基于虚拟现实的儿童智力开发教学方法与系统与流程

1.本发明涉及智能教学的技术领域，特别涉及基于虚拟现实的儿童智力开发教学方法与系统。


背景技术：

2.虚拟现实技术已经广泛应用于教学中，利用虚拟现实技术能够为学生构建相应的虚拟现实教学场景，这样学生能够在不受时间和地点限制的情况下，随时随地地获得相应的课程学习。目前，虚拟现实技术最常用的一个应用实例就是通过虚拟现实眼镜为儿童提供虚拟现实化的互动学习场景，从而对儿童的智力进行开发，但是这种方式只是局限于在虚拟现实场景中对儿童进行程序化的提问，其无法根据儿童佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中的动作姿势，实时调整对儿童的提问状态，从而无法为儿童提供个性化和与儿童学习匹配度更高的虚拟现实智力开发教学模式。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的缺陷，本发明提供基于虚拟现实的儿童智力开发教学方法与系统，其利用虚拟现实眼镜中的三轴加速度传感器，采集儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中，该虚拟现实眼镜对应的三轴加速度信息，并该三轴加速度信息，确定该虚拟现实眼镜的第一姿态角度，并且利用虚拟现实眼镜中的角速度传感器，采集儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中，该虚拟现实眼镜对应的运动角速度信息，并根据该运动角速度信息，确定该虚拟现实眼镜的第二姿态角度，最后根据该第一姿态角度和所述第二姿态角度，确定儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中的头部朝向信息；再根据该头部朝向信息，调整通过虚拟现实眼镜对及儿童进行提问的次数；可见，该基于虚拟现实的儿童智力开发教学方法和系统利用三轴加速度传感器和角速度传感器分别采集儿童佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中对应的三轴加速度信息和运动角速度信息，以此分别确定与虚拟现实眼镜在运动加速度和运动角速度上相关的第一姿态角度和第二姿态角度，以此确定儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中的头部朝向信息和调整对儿童进行提问的次数，由于该头部朝向信息与儿童的学习专注程度相关，这样能够最大限度地提高与儿童进行互动提问的个性化程度和匹配程度，以及保证在不同虚拟现实场景下能够提高儿童学习的积极性和智力开发有效性。
4.本发明提供基于虚拟现实的儿童智力开发教学方法，其特征在于，其包括如下步骤：
5.步骤s1，利用虚拟现实眼镜中的三轴加速度传感器，采集儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中，所述虚拟现实眼镜对应的三轴加速度信息，并根据所述三轴加速度信息，确定所述虚拟现实眼镜的第一姿态角度；
6.步骤s2，利用虚拟现实眼镜中的角速度传感器，采集儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中，所述虚拟现实眼镜对应的运动角速度信息，并根据所述运动角速度信息，确
定所述虚拟现实眼镜的第二姿态角度；
7.步骤s3，根据所述第一姿态角度和所述第二姿态角度，确定儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中的头部朝向信息；再根据所述头部朝向信息，调整通过虚拟现实眼镜对及儿童进行提问的次数；
8.进一步，在所述步骤s1中，利用虚拟现实眼镜中的三轴加速度传感器，采集儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中，所述虚拟现实眼镜对应的三轴加速度信息，并根据所述三轴加速度信息，确定所述虚拟现实眼镜的第一姿态角度具体包括：
9.步骤s101，利用虚拟现实眼镜中的三轴加速度传感器，于儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中，连续采集所述虚拟现实眼镜对应的三轴加速度信息，从而得到所述虚拟现实眼镜在学习过程中不同时刻的一系列三轴加速度值；
10.步骤s102，利用下面公式(1)，根据所述一系列三轴加速度值，确定所述第一姿态角度，
[0011][0012]
在上述公式(1)中，f
t
表示在学习过程中t时刻对应的第一姿态角度，a
t
表示在t时刻的三轴加速度向量，即a
t
＝(a
xt
，a
yt
，a
zt
)，a
xt
、a
yt
、a
zt
分别表示在t时刻x轴方向、y轴方向、z轴方向的加速度值，a
t
‑1表示在t
‑
1时刻的三轴加速度向量，即a
t
‑1＝(a
xt
‑1，a
yt
‑1，a
zt
‑
1)，a
xt
、a
yt
、a
zt
分别表示在t
‑
