交互性、立体全方位性等优点，辅助学习者跟随工艺大师同步实践学习。通过安置在学习者身上的穿戴设备和虚拟现实操作台上的设备反馈回来的信息来评估学习者对本手工艺的掌握程度，并给予相关提示。提以打破传统的师徒或家族式的手工艺传承方式，并充分还原传统手工技艺手把手的实践式的教学传承形式。

最后，本发明解决了传统手工艺的制作过程中，往往因为场地、材料、设施、工具、经费等方面的原因，无法满足新一代手工艺爱好者的学习与实践条件的障碍。利用本系统虚拟再现的手工艺制作场地、材料、设施、工具等，省去了手工作坊的建造，材料的准备和设备的采购等繁杂的物质需求，以及前往特定的教学场地的局限。任何用户，在任何时间，任何地点，都能够进行随时随地的学习，便于长期实践、反复练习，甚至可以根据系统的量化评估及建议，反复练习某一个动作技巧，同时不会产生工艺制作废弃物，具有方便快捷，可重复性，绿色无污染等优点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的系统结构示意图。

图2是本发明的系统设计实例示意图。

图3-1、3-2和3-3是本发明的中华传统工艺分类及主要材料和工具。

图4是本发明的系统工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

如图1所示，为本发明实例提供的一种基于虚拟现实的传统手工艺保护与培训系统的系统结构示意图，其特征在于，包括如下模块：材料属性数据库（100）、工具属性数据库（101）、手工艺数据库（102）、用户档案数据库（103）、传统手工艺服务器集群（104）、数据采集计算机（105）、数据采集终端（106）、VR终端计算机（107）和VR培训终端（108）。

进一步的，所述材料属性数据库（100）安装于传统手工艺培训基地大数据管理系统中心，建立在传统手工艺服务器集群（104），与所述数据采集计算机（105）和VR终端计算机（107）连接在一起，材料属性数据库将用来存储手工艺原材料及制作过程中材料的物理、化学属性生物（包括材料的三维形状、硬度、表面色彩光泽等等）。该数据库模块包含大容量存储柜和高性能服务器。采用MAIWO K8FU3E磁盘阵列柜是多个大容量硬盘的集合体，8个单机磁盘，最大存储容量为48TB，平均传输率 6Gb/s，系统支持 Windows 2000、Windows XP、Windows Vista、Windows 7、Windows 8、Mac OS、Linux。1×USB3.0，1×e SATA外接主机通道，内置硬盘接口 SATA I/II/III，采用双风扇冷却，电源 AC 100-240V，50-60Hz，350mm×150mm ×296mm。优选的，两台华为Fusion Server 8U刀片式服务器，刀片式服务器是一种HAHD（High Availability High Density，高可用高密度）的低成本服务器平台，是专门为特殊应用行业和高密度计算机环境设计的，采用DDR3内存技术，采用SAS/SATAⅡ硬盘接口，最大硬盘容量为24TB，最大支持40块SAS/SATAⅡ2.5英寸硬盘，采用RAID技术，该技术有两大特点：一是速度、二是安全，包含9个热插拔风扇模块，支持N+1冗余，最多2个可1+1冗余机箱管理模块，支持IPMI 2.0、SOL、SSL、SSH等管理协议，支持CLI、IPMI Tools、RMCP+等管理接口和Web管理，10个刀片槽位，最多可安装10个华为BH系列全高刀片服务器，最大可安装6个华为刀片I/O模块， N+N/N+1冗余电源，电源数量 96个 ，电源电压 110V/220V AC或-48V DC ，电源功率 6×1600W或6×1300W ，产品尺寸 353×447×810mm 。采用Orcale数据库，它可以支持多种不同的硬件和操作系统平台，从台式机到大型和超级计算机，为各种硬件结构提供高度的可伸缩性，支持对称多处理器、群集多处理器、大规模处理器等，并提供广泛的国际语言支持。 Orcale是一个多用户系统，能自动从批处理或在线环境的系统故障中恢复运行。系统提供了一个完整的软件开发工具Developer2000，包括交互式应用程序生成器、报表打印软件、字处理软件以及集中式数据字典，用户可以利用这些工具生成自己的应用程序。Orcale以二维表的形式表示数据，并提供了SQL(结构式查询语言)，可完成数据查询、操作、定义和控制等基本数据库管理功能。该服务器具有良好的计算性能、稳定性和扩展性，而且它对Oracle 等目前主流的数据库运行支持性很好。优选地，具有场景重现和数据备份功能，使用Legato QUalixHA+多机互为备份运行软件使两台服务器以HA的方式运行。

