[發(fā)明專利]一種具有增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)功能化工廠的教學(xué)參觀設(shè)備

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711365336.8
• 申請日: 2017-12-18
• 公開（公告）號: CN108109460A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭龍江;張彩江;張立國;王松;郭文龍;蓋帥
• 申請（專利權(quán)）人: 燕山大學(xué)
• 主分類號: G09B9/00
• 分類號: G09B9/00
• 代理公司: 秦皇島一誠知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 13116
• 代理人: 李合印

本發(fā)明公開了一種具有增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)功能的化工廠教學(xué)參觀設(shè)備。該設(shè)備由移動小車、上位機(jī)以及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭盔組成，移動小車按照特定的軌跡在工廠內(nèi)行走，其上部安裝相機(jī)，代替人眼觀察工廠內(nèi)場景，將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，在上位機(jī)中利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將虛擬的文字信息以及各個設(shè)備的三維模型疊加到真實(shí)的工廠場景數(shù)據(jù)中，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭盔接收來自上位機(jī)的虛實(shí)混合場景數(shù)據(jù)，通過佩戴增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭盔模擬一種在工廠內(nèi)行走的沉浸式體驗(yàn)。本發(fā)明采用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，模擬一種在工廠內(nèi)行走的真三維沉浸式體驗(yàn)，學(xué)生在獲得真實(shí)體驗(yàn)的同時避免在工廠內(nèi)真實(shí)參觀的各種危險情況。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)功能化工廠的教學(xué)參觀設(shè)備,它是一種具有增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)沉浸式體驗(yàn)以及遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)操作的教學(xué)參觀設(shè)備。

背景技術(shù)

目前各工科院校對于化工專業(yè)等課程的教學(xué)，大部分只是以簡單的圖文形式來進(jìn)行教學(xué)，這種教學(xué)模式枯燥乏味，不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)習(xí)這些課程的學(xué)生對化工生產(chǎn)過程沒有全面、直觀的認(rèn)識，不了解各個大型設(shè)備的運(yùn)行原理以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，畢業(yè)生缺乏相應(yīng)的專業(yè)技能，難以滿足企業(yè)對于人才的需求。雖然部分大學(xué)在圖文教學(xué)的同時，組織學(xué)生去工廠實(shí)地參觀，但是參觀時間短，不能對整個生產(chǎn)過程進(jìn)行了解，而且化工生產(chǎn)過程危險系數(shù)高，難以保障學(xué)生的人身安全。另外，大批學(xué)生的參觀間接影響工廠的生產(chǎn)效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種具有增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)功能的化工廠教學(xué)參觀設(shè)備。該設(shè)備由移動小車、上位機(jī)以及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭盔組成，移動小車按照特定的軌跡在工廠內(nèi)行走，其上部安裝攝像機(jī)，代替人眼觀察工廠內(nèi)場景，將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，在上位機(jī)中利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將虛擬的文字信息以及各個設(shè)備的三維模型疊加到真實(shí)的工廠場景數(shù)據(jù)中，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭盔接收來自上位機(jī)的虛實(shí)混合場景數(shù)據(jù)，通過佩戴增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭盔模擬一種在工廠內(nèi)行走的沉浸式體驗(yàn)。

為了解決上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種具有增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)功能的化工廠教學(xué)參觀設(shè)備，該設(shè)備由移動小車、上位機(jī)以及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭盔組成；所述移動小車上安裝有攝像機(jī)用于采集工廠內(nèi)場景數(shù)據(jù)，通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)剿錾衔粰C(jī)，所述上位機(jī)采用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)將虛擬信息疊加到工廠內(nèi)的真實(shí)場景數(shù)據(jù)中，再傳輸?shù)剿鲈鰪?qiáng)現(xiàn)實(shí)頭盔中，所述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭盔能夠使佩戴者模擬一種在工廠內(nèi)行走的真三維沉浸式體驗(yàn)，并通過疊加到場景中的虛擬信息能夠進(jìn)一步學(xué)習(xí)工廠內(nèi)各個設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及內(nèi)部構(gòu)造；所述無線網(wǎng)絡(luò)由ZigBee搭建，覆蓋整個工廠范圍。

所述移動小車是由STM32單片機(jī)控制驅(qū)動小車電機(jī)，按照設(shè)定的軌跡在工廠內(nèi)移動，通過所述上位機(jī)控制所述移動小車的移動和停止；所述移動小車上的攝像機(jī)通過所述上位機(jī)控制其轉(zhuǎn)動角度，以不同的視角采集工廠內(nèi)場景數(shù)據(jù)；所述移動小車將采集的工廠內(nèi)場景數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時地傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。

所述上位機(jī)包括第一上位機(jī)和第二上位機(jī)，第一上位機(jī)位于所述移動小車上，用于接收所述移動小車采集的實(shí)時視頻數(shù)據(jù)；第二上位機(jī)位于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭盔上，第一上位機(jī)和第二上位機(jī)之間利用云服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及命令傳遞，并能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程操控；第二上位機(jī)在接收到工廠內(nèi)的實(shí)時數(shù)據(jù)之后，通過識別工廠內(nèi)設(shè)備上的標(biāo)識物，對各個設(shè)備進(jìn)行識別定位，利用三維注冊技術(shù)將虛擬信息疊加到真實(shí)的設(shè)備周圍，得到增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的虛實(shí)混合數(shù)據(jù)，并且通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)剿鲈鰪?qiáng)現(xiàn)實(shí)頭盔；所述移動小車的移動和停止、所述攝像機(jī)轉(zhuǎn)動角度以及所述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭盔中虛擬信息的顯示，均通過第二上位機(jī)操控；所述虛擬信息包括工廠設(shè)備的文字介紹，以及設(shè)備的三維模型；所述三維模型是根據(jù)工廠設(shè)備內(nèi)部的真實(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，能夠模擬該設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并能夠?qū)θS模型進(jìn)行一鍵拆解，直觀展現(xiàn)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

所述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭盔通過無線網(wǎng)絡(luò)從第二上位機(jī)接收經(jīng)過疊加混合的工廠內(nèi)場景數(shù)據(jù)，將其投影到頭盔前方的鏡片中。學(xué)員通過佩戴增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭盔模擬一種在工廠內(nèi)行走的真三維沉浸式體驗(yàn)，并通過疊加的虛擬信息，如設(shè)備的三維模型進(jìn)一步學(xué)習(xí)工廠內(nèi)各個設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及內(nèi)部構(gòu)造。