1时刻x轴方向、y轴方向、z轴方向的加速度值，||a
t
||表示对三轴加速度向量a
t
进行取模运算，||a
t
‑1||表示对三轴加速度向量a
t
‑1进行取模运算；
[0013]
进一步，在所述步骤s2中，利用虚拟现实眼镜中的角速度传感器，采集儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中，所述虚拟现实眼镜对应的运动角速度信息，并根据所述运动角速度信息，确定所述虚拟现实眼镜的第二姿态角度具体包括：
[0014]
步骤s201，利用虚拟现实眼镜中的角速度传感器，于儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中，连续采集所述虚拟现实眼镜对应的运动角速度信息，从而得到所述虚拟现实眼镜在学习过程中不同时刻的一系列运动角速度值；
[0015]
步骤s201，利用下面公式(2)，根据所述一系列运动角速度值，确定所述第二姿态角度，
[0016][0017]
在上述公式(2)中，j
t
表示在学习过程中t时刻对应的第二姿态角度，j
t
‑1表示在学习过程中t
‑
1时刻对应的第二姿态角度，分别表示在t 时刻x轴方向、y轴方向、z轴方向的运动角速度值，分别表示在t
‑
1时刻x轴方向、y轴方向、z轴方向的运动角速度值表示，δt表示t时刻与t
‑
1时刻之间的时间间隔，表示叉乘运算符号；
[0018]
进一步，在所述步骤s3中，根据所述第一姿态角度和所述第二姿态角度，确定儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中的头部朝向信息；再根据所述头部朝向信息，调整通过虚拟现实眼镜对及儿童进行提问的次数具体包括：
[0019]
步骤s301，利用下面公式(3)，确定儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中的头部相对于水平面的偏离角度，
[0020][0021]
在上述公式(3)中，q
t
表示在学习过程中t时刻儿童的头部相对于水平面的偏离角度，ε1表示在学习过程中t时刻三轴加速度传感器采集三轴加速度信息对应的误差系数，ε2表示在学习过程中t时刻角速度传感器采集运动角速度信息对应的误差系数，δt表示t时刻与t
‑
1时刻之间的时间间隔，α表示三轴加速度传感器的三轴加速度信息采集时间响应度，β表示角速度传感器的运动角速度信息采集时间响应度，μ
t
表示虚拟现实眼镜显示图像过程中对应的图像帧切换时间间隔；
[0022]
步骤s302，利用下面公式(4)，确定儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中与虚拟现实眼镜之间的互动活跃程度评价值，
[0023][0024]
在上述公式(4)中，s
t
表示儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中从t 时刻起之后的10秒内、儿童的与虚拟现实眼镜之间的互动活跃程度评价值；当s
t
＝1时，表示儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中从t时刻起之后的10 秒内、儿童的与虚拟现实眼镜之间存在互动问答行为，当s
t
＝0时，表示儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中从t时刻起之后的10秒内、儿童的与虚拟现实眼镜之间不存在互动问答行为，u()表示阶跃函数，当括号内的数值大于或者等于0时，阶跃函数的取值为1，当括号内的数值小于0时，阶跃函数的取值为0，q
i
表示在学习过程中i时刻儿童的头部相对于水平面的偏离角度、且 i＝t
‑
t 9；
[0025]
步骤s303，当s
t
＝1时，减少通过虚拟现实眼镜对及儿童进行提问的次数；当s
t
＝0时，增加通过虚拟现实眼镜对及儿童进行提问的次数。
[0026]
本发明还提供基于虚拟现实的儿童智力开发教学系统，其特征在于，其包括虚拟现实眼镜第一姿态角度确定模块、虚拟现实眼镜第二姿态角度确定模块、儿童头部朝向确定模块和提问次数调整模块；其中，
[0027]
所述虚拟现实眼镜第一姿态角度确定模块用于利用虚拟现实眼镜中的三轴加速度传感器，采集儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中，所述虚拟现实眼镜对应的三轴加速度信息，并根据所述三轴加速度信息，确定所述虚拟现实眼镜的第一姿态角度；
[0028]
所述虚拟现实眼镜第二姿态角度确定模块用于利用虚拟现实眼镜中的角速度传感器，采集儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中，所述虚拟现实眼镜对应的运动角速度信息，并根据所述运动角速度信息，确定所述虚拟现实眼镜的第二姿态角度；
[0029]