进一步的，工具属性数据库（101），安装于传统手工艺培训基地大数据管理系统中心，建立在传统手工艺服务器集群（104），与所述数据采集计算机（105）和VR终端计算机（107）连接在一起，工具属性数据库将存储不同手工艺制作工具的外形、功能、操作元素等数据。该数据库模块包含大容量存储柜和高性能服务器。采用MAIWO K8FU3E磁盘阵列柜是多个大容量硬盘的集合体，8个单机磁盘，最大存储容量为48TB，平均传输率 6Gb/s，系统支持 Windows 2000、Windows XP、Windows Vista、Windows 7、Windows 8、Mac OS、Linux。1×USB3.0，1×e SATA外接主机通道，内置硬盘接口 SATA I/II/III，采用双风扇冷却，电源AC 100-240V，50-60Hz，350mm ×150mm ×296mm。优选的，两台华为Fusion Server 8U刀片式服务器，刀片式服务器是一种HAHD（High Availability High Density，高可用高密度）的低成本服务器平台，是专门为特殊应用行业和高密度计算机环境设计的，采用DDR3内存技术，采用SAS/SATAⅡ硬盘接口，最大硬盘容量为24TB，最大支持40块SAS/SATAⅡ2.5英寸硬盘，采用RAID技术，该技术有两大特点：一是速度、二是安全，包含9个热插拔风扇模块，支持N+1冗余，最多2个可1+1冗余机箱管理模块，支持IPMI 2.0、SOL、SSL、SSH等管理协议，支持CLI、IPMI Tools、RMCP+等管理接口和Web管理，10个刀片槽位，最多可安装10个华为BH系列全高刀片服务器，最大可安装6个华为刀片I/O模块， N+N/N+1冗余电源，电源数量 96个，电源电压 110V/220V AC或-48V DC ，电源功率 6×1600W或6×1300W ，产品尺寸 353×447×810mm 。同样采用Orcale数据库，该服务器具有良好的计算性能、稳定性和扩展性，而且它对Oracle 等目前主流的数据库运行支持性很好。优选地，具有场景重现和数据备份功能，使用Legato QUalixHA+多机互为备份运行软件使两台服务器以HA的方式运行。

进一步的，手工艺数据库（102），安装于传统手工艺培训基地大数据管理系统中心，建立在传统手工艺服务器集群（104），与所述数据采集计算机（105）和VR终端计算机（107）连接在一起，手工艺数据库将存储记录每一个手工艺流程中，制作环境的参数(声音、光影等)、材料的变化、工具的操作动作、手部感受到的压力震动温度、眼部感受到的光等多方面的工艺制作数据。该数据库模块包含大容量存储柜和高性能服务器。采用MAIWOK8FU3E磁盘阵列柜是多个大容量硬盘的集合体，8个单机磁盘，最大存储容量为48TB，平均传输率 6Gb/s，系统支持 Windows 2000、Windows XP、Windows Vista、Windows 7、Windows8、Mac OS、Linux。1×USB3.0，1×e SATA外接主机通道，内置硬盘接口 SATA I/II/III，采用双风扇冷却，电源 AC 100-240V，50-60Hz，350mm ×150mm ×296mm。优选的，两台华为Fusion Server 8U刀片式服务器，刀片式服务器是一种HAHD（High Availability HighDensity，高可用高密度）的低成本服务器平台，是专门为特殊应用行业和高密度计算机环境设计的，采用DDR3内存技术，采用SAS/SATAⅡ硬盘接口，最大硬盘容量为24TB，最大支持40块SAS/SATAⅡ2.5英寸硬盘，采用RAID技术，该技术有两大特点：一是速度、二是安全，包含9个热插拔风扇模块，支持N+1冗余，最多2个可1+1冗余机箱管理模块，支持IPMI 2.0、SOL、SSL、SSH等管理协议，支持CLI、IPMI Tools、RMCP+等管理接口和Web管理，10个刀片槽位，最多可安装10个华为BH系列全高刀片服务器，最大可安装6个华为刀片I/O模块， N+N/N+1冗余电源，电源数量 96个 ，电源电压 110V/220V AC或-48V DC ，电源功率 6×1600W或6×1300W ，产品尺寸 353×447×810mm 。同样采用Orcale数据库，该服务器具有良好的计算性能、稳定性和扩展性，而且它对Oracle 等目前主流的数据库运行支持性很好。具有添加、修改、删除、查询手工艺数据的性能，具有场景重现和数据备份功能，使用LegatoQUalixHA+多机互为备份运行软件使两台服务器以HA的方式运行。

