基于虚拟现实的数学教学系统

摘要

本发明为基于虚拟现实的数学教学系统，涉及智能教学技术领域，本发明包括虚拟教学现场以及设置于虚拟教学现场内部的教学场景编织终端、虚拟现实场景交互终端与3D投影展示终端，教学场景编织终端可以根据数学教学现场信息以及所需要的数学教学知识储备来实现资源整合，演算生成为适当且完备的数学教学应用场景，用于教学使用人员集中或者分散使用，虚拟现实场景交互终端可以根据上述数学教学应用场景，配合对应的教学使用人员以及接收人员，构造呈现出不同的数学教学应用场景，并且按照实际使用要求来实现相应的基于虚拟现实技术的虚拟现实数学教学操作，本发明中，主要的搭建需求都可以根据使用人员以及受教人员的具体需求来进行针对切换。

说明书

技术领域

本发明涉及智能教学技术领域，特别涉及基于虚拟现实的数学教学系统。

背景技术

数学属于理工科的基础学科，其通常涉及数学常理规律、数学运算定律、数学计算公式和数学运算符号等不同基础知识，这些基础知识通常晦涩难懂，对于这些基础知识一般通过直接教授的方式来进行相应的教学过程，学生能通过记忆的方式去掌握这些基础知识，但是从长远的角度来看，该并不能帮助学生灵活地和高效地学习相应的数学知识，因此需要改进教授方式。

虚拟现实技术，又称灵境技术，虚拟现实技术囊括计算机、电子信息以及仿真技术于一体，其基本实现方式是计算机模拟虚拟环境从而给人以环境沉浸感，随着社会生产力和科学技术的不断发展，各行各业对虚拟现实技术的需求日益旺盛，逐步成为一个新的科学技术领域，将虚拟现实技术运动到数学教学课堂上，不仅可以提高学生们的受教兴趣，同时可以大大提高接收过程的灵活性和高效性。

现有的基于虚拟现实的数学教学系统有着教学场景编织终端设计简单、虚拟现实场景搭建过程不佳以及人机交互体验差的问题，为此我们提出了基于虚拟现实的数学教学系统。

发明内容

本发明的主要目的在于提供基于虚拟现实的数学教学系统，可以有效解决背景技术中教学场景编织终端设计简单、虚拟现实场景搭建过程不佳以及人机交互体验差的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：基于虚拟现实的数学教学系统，包括虚拟教学现场以及设置于虚拟教学现场内部的教学场景编织终端、虚拟现实场景交互终端与3D投影展示终端，所述教学场景编织终端可以根据数学教学现场信息以及所需要的数学教学知识储备来实现资源整合，演算生成为适当且完备的数学教学应用场景，用于教学使用人员以及接收人员的集中或者分散使用，所述虚拟现实场景交互终端可以根据上述数学教学应用场景，配合对应的教学使用人员以及接收人员，构造呈现出不同的数学教学应用场景，并且按照实际使用要求来实现相应的基于虚拟现实技术的虚拟现实数学教学操作，所述3D投影展示终端主要运用到裸眼3D投影仪以及接收使用人员佩戴的3D眼镜，其中所述3D眼镜只在必要且特定的使用场景下使用。

优选地，所述虚拟教学现场还包括数学教学资源库终端，所述数学教学资源库终端主要作用是存储数学教学数据，并且具备实时拷贝或者实时读取数学教学数据的功能，一般通过数据存储的方式存储在对应的电脑终端或者存储设备中。

优选地，所述数学教学资源库终端包括数学知识资源模块、数学知识体系划分模块以及信号模拟传输模块，所述数学知识资源模块用于存储或者读取相应体系划分下的数学教学知识数据，并供给对应的数学教学应用场景使用，所述数学知识体系划分模块可以对数学知识资源模块中的数学知识资源进行针对划分，可以根据数学门科来进行划分处理，也可以根据数学知识的难易程度进行划分处理，在严格划分下对所有的数学教学知识进行体系划分，并且利用标注手段对对应体系进行标识，并存储对应的标示信息，所述信号模拟传输模块可以根据数学知识资源模块划分的不同类型的数学教学知识数据，以及数学知识体系划分模块划分的不同数学门科或者数学知识的难易程度，针对呈现出具体的虚拟数学教学场景，并且将虚拟数学教学场景生成专门的虚拟信号，进行传输使用。