所述儿童头部朝向确定模块用于根据所述第一姿态角度和所述第二姿态角度，确定儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中的头部朝向信息；
[0030]
所述提问次数调整模块用于根据所述头部朝向信息，调整通过虚拟现实眼镜对及儿童进行提问的次数；
[0031]
进一步，所述虚拟现实眼镜第一姿态角度确定模块利用虚拟现实眼镜中的三轴加速度传感器，采集儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中，所述虚拟现实眼镜对应的三轴加速度信息，并根据所述三轴加速度信息，确定所述虚拟现实眼镜的第一姿态角度具体包括：
[0032]
利用虚拟现实眼镜中的三轴加速度传感器，于儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中，连续采集所述虚拟现实眼镜对应的三轴加速度信息，从而得到所述虚拟现实眼镜在学习过程中不同时刻的一系列三轴加速度值；
[0033]
再利用下面公式(1)，根据所述一系列三轴加速度值，确定所述第一姿态角度，
[0034][0035]
在上述公式(1)中，f
t
表示在学习过程中t时刻对应的第一姿态角度，a
t
表示在t时刻的三轴加速度向量，即a
t
＝(a
xt
，a
yt
，a
zt
)，a
xt
、a
yt
、a
zt
分别表示在t时刻x轴方向、y轴方向、z轴方向的加速度值，a
t
‑1表示在t
‑
1时刻的三轴加速度向量，即a
t
‑1＝(a
xt
‑1，a
yt
‑1，a
zt
‑
1)，a
xt
、a
yt
、a
zt
分别表示在t
‑
1时刻x轴方向、y轴方向、z轴方向的加速度值，||a
t
||表示对三轴加速度向量a
t
进行取模运算，||a
t
‑1||表示对三轴加速度向量a
t
‑1进行取模运算；
[0036]
进一步，所述虚拟现实眼镜第二姿态角度确定模块利用虚拟现实眼镜中的角速度传感器，采集儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中，所述虚拟现实眼镜对应的运动角速度信息，并根据所述运动角速度信息，确定所述虚拟现实眼镜的第二姿态角度具体包括：
[0037]
利用虚拟现实眼镜中的角速度传感器，于儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中，连续采集所述虚拟现实眼镜对应的运动角速度信息，从而得到所述虚拟现实眼镜在学习过程中不同时刻的一系列运动角速度值；
[0038]
再利用下面公式(2)，根据所述一系列运动角速度值，确定所述第二姿态角度，
[0039][0040]
在上述公式(2)中，j
t
表示在学习过程中t时刻对应的第二姿态角度，j
t
‑1表示在学习过程中t
‑
1时刻对应的第二姿态角度，分别表示在t 时刻x轴方向、y轴方向、z轴方向的运动角速度值，分别表示在t
‑
1时刻x轴方向、y轴方向、z轴方向的运动角速度值表示，δt表示t时刻与t
‑
1时刻之间的时间间隔，表示叉乘运算符号；
[0041]
进一步，所述儿童头部朝向确定模块根据所述第一姿态角度和所述第二姿态角度，确定儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中的头部朝向信息具体包括：
[0042]
利用下面公式(3)，确定儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中的头部相对于水平面的偏离角度，
[0043][0044]
在上述公式(3)中，q
t
表示在学习过程中t时刻儿童的头部相对于水平面的偏离角度，ε1表示在学习过程中t时刻三轴加速度传感器采集三轴加速度信息对应的误差系数，ε2表示在学习过程中t时刻角速度传感器采集运动角速度信息对应的误差系数，δt表示t时刻与t
‑
1时刻之间的时间间隔，α表示三轴加速度传感器的三轴加速度信息采集时间响应度，β表示角速度传感器的运动角速度信息采集时间响应度，μ
t
表示虚拟现实眼镜显示图像过程中对应的图像帧切换时间间隔；
[0045]
以及，
[0046]
所述提问次数调整模块用于根据所述头部朝向信息，调整通过虚拟现实眼镜对及儿童进行提问的次数具体包括：
[0047]
利用下面公式(4)，确定儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中与虚拟现实眼镜之间的互动活跃程度评价值，
[0048][0049]
在上述公式(4)中，s
t
表示儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中从t 时刻起之后的10秒内、儿童的与虚拟现实眼镜之间的互动活跃程度评价值；当s
t
＝1时，表示儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中从t时刻起之后的10 秒内、儿童的与虚拟现实眼镜之间存在互动问答行为，当s
t