进一步的，用户档案数据库（103），安装于传统手工艺培训基地大数据管理系统中心，建立在传统手工艺服务器集群（104），与所述数据采集计算机（105）和VR终端计算机（107）连接在一起，具有添加、修改、删除、查询用户档案信息的功能，同时记录着用户手工艺培训的项目，进程、熟练程度和考核成绩等信息。该数据库模块包含大容量存储柜和高性能服务器。数据是无价之宝，数据安全性无疑是最重要的。采用的麦沃K8FU3E 磁盘阵列柜是多个大容量硬盘的集合体，具有数据存储速度快、存储容量大、安全可靠等优点，MAIWOK8FU3E磁盘阵列柜，搭配USB3.0/e SATA双高速传输接口，传输稳定、高效、流畅自如，支持热插拔接口，MAIWO K8FU3E 磁盘阵列柜支持2.5"、3.5"硬盘 SATA Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ企业级HDD硬盘及SSD固态硬盘。具有7*24小时不间断作业能力。MAIWO K8FU3E 采用铝合金材质打造机身，铝镁合金质坚量轻、密度低、散热性较好、抗压性较强，能充分满足3C产品高度集成化、轻薄化、微型化、抗摔撞击电磁屏蔽和散热的要求，坚如磐石，同时采用特殊尺寸的内六角螺丝仓门锁设计。优选的，两台华为Fusion Server 8U刀片式服务器，刀片式服务器是一种HAHD（High Availability High Density，高可用高密度）的低成本服务器平台，是专门为特殊应用行业和高密度计算机环境设计的，采用DDR3内存技术，采用SAS/SATAⅡ硬盘接口，最大硬盘容量为24TB，最大支持40块SAS/SATAⅡ2.5英寸硬盘，采用RAID技术，该技术有两大特点：一是速度、二是安全，包含9个热插拔风扇模块，支持N+1冗余，最多2个可1+1冗余机箱管理模块，支持IPMI 2.0、SOL、SSL、SSH等管理协议，支持CLI、IPMI Tools、RMCP+等管理接口和Web管理，10个刀片槽位，最多可安装10个华为BH系列全高刀片服务器，最大可安装6个华为刀片I/O模块， N+N/N+1冗余电源，电源数量 96个 ，电源电压 110V/220V AC或-48V DC，电源功率 6×1600W或6×1300W ，产品尺寸 353×447×810mm 。同样采用Orcale数据库，该服务器具有良好的计算性能、稳定性和扩展性，而且它对Oracle 等目前主流的数据库运行支持性很好。

进一步的，传统手工艺服务器集群（104），安装于传统手工艺培训基地，优选的多台华为Fusion Server 8U刀片式服务器，刀片式服务器是一种HAHD（High AvailabilityHigh Density，高可用高密度）的低成本服务器平台，是专门为特殊应用行业和高密度计算机环境设计的，采用DDR3内存技术，采用SAS/SATAⅡ硬盘接口，最大硬盘容量为24TB，最大支持40块SAS/SATAⅡ2.5英寸硬盘，采用RAID技术，该技术有两大特点：一是速度、二是安全，包含9个热插拔风扇模块，支持N+1冗余，最多2个可1+1冗余机箱管理模块，支持IPMI2.0、SOL、SSL、SSH等管理协议，支持CLI、IPMI Tools、RMCP+等管理接口和Web管理，10个刀片槽位，最多可安装10个华为BH系列全高刀片服务器，最大可安装6个华为刀片I/O模块， N+N/N+1冗余电源，电源数量 96个 ，电源电压 110V/220V AC或-48V DC ，电源功率 6×1600W或6×1300W ，产品尺寸 353×447×810mm 。群集硬件必须服从“群级/多群集设备硬件兼容性列表”。每个服务器包含两个海量存储设备控制器：小型计算机系统接口 (SCSI)或光纤通道。一个本地系统磁盘，用于在其中一个域控制器上安装操作系统 (OS)。一个用于共享磁盘的独立外围组件互连 (PCI) 存储控制器。群集中的每个节点拥有两个 PCI 网络适配器。对于所有的节点，一切硬件都应相同，对应正确的插槽、设备卡、BIOS、固件修订版等，拥有两个物理独立的局域网或虚拟局域网，分别用于公用通信和私有通信。每个节点上的所有网络接口均拥有静态 IP 地址。将共享存储设备附加到所有计算机的存储电缆。