优选地，所述教学场景编织终端包括虚拟教学现场信息扫描模块、数学教学资源扫描模块和虚拟场景编织模块，所述虚拟教学现场信息扫描模块通过扫描技术，获取虚拟教学现场环境以及教学使用人员以及接收人员信息等虚拟教学现场信息，用于后续虚拟现场教学课堂搭建使用，所述数学教学资源扫描模块利用大数据扫描技术在数学知识资源模块中进行针对扫描，根据虚拟现场教学课堂的实际教学需求实时需要下载对应的数学教学知识数据，供虚拟现场教学课堂教学使用，所述虚拟场景编织模块最后使用，根据虚拟教学现场信息和对应的数学教学知识数据，搭建完成对应的虚拟现场教学课堂，供教学使用人员以及接收人员集中或者分散使用。

优选地，所述虚拟现实场景交互终端包括虚拟现场教学课堂搭建模块、虚拟现场教学课堂参数调整模块以及虚拟现场教学课堂启停模块，所述虚拟现场教学课堂搭建模块可以通过采集到的虚拟教学现场信息和对应的数学教学知识数据，从数学知识资源模块中众多虚拟现场教学课堂里进行针对筛选，选择并确定搭建适当的虚拟现场教学课堂，所述虚拟现场教学课堂参数调整模块可以根据虚拟现场教学课堂使用情况以及教学接收人员的实时反馈，对虚拟现场教学课堂进行视觉、听觉或者环境因素等参数的调整，所述虚拟现场教学课堂启停模块可以一键对虚拟现场教学课堂实现开启或者停止，是虚拟课堂区别于现实课堂的最大之处。

优选地，所述3D投影展示终端包括数据导入模块、指令操作模块、语音讲解模块以及人机交互模块，是数学教学系统以及虚拟现场教学课堂的教学显示终端。

优选地，所述数据导入模块，可以将虚拟现场教学课堂所需要的教学知识信息导入，避免重复下载，所述指令操作模块主要根据教学人员的意识决定，包括图形绘制以及讲解方式的选择等命令，所述语音讲解模块识别预先建立好的混音识别模型，利用AI技术对选择的语音信息进行识别并在虚拟现场教学课堂使用，所述人机交互模块可以读取教学人员以及使用人员的需求，并且通过语音连线等方式实现虚拟现实交流，语音讲解模块替代现实课堂中的老师讲解，可以提高学生们的受教兴趣。

优选地，以上所述关于虚拟现场教学课堂的数学教学场景搭建均基于虚拟现实技术。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明中，数学教学资源库终端包括数学知识资源模块、数学知识体系划分模块以及信号模拟传输模块，从一开始的数学知识整合，到后续的对数学知识进行数学门科体系划分或者是根据数学知识难易程度进行的划分，都可以将教学知识进行针对讲解，针对学生们的接收理解程度搭建不同深度的虚拟现场教学课堂，有利于学生们对数学知识的掌握，信号模拟传输模块利用模拟信号代替传统的黑板板书，极大的提高了学生们的课堂兴趣，进一步提高了学生们的接收兴趣，有利于对数学知识的集中传授，整个终端设计巧妙，使用方便；

2、本发明中，虚拟现实场景交互终端包括虚拟现场教学课堂搭建模块、虚拟现场教学课堂参数调整模块以及虚拟现场教学课堂启停模块，其中主要的搭建需求都可以根据使用人员以及受教人员的具体需求来进行针对切换，充满多样性，最主要是可以实时进行视觉、听觉或者环境因素等参数的调整，使得虚拟现场教学课堂充满丰富性，进而提高整体的体验感；

3、本发明中，3D投影展示终端包括数据导入模块、指令操作模块、语音讲解模块以及人机交互模块，数据导入可以将虚拟现场教学课堂所需要的数学知识进行整合下载，避免知识储备不足等情况，指令操作模块可以根据使用人员以及受教人员的具体需求来进行，加强了两者之间的互动，提高课堂的生动性，语音讲解模块可以选择的声音类型丰富，可以随时切换，人机交互模块可以方便使用人员以及受教人员之间进行虚拟互动，这些都极大提高了虚拟现场教学课堂的数学教学丰富性，也就是提高了交互感。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参阅图1，本发明为基于虚拟现实的数学教学系统，包括虚拟教学现场以及设置于虚拟教学现场内部的教学场景编织终端、虚拟现实场景交互终端与3D投影展示终端，教学场景编织终端可以根据数学教学现场信息以及所需要的数学教学知识储备来实现资源整合，演算生成为适当且完备的数学教学应用场景，用于教学使用人员以及接收人员的集中或者分散使用，虚拟现实场景交互终端可以根据上述数学教学应用场景，配合对应的教学使用人员以及接收人员，构造呈现出不同的数学教学应用场景，并且按照实际使用要求来实现相应的基于虚拟现实技术的虚拟现实数学教学操作，3D投影展示终端主要运用到裸眼3D投影仪以及接收使用人员佩戴的3D眼镜，其中3D眼镜只在必要且特定的使用场景下使用。