＝0时，表示儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中从t时刻起之后的10秒内、儿童的与虚拟现实眼镜之间不存在互动问答行为，u()表示阶跃函数，当括号内的数值大于或者等于0时，阶跃函数的取值为1，当括号内的数值小于0时，阶跃函数的取值为0，q
i
表示在学习过程中i时刻儿童的头部相对于水平面的偏离角度、且 i＝t
‑
t 9；
[0050]
当s
t
＝1时，减少通过虚拟现实眼镜对及儿童进行提问的次数；当s
t
＝0时，增加通过虚拟现实眼镜对及儿童进行提问的次数。
[0051]
相比于现有技术，该基于虚拟现实的儿童智力开发教学方法与系统利用虚拟现实眼镜中的三轴加速度传感器，采集儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中，该虚拟现实眼镜对应的三轴加速度信息，并该三轴加速度信息，确定该虚拟现实眼镜的第一姿态角度，并且利用虚拟现实眼镜中的角速度传感器，采集儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中，该虚拟现实眼镜对应的运动角速度信息，并根据该运动角速度信息，确定该虚拟现实眼镜的第二姿态角度，最后根据该第一姿态角度和所述第二姿态角度，确定儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中的头部朝向信息；再根据该头部朝向信息，调整通过虚拟现实眼镜对及儿童进行提问的次数；可见，该基于虚拟现实的儿童智力开发教学方法和系统利用三轴加速度传感器和角速度传感器分别采集儿童佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中对应的三轴加速度信息和运动角速度信息，以此分别确定与虚拟现实眼镜在运动加速度和运动
角速度上相关的第一姿态角度和第二姿态角度，以此确定儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中的头部朝向信息和调整对儿童进行提问的次数，由于该头部朝向信息与儿童的学习专注程度相关，这样能够最大限度地提高与儿童进行互动提问的个性化程度和匹配程度，以及保证在不同虚拟现实场景下能够提高儿童学习的积极性和智力开发有效性。
[0052]
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0053]
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0054]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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。
[0055]
图1为本发明提供的基于虚拟现实的儿童智力开发教学方法的流程示意图。
[0056]
图2为本发明提供的基于虚拟现实的儿童智力开发教学系统的结构示意图。
具体实施方式
[0057]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0058]
参阅图1，为本发明实施例提供的基于虚拟现实的儿童智力开发教学方法的流程示意图。该基于虚拟现实的儿童智力开发教学方法包括如下步骤：
[0059]
步骤s1，利用虚拟现实眼镜中的三轴加速度传感器，采集儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中，该虚拟现实眼镜对应的三轴加速度信息，并根据该三轴加速度信息，确定该虚拟现实眼镜的第一姿态角度；
[0060]
步骤s2，利用虚拟现实眼镜中的角速度传感器，采集儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中，该虚拟现实眼镜对应的运动角速度信息，并根据该运动角速度信息，确定该虚拟现实眼镜的第二姿态角度；
[0061]
步骤s3，根据该第一姿态角度和该第二姿态角度，确定儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中的头部朝向信息；再根据该头部朝向信息，调整通过虚拟现实眼镜对及儿童进行提问的次数。
[0062]
上述技术方案的有益效果为：该基于虚拟现实的儿童智力开发教学方法利用三轴加速度传感器和角速度传感器分别采集儿童佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中对应的三轴加速度信息和运动角速度信息，以此分别确定与虚拟现实眼镜在运动加速度和运动角速度上相关的第一姿态角度和第二姿态角度，以此确定儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中的头部朝向信息和调整对儿童进行提问的次数，由于该头部朝向信息与儿童的学习专注程度相关，这样能够最大限度地提高与儿童进行互动提问的个性化程度和匹配程度，以