进一步的，数据采集计算机（105），安装于传统手工艺虚拟培训室，优选的，塔式Think Server TS140 S1225v3 服务器，其标配CPU数量为1颗，采用的是四核、四线程Intel至强E3-1200 v3 CPU，CPU频率为3.2GHz；Non-ECC UDIMM四通道内存，内存容量4GB；1块1TB3.5英寸7200转SATA硬盘，硬盘容量1TB；网络控制器为双千兆网卡；8个USB 2.0标准接口。其主要包含：材料属性数字化系统、工具属性数字化系统、三维动作捕捉系统、触觉信息处理系统、音频信息处理系统和环境参数记录系统。通过采集到的信息进行加工计算，将此时用户、工艺品，工具、环境等各项数据的分析计算，在计算机中模拟生成用户的动作、位置，工艺品的状态，工具的操作等虚拟手工艺制作信息即作为实时手工艺制作分析，也可为使用后对使用者的工艺技能学习和掌握信息的反馈分析作为基础数据。

进一步的，数据采集终端（106），所述数据采集终端包括数据采集操作台、数据手套、三维扫描仪、动作捕捉仪。所述数据采集操作台包括高清摄像头、温度传感器、压力传感器、音频传感器和客户端电脑。所述高清摄像头，动态分辨率 1280×720 静态分辨率 1280×960，最大帧频 30FPS，输出格式：动态：AVI/YUY静态：BMP/JPEG 接口类型 USB2.0（支持USB3.0），驱动类型为无驱版，系统支持 Windows 7，Windows Vista，Windows XP，自动对焦，自动曝光，自动控制白平衡，内置降噪麦克风，可连接三角架的底座。所述温度传感器，即采用引线式PT100温度探头的温度传感器变送器，铠装铂热电阻 K型热电偶，可测量-50~200℃。所述压力传感器，采用SIN-PX300压力变送器，其压力量程为：-0.1~100MPa，供电电源：12~36VDC，可测量液体，气体，油等介质表压、绝压、真空压，输出信号：4~20mA、0~10V、0~5V、RS485,受温度影响误差为±0.1%FS/℃，响应时间整体为8ms。所述音频传感器，为高清摄像头中的内置麦克风，在1KHz的频率下，0.1Pa规定声压从话筒正面0°主轴上输入时，话筒的输出端开路输出电压为10mV。所述客户端电脑与下文VR培训终端（109）中虚拟现实操作台中的客户端电脑为同一计算机，在不同工作模式下使用不同的操作台和相关设备进行工作，本计算机，处理器：Intel至强E3-1230V5，第六代强劲性能处理器；散热器：九州风神冰凌mini，纯铜热管散热；显卡：索泰GTX970-4GD5霹雳版HC，三风扇散热/性能强劲；主板：技嘉X150M-PLUS WS，服务器芯片组/双通；内存：芝奇8GB DDR4 2133，主流高频；硬盘：三星750 EVO 120GB固态硬盘，原厂闪存颗粒；电源：航嘉Super 600N-500W，稳定供电。所述数据手套，传感器数量：22，传感器精度：<1 度，传感器重复性：3度(佩戴手套之间的平均标准差)，传感器线性度：整个连接范围内最高0.6%非线性范围，传感器比率：一般90条记录/秒，操作温度：10-45°C，每个USB /无线收发器支持的手套数量：1副，每个环境支持的手套数量：经过测试的最多为6副(也许能够支持更多)，操作系统：Windows 2000 and XP，无线技术：2.4 GHz，电池待机时间：3 小时，电池使用寿命：1年(降低到原来容量的80%)，充电器：外部，操作范围：以USB端口为中心周围15米半径，接口：无线接收器的USB接口，数据线：标准25英尺(7.62米)，接口：RS - 232(最大值为115.2 k Baud)，通过手指上的弯曲、扭曲传感器和手掌上的弯度、弧度传感器，确定手及关节的位置和方向，从而实现环境中的虚拟手及其对虚拟物体的操控，而且能够把与虚拟物体的接触信息反馈给用户。所述三维扫描仪，像素XYZ 轴均为 0.050 毫米 (XYZ 轴均为 0.0019 英寸)，测量精度XY 精度:高达 40 微米（高达 0.0015 英寸），单幅测量采样速度: 25,000 次测量/秒，输出文件格式DAE,.FBX, .MA, .OBJ, .PLY, .STL, .TXT, .WRL, .X3D, .X3DZ, .ZPR，操作系统Intel,Core2 Duo 处理器、2GB RAM、NVIDIA Quadro NVS 320M 显卡 (256 MB 专用视频内存)，需要配置 Windows Vista Business 或 Windows XP Professional 操作系统，扫描头重量1.25Kg。所述动作捕捉仪，采用VICON 动作捕捉系统，参数如下，全电子快门，可遥控光圈和焦距；采集得到的动作数据，经过数据处理及相关软件分析，可以显示出完整的三维骨骼结构；分辨率最高可达到1600万像素； 采集频率最高可达到1000Hz；红外反光点有以下尺寸：3mm；Vicon红外三维运动分析系统的采集设备； 能够更快、更多地连接红外摄像机； 最多可连接244台红外摄像机； 可连接测力台、表面肌电系统等其他设备，实现各种设备的同步。