进一步地，虚拟教学现场还包括数学教学资源库终端，数学教学资源库终端主要作用是存储数学教学数据，并且具备实时拷贝或者实时读取数学教学数据的功能，一般通过数据存储的方式存储在对应的电脑终端或者存储设备中。

进一步地，数学教学资源库终端包括数学知识资源模块、数学知识体系划分模块以及信号模拟传输模块，数学知识资源模块用于存储或者读取相应体系划分下的数学教学知识数据，并供给对应的数学教学应用场景使用，数学知识体系划分模块可以对数学知识资源模块中的数学知识资源进行针对划分，可以根据数学门科来进行划分处理，也可以根据数学知识的难易程度进行划分处理，在严格划分下对所有的数学教学知识进行体系划分，并且利用标注手段对对应体系进行标识，并存储对应的标示信息，信号模拟传输模块可以根据数学知识资源模块划分的不同类型的数学教学知识数据，以及数学知识体系划分模块划分的不同数学门科或者数学知识的难易程度，针对呈现出具体的虚拟数学教学场景，并且将虚拟数学教学场景生成专门的虚拟信号，进行传输使用。

进一步地，教学场景编织终端包括虚拟教学现场信息扫描模块、数学教学资源扫描模块和虚拟场景编织模块，虚拟教学现场信息扫描模块通过扫描技术，获取虚拟教学现场环境以及教学使用人员以及接收人员信息等虚拟教学现场信息，用于后续虚拟现场教学课堂搭建使用，数学教学资源扫描模块利用大数据扫描技术在数学知识资源模块中进行针对扫描，根据虚拟现场教学课堂的实际教学需求实时需要下载对应的数学教学知识数据，供虚拟现场教学课堂教学使用，虚拟场景编织模块最后使用，根据虚拟教学现场信息和对应的数学教学知识数据，搭建完成对应的虚拟现场教学课堂，供教学使用人员以及接收人员集中或者分散使用。

进一步地，虚拟现实场景交互终端包括虚拟现场教学课堂搭建模块、虚拟现场教学课堂参数调整模块以及虚拟现场教学课堂启停模块，虚拟现场教学课堂搭建模块可以通过采集到的虚拟教学现场信息和对应的数学教学知识数据，从数学知识资源模块中众多虚拟现场教学课堂里进行针对筛选，选择并确定搭建适当的虚拟现场教学课堂，虚拟现场教学课堂参数调整模块可以根据虚拟现场教学课堂使用情况以及教学接收人员的实时反馈，对虚拟现场教学课堂进行视觉、听觉或者环境因素等参数的调整，虚拟现场教学课堂启停模块可以一键对虚拟现场教学课堂实现开启或者停止，是虚拟课堂区别于现实课堂的最大之处。

进一步地，3D投影展示终端包括数据导入模块、指令操作模块、语音讲解模块以及人机交互模块，是数学教学系统以及虚拟现场教学课堂的教学显示终端。

进一步地，数据导入模块，可以将虚拟现场教学课堂所需要的教学知识信息导入，避免重复下载，指令操作模块主要根据教学人员的意识决定，包括图形绘制以及讲解方式的选择等命令，语音讲解模块识别预先建立好的混音识别模型，利用AI技术对选择的语音信息进行识别并在虚拟现场教学课堂使用，人机交互模块可以读取教学人员以及使用人员的需求，并且通过语音连线等方式实现虚拟现实交流，语音讲解模块替代现实课堂中的老师讲解，可以提高学生们的受教兴趣。

进一步地，以上关于虚拟现场教学课堂的数学教学场景搭建均基于虚拟现实技术。

本发明的工作原理为：

教学场景编织终端包括虚拟教学现场信息扫描模块、数学教学资源扫描模块和虚拟场景编织模块，可以根据数学教学现场信息以及所需要的数学教学知识储备来实现资源整合，演算生成为适当且完备的数学教学应用场景，用于教学使用人员以及接收人员的集中或者分散使用，虚拟现实场景交互终端虚拟现场教学课堂搭建模块、虚拟现场教学课堂参数调整模块以及虚拟现场教学课堂启停模块，可以根据上述数学教学应用场景，配合对应的教学使用人员以及接收人员，构造呈现出不同的数学教学应用场景，并且按照实际使用要求来实现相应的基于虚拟现实技术的虚拟现实数学教学操作，3D投影展示终端主要运用到裸眼3D投影仪以及接收使用人员佩戴的3D眼镜，是数学教学系统以及虚拟现场教学课堂的教学显示终端，基于虚拟现实技术的运用，提高数学教学系统的教学质量和教学效率。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界。