及保证在不同虚拟现实场景下能够提高儿童学习的积极性和智力开发有效性。
[0063]
优选地，在该步骤s1中，利用虚拟现实眼镜中的三轴加速度传感器，采集儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中，该虚拟现实眼镜对应的三轴加速度信息，并根据该三轴加速度信息，确定该虚拟现实眼镜的第一姿态角度具体包括：
[0064]
步骤s101，利用虚拟现实眼镜中的三轴加速度传感器，于儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中，连续采集该虚拟现实眼镜对应的三轴加速度信息，从而得到该虚拟现实眼镜在学习过程中不同时刻的一系列三轴加速度值；
[0065]
步骤s102，利用下面公式(1)，根据该一系列三轴加速度值，确定该第一姿态角度，
[0066][0067]
在上述公式(1)中，f
t
表示在学习过程中t时刻对应的第一姿态角度，a
t
表示在t时刻的三轴加速度向量，即a
t
＝(a
xt
，a
yt
，a
zt
)，a
xt
、a
yt
、a
zt
分别表示在t时刻x轴方向、y轴方向、z轴方向的加速度值，a
t
‑1表示在t
‑
1时刻的三轴加速度向量，即a
t
‑1＝(a
xt
‑1，a
yt
‑1，a
zt
‑
1)，a
xt
、a
yt
、a
zt
分别表示在t
‑
1时刻x轴方向、y轴方向、z轴方向的加速度值，||a
t
||表示对三轴加速度向量a
t
进行取模运算，||a
t
‑1||表示对三轴加速度向量a
t
‑1进行取模运算。
[0068]
上述技术方案的有益效果为：当儿童佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中，儿童的头部会不可避免发生偏转，当儿童在虚拟现实眼镜提供的虚拟现实场景进行学习时，若儿童处于不专注的状态，其头部会发生较大幅度的运动偏转，通过设置在虚拟现实眼镜中的三轴加速度传感器，能够连续采集儿童头部运动偏转时带动三轴加速度传感器进行同步运动偏转时对应的xyz三轴方向上的一系列加速度值，这样能够提高三轴加速度值采集的实时性和准确性。此外，利用上述公式(1)，根据该一系列三轴加速度值，确定得到与儿童头部运动加速度相关的第一姿态角度，能够在儿童头部持续连续发生运动偏转的情况下，对儿童头部的运动学相关的姿态角度进行计算确定，从而提高对儿童头部运动学分析的精确性和可靠性。
[0069]
优选地，在该步骤s2中，利用虚拟现实眼镜中的角速度传感器，采集儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中，该虚拟现实眼镜对应的运动角速度信息，并根据该运动角速度信息，确定该虚拟现实眼镜的第二姿态角度具体包括：
[0070]
步骤s201，利用虚拟现实眼镜中的角速度传感器，于儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中，连续采集该虚拟现实眼镜对应的运动角速度信息，从而得到该虚拟现实眼镜在学习过程中不同时刻的一系列运动角速度值；
[0071]
步骤s201，利用下面公式(2)，根据该一系列运动角速度值，确定该第二姿态角度，
[0072][0073]
在上述公式(2)中，j
t
表示在学习过程中t时刻对应的第二姿态角度，j
t
‑1表示在学习过程中t
‑
1时刻对应的第二姿态角度，分别表示在t 时刻x轴方向、y轴方向、z轴方向的运动角速度值，分别表示在t
‑
1时刻x轴方向、y轴方
向、z轴方向的运动角速度值表示，δt表示t时刻与t
‑
1时刻之间的时间间隔，表示叉乘运算符号。
[0074]
上述技术方案的有益效果为：当儿童佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中，儿童的头部会不可避免发生角度摆动，当儿童在虚拟现实眼镜提供的虚拟现实场景进行学习，若儿童处于不专注的状态，其头部会发生较大幅度的角度摆动，通过设置在虚拟现实眼镜中的运动角速度传感器，能够连续采集儿童头部角度摆动时带动运动角速度传感器进行同步角度摆动是对应的xyz三轴方向上的一系列角速度值，这样能够提高运动角速度值采集的实时性和准确性。此外，利用上述公式(2)，根据该一系列运动角速度值，确定得到与儿童头部运动角速度相关的第二姿态角度，能够在儿童头部持续连续发生角度摆动的情况下，对儿童头部的角度姿势方位相关的姿态角度进行计算确定，从而提高对儿童头部角度姿势方位分析的精确性和可靠性。
[0075]
优选地，在该步骤s3中，根据该第一姿态角度和该第二姿态角度，确定儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中的头部朝向信息；再根据该头部朝向信息，调整通过虚拟现实眼镜对及儿童进行提问的次数具体包括：
[0076]
步骤s301，利用下面公式(3)，确定儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中的头部相对于水平面的偏离角度，εαβδμ