进一步的，VR终端计算机（107），安装于传统手工艺虚拟培训室，优选的，采用Origin3000系列，CPU数 4-32 ，最高节点数8 ，系统带宽44.8GB/s max，I/O带宽19.2GB/smax ，I-Brick数1-8 ，内存 64GB，存储容量可根据需要配置，流输出能力>16Gbps，并发用户数 200个。其主要包含：三维图像处理系统，三维音频处理系统，环境参数控制系统，触觉压力控制系统，机械手臂控制系统。

进一步的，VR培训终端（108），安装于传统手工艺虚拟培训室，主要包括数据手套、虚拟现实头盔、可穿戴式机械手臂、虚拟现实操作台。所述数据手套，使用Cyber Glove 数据手套/脚套，该数据手套/脚套具有22个传感器，传感器分辨率<1度，传感器数据传输速率最高可达120条记录/秒；支持802.11 Wi-Fi无线网络连接；具有USB、micro SD卡,并设有弯曲传感器，弯曲传感器由柔性电路板、力敏元件、弹性封装材料组成。所述虚拟现实头盔，优选的，使用VR一体机头盔头戴式3D巨幕影院显示器，四核 A7at1.3GHz CPU；采用MALI400MP2显卡；运行内存1GB；显示屏分辨率为1280x720 ，自带USB接口、3.5MM耳机接口，具有OTG功能；内置传感器，360度头部跟踪无死角，内置耳机的参数为：使用了高磁性能动圈喇叭，能够确保虚拟世界的声音拥有更真实的表现。通过加入新一代DSP芯片，在虚拟现实环境下实现声效和声场定位，灵敏度：-38±3db；耳机阻抗: ≤2.2KΩ 频响范围: 15Hz-25000KHz。所述可穿戴式机械手臂，精确地定位到三维(或二维)空间上的某一点进行作业，这里所需要的可穿戴式机械手臂是机械手臂的衍生，在虚拟现实系统中主要用于辅助培训手工操作。所述虚拟现实操作台主要由震动发生器、智能操作杆、温度控制器、大型显示屏、客户端电脑，所述客户端电脑与上文数据采集操作台的客户端电脑为同一计算机，在不同工作模式下使用不同的操作台和相关设备进行工作。所述虚拟现实操作台，上的关键设备为各类型传感器和操作杆。

