[發明專利]一種基于VR環境下的過程控制實驗教學的方法及系統

在審

• 申請號: 201711223624.X
• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN107862920A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 孫縣勝;張捷
• 申請（專利權）人: 桂林藍港科技有限公司
• 主分類號: G09B5/06
• 分類號: G09B5/06
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司11212
• 代理人: 楊立,周玉婷

技術領域

本發明屬于實驗教學領域，尤其涉及一種基于VR環境的實驗教學的方法及系統。

背景技術

目前，過程控制實驗裝置種類繁多，各種鍋爐，換熱器，精餾器等等，有按實際對象打造的，有簡化結構打造的，實驗較為直觀，但是存在著以下幾個缺點:第一，和真正的工業過程相比，存在著實驗效果單一，缺乏動態特征的問題，第二，即使是簡化實驗裝置也需要耗費實驗材料，才能完成實地操作，成本較高，并且反應流程時間長，不利于現場教學。而如果使用水作為介質的話，它的動態特性少，滿足不了各類新興學科的教學與科學研究的需要。第三，完全打造出一個實驗裝置，價格高投資大，結構復雜，且占地面積大，只能供一到兩名學生使用，若有多套裝置的實驗室就顯得很擁擠。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：現有的實驗室空間有限，難以滿足大量的實驗操作，且實際實驗的成本高。

為解決上面的技術問題，本發明提供了一種基于VR環境的實驗教學的方法，

預先在VR頭戴儀中存儲真實的實驗室的場景以及實驗室內的各種實驗設備的圖像信息，所述圖像信息用于模擬所述實驗室的場景，該方法包括：

S1，根據實驗要求、所述VR頭戴儀中展示的實驗室場景和實驗設備，通過控制手柄在所述實驗室的場景中預定區域內進行虛擬的實驗操作；

S2，信號連接設備通過感知用戶在所述實驗操作中的運動信息來獲取所述實驗操作中的實驗信息，并將所述實驗信息發送給算法集成模擬設備；

S3，所述算法集成模擬設備根據所述實驗信息模擬計算實驗結果，判斷所述實驗結果是否在預設值范圍內，若是，則執行步驟S4；若否，則根據所述實驗結果反饋對應的控制信號給所述VR頭戴儀中的控制器，以便所述控制器根據所述控制信號提示用戶調整相應的所述實驗操作，并執行步驟S2-S3；

S4，將所述實驗結果發送給顯示設備，以顯示所述實驗結果。

本發明的有益效果：在VR環境下，設備搭建、管路手動閥等可靈活安排，操作方便，簡化實驗的流路；另外根據實驗需要可準確、靈活地進行調換與調整，節約了實驗時間，同時由于實驗節約了場地、各類原材料和設施，大大降低了實驗成本。

進一步地，通過控制手柄進行虛擬的實驗操作具體包括：

通過控制手柄進行實驗設備搭建、物料添加和門閥控制的實驗操作。

進一步地，所述實驗信息包括：搭建的流程模型信息、流體的參數信息、物料添加的配制信息、門閥控制轉動的信息。

上述進一步地有益效果：既可以讓用戶體會到實際實驗操作中的進行實驗流程步驟，讓用戶清楚地了解實驗的細節，同時在虛擬的環境中可以節約實驗材料的實際成本，節約實驗的器材和實驗的空間，同樣在虛擬的空間中進行實驗操作也可以避免用戶由于實驗錯誤出現誤傷的情況，極大地提高了安全性能。

進一步地，根據所述實驗結果反饋對應的控制信號給所述VR頭戴儀中的控制器，以便所述控制器根據所述控制信號提示用戶調整相應的所述實驗操作包括：

根據所述實驗結果反饋對應的語音控制信號給所述VR頭戴儀中的語音控制器，以便語音控制器根據所述語音控制信號控制用戶調整相應的所述實驗操作。

進一步地，所述運動信息包括：姿勢體感信息和位置變化信息。

本發明還涉及一種基于VR環境下控制實驗教學裝置的系統，

該系統包括：VR輸入控制設備、信號連接設備、算法集成模擬設備和顯示設備；所述VR輸入控制設備包括：VR頭戴儀和控制手柄，所述VR頭戴儀中預先存儲真實的實驗室的場景以及實驗室內的各種實驗設備的圖像信息，用于模擬所述實驗室的場景；

所述VR輸入控制設備，用于根據實驗要求、所述VR頭戴儀中展示的真實實驗室場景和實驗設備，通過控制手柄在所述實驗室的場景中預定區域內進行虛擬的實驗操作；

所述信號連接設備，用于通過感知用戶在所述實驗操作中的運動信息來獲取所述實驗操作中的實驗信息，并將所述實驗信息發送給算法集成模擬設備；

所述算法集成模擬設備，用于根據所述實驗信息模擬計算實驗結果，判斷所述實驗結果是否在預設值范圍內，若是，將所述實驗結果發送給所述顯示設備；若否，則根據所述實驗結果反饋對應的控制信號給所述VR頭戴儀中的控制器，以便所述控制器根據所述控制信號提示用戶調整相應的所述實驗操作；

所述顯示設備，用于顯示所述實驗結果。