[0077][0078]
在上述公式(3)中，q
t
表示在学习过程中t时刻儿童的头部相对于水平面的偏离角度，ε1表示在学习过程中t时刻三轴加速度传感器采集三轴加速度信息对应的误差系数，ε2表示在学习过程中t时刻角速度传感器采集运动角速度信息对应的误差系数，δt表示t时刻与t
‑
1时刻之间的时间间隔，α表示三轴加速度传感器的三轴加速度信息采集时间响应度，β表示角速度传感器的运动角速度信息采集时间响应度，μ
t
表示虚拟现实眼镜显示图像过程中对应的图像帧切换时间间隔；其中，该三轴加速度传感器的三轴加速度信息采集时间响应度α是指该三轴加速度传感器从接收到三轴加速度信息采集触发指令起至该三轴加速度传感器实际采集三轴加速度信息之间的时间间隔；该角速度传感器的运动角速度信息采集时间响应度β是指该角速度传感器从接收到运动角速度信息触发指令起至该角速度传感器实际采集运动角速度信息之间的时间间隔；
[0079]
步骤s302，利用下面公式(4)，确定儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中与虚拟现实眼镜之间的互动活跃程度评价值，
[0080][0081]
在上述公式(4)中，s
t
表示儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中从t 时刻起之后的10秒内、儿童的与虚拟现实眼镜之间的互动活跃程度评价值；当s
t
＝1时，表示儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中从t时刻起之后的10 秒内、儿童的与虚拟现实眼镜之
间存在互动问答行为，当s
t
＝0时，表示儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中从t时刻起之后的10秒内、儿童的与虚拟现实眼镜之间不存在互动问答行为，u()表示阶跃函数，当括号内的数值大于或者等于0时，阶跃函数的取值为1，当括号内的数值小于0时，阶跃函数的取值为0，q
i
表示在学习过程中i时刻儿童的头部相对于水平面的偏离角度、且 i＝t
‑
t 9；
[0082]
步骤s303，当s
t
＝1时，减少通过虚拟现实眼镜对及儿童进行提问的次数；当s
t
＝0时，增加通过虚拟现实眼镜对及儿童进行提问的次数。
[0083]
上述技术方案的有益效果为：由于儿童头部对应的运动偏转加速度和角度摆动角速度会影响儿童头部的整体状态，而利用上述公式(3)，能够将该第一姿态角度和该第二姿态角度进行综合考虑，从而在运动加速度和运动角速度的双重作用下，准确地计算得到儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中的头部相对于水平面的偏离角度，以此提高对儿童头部动作状态确定的置信度和可靠性。当儿童处于不专注状态时，其头部通常会发生较大篇幅的动作，相反当儿童处于专注状态时，其头部通常会保持较为平稳的状态，利用上述公式(4)，能够将儿童在学习过程中与虚拟现实眼镜之间的互动活跃程度进行量化评价，以便于为后续调整通过虚拟现实眼镜对及儿童进行提问的次数提供可靠的依据。
[0084]
参阅图2，为本发明实施例提供的基于虚拟现实的儿童智力开发教学系统的结构示意图。该基于虚拟现实的儿童智力开发教学系统包括虚拟现实眼镜第一姿态角度确定模块、虚拟现实眼镜第二姿态角度确定模块、儿童头部朝向确定模块和提问次数调整模块；其中，
[0085]
该虚拟现实眼镜第一姿态角度确定模块用于利用虚拟现实眼镜中的三轴加速度传感器，采集儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中，该虚拟现实眼镜对应的三轴加速度信息，并根据该三轴加速度信息，确定该虚拟现实眼镜的第一姿态角度；
[0086]
该虚拟现实眼镜第二姿态角度确定模块用于利用虚拟现实眼镜中的角速度传感器，采集儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中，该虚拟现实眼镜对应的运动角速度信息，并根据该运动角速度信息，确定该虚拟现实眼镜的第二姿态角度；
[0087]
该儿童头部朝向确定模块用于根据该第一姿态角度和该第二姿态角度，确定儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中的头部朝向信息；
[0088]
该提问次数调整模块用于根据该头部朝向信息，调整通过虚拟现实眼镜对及儿童进行提问的次数。
[0089]
上述技术方案的有益效果为：该基于虚拟现实的儿童智力开发教学系统利用三轴加速度传感器和角速度传感器分别采集儿童佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中对应的三轴加速度信息和运动角速度信息，以此分别确定与虚拟现实眼镜在运动加速度和运动角速度上相关的第一姿态角度和第二姿态角度，以此确定儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中的头部朝向信息和调整对儿童进行提问的次数，由于该头部朝向信息与儿童的学习专注程度相关，这样能够最大限度地提高与儿童进行互动提问的个性化程度和匹配程度，以及保证在不同虚拟现实场景下能够提高儿童学习的积极性和智力开发有效性。