如图2所示，为本发明实例系统设计实例示意图，用户计算机可以根据用户所选择的模式自动加载所需硬件设备即终端设备，终端设备分为数据采集终端和VR培训终端，其中数据采集终端配置的设备包括：数据采集操作台、数据手套、三维扫描仪、动作捕捉仪，VR培训终端配置的设备包括：虚拟现实操作台、数据手套、虚拟现实头盔、可穿戴式机械手臂。用户终端内部通过无线数据传输设备进行数据传输。当用户终端为采集模式时，将通过局域网数据传输网络与数据采集计算机进行数据传输，当用户终端为培训模式时，将通过局域网数据传输网络与VR终端计算机进行数据传输。数据采集计算机主要用于处理由各终端传感器采集的原始数据，对数据进行计算和建模后通过服务器集群中相关的服务器存储到数据库中；VR终端计算机主要用于从服务器集群出获得数据支持和相关数据处理服务，并将从数据库集群中获取的数据进行三维渲染和实时交互处理。数据采集阶段，数据手套将实时采集各种手部的感知数据，如震动、压力等；动作扫描仪将实时采集材料、工具和手部的各种运动；三维扫描仪将实时采集材料的各种变化，如形状、纹理等；数据采集操作台主要采集工作环境数据，如温度、声音等。培训阶段，VR培训终端将提供培训模式和考核模式，在培训模式下虚拟现实操作台、数据手套、虚拟现实头盔、可穿戴式机械手臂将还原出虚拟操作环境，并模拟出各种触觉、视觉等感受，其中用户只需感受和跟随可穿戴式机械手臂和虚拟现实操作台上手柄的操作即可；在考核模式下虚拟现实操作台、数据手套、虚拟现实头盔、可穿戴式机械手臂将不控制用户操作，而是作为输入设备感知用户操作的反馈信息，根据反馈的信息进行培训的考核，若被评估者为原手工艺数据的采集者，可根据反馈的数据修正相关手工艺参数。

如图3所示，为本发明的中华传统工艺分类及主要材料和工具，传统手工艺的分类表以国家颁布的中华传统工艺分类表为蓝本，分别列出了主要手工艺种类所使用的主要材料和主要工具，大致分为雕塑类、陶瓷制作类、织染类、传统建筑营造类、金属冶炼加工类、工具器械制作类、文房四宝制作类、印刷类、刻绘类、髹漆类、家具制作类、编织扎制类、特种工艺类及其他，按照制作技艺的不同，又可以将传统手工艺分为绘画类、塑作类、编织类、剪刻类、印染类等。绘画类的主要材料和工具有颜料、画笔、画刀、画布等，材料属性数据库主要记录颜料在不同浓度、温度、时间下的色彩表现和不同材质画布的纹理及吸水特性等；工具属性数据库主要记录画笔和画刀的功能结构、三维模型和基本的绘画动作，如点、横、竖、撇、揦等。塑作类的主要材料和工具有黏土、面粉、模具、塑刀等，材料属性数据库主要记录黏土和面粉的外表材质、湿度、物体触感等；工具属性数据库主要记录模具和塑刀的功能结构、三维模型和基本的塑作动作，如捏、塑、堆、纳、划等。编织类的主要材料和工具有植物藤蔓、棉线丝线、刀具、织具等，材料属性数据库主要记录所用编织材料的外表材质、柔韧度、物体触感等；工具属性数据库主要记录刀具和织具的功能结构、三维模型和基本的编织动作，如穿、拉、绑、扎、系等。剪刻类的主要材料和工具有纸张、木石、刀具等，材料属性数据库主要记录纸张和木石的外表材质、硬度、物体触感等；工具属性数据库主要记录刀具的功能结构、三维模型和基本的剪刻动作，如裁、剪、刻、铲、削、磨等。印染类的主要材料和工具有颜料、布料、纺具、染具等，材料属性数据库主要记录颜料的成分配置与调制和布料的外表材质、物体触感等；工具属性数据库主要记录纺具和染具的功能结构、三维模型和基本的操作方法等。此外，手工艺数据库主要记录各类手工艺项目的材料配置、工具配置、具体操作流程、操作标准和操作感知等。从使用功能出发，可将传统手工艺分为欣赏类、实用类和宗教、祭祀类。欣赏类是供置于案头、粘贴于墙壁或悬挂于室内，供人们欣赏的民间手工艺品，如剪纸、木版。从社会生活出发，可将传统手工艺分为实用类、节日喜庆类、叙事和抒情类。实用类如服饰、印染、刺绣、陶器、砖雕建筑装饰；节日喜庆类如木版年画、首饰、剪纸、民间玩具、彩塑、面塑、木雕糕点模子、风筝、灯彩、皮影、木偶头雕刻、面具等；叙事和抒情类如绣花球、刺绣香荷包、刺绣服装和鞋帽等，作为定情信物或结婚纪念物。按照行业，传统手工艺可分为雕塑（如木雕、砖雕、彩塑、面塑、吹糖人）、印染（如蓝印花布、木版彩英蜡染、刺绣（如香荷包、布老虎）、编织（竹编和草编器皿）、陶器、服饰、首饰以及木版年画、剪纸、风筝、皮影、木偶、绒制工艺品、绢花、灯彩、彩扎狮头、面具、民间玩具等。本发明中三维计算机图形技术将这些工具、材料生成足够准确的实时模型，用户通过数据手套（衣）、操作杆等等交互设备来操纵各种手工艺工具，并实时显示材料和工艺品的效果图像。