[0090]
优选地，该虚拟现实眼镜第一姿态角度确定模块利用虚拟现实眼镜中的三轴加速度传感器，采集儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中，该虚拟现实眼镜对应的三轴加速度信息，并根据该三轴加速度信息，确定该虚拟现实眼镜的第一姿态角度具体包括：
[0091]
利用虚拟现实眼镜中的三轴加速度传感器，于儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中，连续采集该虚拟现实眼镜对应的三轴加速度信息，从而得到该虚拟现实眼镜在学习过程中不同时刻的一系列三轴加速度值；
[0092]
再利用下面公式(1)，根据该一系列三轴加速度值，确定该第一姿态角度，
[0093][0094]
在上述公式(1)中，f
t
表示在学习过程中t时刻对应的第一姿态角度，a
t
表示在t时刻的三轴加速度向量，即a
t
＝(a
xt
，a
yt
，a
zt
)，a
xt
、a
yt
、a
zt
分别表示在t时刻x轴方向、y轴方向、z轴方向的加速度值，a
t
‑1表示在t
‑
1时刻的三轴加速度向量，即a
t
‑1＝(a
xt
‑1，a
yt
‑1，a
zt
‑
1)，a
xt
、a
yt
、a
zt
分别表示在t
‑
1时刻x轴方向、y轴方向、z轴方向的加速度值，||a
t
||表示对三轴加速度向量a
t
进行取模运算，||a
t
‑1||表示对三轴加速度向量a
t
‑1进行取模运算。
[0095]
上述技术方案的有益效果为：当儿童佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中，儿童的头部会不可避免发生偏转，当儿童在虚拟现实眼镜提供的虚拟现实场景进行学习时，若儿童处于不专注的状态，其头部会发生较大幅度的运动偏转，通过设置在虚拟现实眼镜中的三轴加速度传感器，能够连续采集儿童头部运动偏转时带动三轴加速度传感器进行同步运动偏转时对应的xyz三轴方向上的一系列加速度值，这样能够提高三轴加速度值采集的实时性和准确性。此外，利用上述公式(1)，根据该一系列三轴加速度值，确定得到与儿童头部运动加速度相关的第一姿态角度，能够在儿童头部持续连续发生运动偏转的情况下，对儿童头部的运动学相关的姿态角度进行计算确定，从而提高对儿童头部运动学分析的精确性和可靠性。
[0096]
优选地，该虚拟现实眼镜第二姿态角度确定模块利用虚拟现实眼镜中的角速度传感器，采集儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中，该虚拟现实眼镜对应的运动角速度信息，并根据该运动角速度信息，确定该虚拟现实眼镜的第二姿态角度具体包括：
[0097]
利用虚拟现实眼镜中的角速度传感器，于儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中，连续采集该虚拟现实眼镜对应的运动角速度信息，从而得到该虚拟现实眼镜在学习过程中不同时刻的一系列运动角速度值；
[0098]
再利用下面公式(2)，根据该一系列运动角速度值，确定该第二姿态角度，
[0099][0100]
在上述公式(2)中，j
t
表示在学习过程中t时刻对应的第二姿态角度，j
t
‑1表示在学习过程中t
‑
1时刻对应的第二姿态角度，分别表示在t 时刻x轴方向、y轴方向、z轴方向的运动角速度值，分别表示在t
‑
1时刻x轴方向、y轴方向、z轴方向的运动角速度值表示，δt表示t时刻与t
‑
1时刻之间的时间间隔，表示叉乘运算符号。
[0101]
上述技术方案的有益效果为：当儿童佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中，儿童的头部会不可避免发生角度摆动，当儿童在虚拟现实眼镜提供的虚拟现实场景进行学习，若儿童处于不专注的状态，其头部会发生较大幅度的角度摆动，通过设置在虚拟现实眼镜中
的运动角速度传感器，能够连续采集儿童头部角度摆动时带动运动角速度传感器进行同步角度摆动是对应的xyz三轴方向上的一系列角速度值，这样能够提高运动角速度值采集的实时性和准确性。此外，利用上述公式(2)，根据该一系列运动角速度值，确定得到与儿童头部运动角速度相关的第二姿态角度，能够在儿童头部持续连续发生角度摆动的情况下，对儿童头部的角度姿势方位相关的姿态角度进行计算确定，从而提高对儿童头部角度姿势方位分析的精确性和可靠性。
[0102]
优选地，该儿童头部朝向确定模块根据该第一姿态角度和该第二姿态角度，确定儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中的头部朝向信息具体包括：