如图4所示，为本发明实例提供的系统工作流程示意图，其特征在于，系统管理员部署并运行该系统后，系统将进行初始化和自检以确保数据库和服务器都运转正常，验证数据采集计算机和VR终端计算机是否可以连接到服务器，检查是否有硬件设备丢失或损坏。初始化和自检完成后，用户输入登录信息，系统等待用户选择计算机工作模式，用户计算机可工作于采集模式和培训模式，用户需选择是否进入采集模式。若用户选择是，则数据采集计算机进入采集模式；若用户选择否，则要求用户选择是否进入培训模式。若是则VR终端计算机进入培训模式，若否则VR终端计算机进入考核模式。在采集模式下，数据采集计算机进行采集模式下的初始化，然后用户新建或选择采集项目，输入将要采集项目的基本信息和个人的基本信息，数据采集计算机加载与采集相关的传感器和设备，随后数据采集终端将读取材料属性、读取工具属性，并实时记录用户的操作动作和相关感知，同时记录相关操作步骤的技术标准。当本项目采集完成后用户将选择是否进入校验模式。若用户选择否，则数据采集计算机直接上传采集到的数据，然后卸载已加载的设备并注销系统后结束；若用户选择是，则数据采集计算机将进入校验模式，此模式下数据采集计算机将卸载已加载的设备并加载与校验相关的传感器和设备，然后获取已采集到的数据来构建虚拟操作环境，用于校验的设备开始工作，随后对反馈的数据进行分析，看是否达到设定的标准。若否，则根据反馈数据来校正由采集到的数据计算而来的相关参数，然后继续进行迭代式的数据校正，直至虚拟环境可以准确的模拟出现实环境；若是，则数据采集计算机直接上传采集到的数据，然后卸载已加载的设备并注销系统后结束。在培训模式下，VR终端计算机进行培训模式下的初始化，然后用户选择培训项目，VR终端计算机加载培训设备并读取用户的人体特征数据，系统将根据用户的人体特征数据来设置培训设备的工作参数，随后将根据所选项目从数据库集群中获取所需数据来搭建虚拟材料模型、虚拟工具模型和虚拟工作环境，并根据手工艺数据来控制培训设备开始工作，最后将把本次培训记录到个人档案中。在考核模式下，VR终端计算机进行考核模式下的初始化后，用户选择要参加的考核项目，系统随机抽取题目后将加载与考核相关的传感器和设备并读取用户的人体特征数据，VR终端计算机将根据人体特征数据设置考核设备的工作参数，考核流程为：虚拟环境搭建、考核开始、考核过程交互、考核数据分析和生成考核报告。培训和考核完成后用户可选择是否继续培训。若用户选择是，则VR终端计算机将返回到是否进入培训模式的选择中；若用户选择否，则VR终端计算机卸载已加载的设备并注销系统后结束。本系统的采集部分可以采集到丰富的手工艺操作数据，同时可以校正虚拟操作中的关键参数，使得可以有效的保护传统手工艺；本系统的培训部分及可以使用户学会濒危的手工艺操作还可以对学习成果进行考核，使得传统手工艺可以更广泛和快速的传承。

通过上述的说明内容，本领域技术人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改都在本发明的保护范围之内。本发明的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。