[0103]
利用下面公式(3)，确定儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中的头部相对于水平面的偏离角度，εαβδμ
[0104][0105]
在上述公式(3)中，q
t
表示在学习过程中t时刻儿童的头部相对于水平面的偏离角度，ε1表示在学习过程中t时刻三轴加速度传感器采集三轴加速度信息对应的误差系数，ε2表示在学习过程中t时刻角速度传感器采集运动角速度信息对应的误差系数，δt表示t时刻与t
‑
1时刻之间的时间间隔，α表示三轴加速度传感器的三轴加速度信息采集时间响应度，β表示角速度传感器的运动角速度信息采集时间响应度，μ
t
表示虚拟现实眼镜显示图像过程中对应的图像帧切换时间间隔；其中，该三轴加速度传感器的三轴加速度信息采集时间响应度α是指该三轴加速度传感器从接收到三轴加速度信息采集触发指令起至该三轴加速度传感器实际采集三轴加速度信息之间的时间间隔；该角速度传感器的运动角速度信息采集时间响应度β是指该角速度传感器从接收到运动角速度信息触发指令起至该角速度传感器实际采集运动角速度信息之间的时间间隔；
[0106]
以及，
[0107]
该提问次数调整模块用于根据该头部朝向信息，调整通过虚拟现实眼镜对及儿童进行提问的次数具体包括：
[0108]
利用下面公式(4)，确定儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中与虚拟现实眼镜之间的互动活跃程度评价值，
[0109][0110]
在上述公式(4)中，s
t
表示儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中从t 时刻起之后的10秒内、儿童的与虚拟现实眼镜之间的互动活跃程度评价值；当s
t
＝1时，表示儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中从t时刻起之后的10 秒内、儿童的与虚拟现实眼镜之间存在互动问答行为，当s
t
＝0时，表示儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中从t时刻起之后的10秒内、儿童的与虚拟现实眼镜之间不存在互动问答行为，u()表示阶跃函数，当括号内的数值大于或者等于0时，阶跃函数的取值为1，当括号内的数值小于0时，阶跃函数
的取值为0，q
i
表示在学习过程中i时刻儿童的头部相对于水平面的偏离角度、且 i＝t
‑
t 9；
[0111]
当s
t
＝1时，减少通过虚拟现实眼镜对及儿童进行提问的次数；当s
t
＝0时，增加通过虚拟现实眼镜对及儿童进行提问的次数。
[0112]
上述技术方案的有益效果为：由于儿童头部对应的运动偏转加速度和角度摆动角速度会影响儿童头部的整体状态，而利用上述公式(3)，能够将该第一姿态角度和该第二姿态角度进行综合考虑，从而在运动加速度和运动角速度的双重作用下，准确地计算得到儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中的头部相对于水平面的偏离角度，以此提高对儿童头部动作状态确定的置信度和可靠性。当儿童处于不专注状态时，其头部通常会发生较大篇幅的动作，相反当儿童处于专注状态时，其头部通常会保持较为平稳的状态，利用上述公式(4)，能够将儿童在学习过程中与虚拟现实眼镜之间的互动活跃程度进行量化评价，以便于为后续调整通过虚拟现实眼镜对及儿童进行提问的次数提供可靠的依据。
[0113]
从上述实施例的内容可知，该基于虚拟现实的儿童智力开发教学方法与系统利用虚拟现实眼镜中的三轴加速度传感器，采集儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中，该虚拟现实眼镜对应的三轴加速度信息，并该三轴加速度信息，确定该虚拟现实眼镜的第一姿态角度，并且利用虚拟现实眼镜中的角速度传感器，采集儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中，该虚拟现实眼镜对应的运动角速度信息，并根据该运动角速度信息，确定该虚拟现实眼镜的第二姿态角度，最后根据该第一姿态角度和该第二姿态角度，确定儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中的头部朝向信息；再根据该头部朝向信息，调整通过虚拟现实眼镜对及儿童进行提问的次数；可见，该基于虚拟现实的儿童智力开发教学方法和系统利用三轴加速度传感器和角速度传感器分别采集儿童佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中对应的三轴加速度信息和运动角速度信息，以此分别确定与虚拟现实眼镜在运动加速度和运动角速度上相关的第一姿态角度和第二姿态角度，以此确定儿童在佩戴虚拟现实眼镜进行学习过程中的头部朝向信息和调整对儿童进行提问的次数，由于该头部朝向信息与儿童的学习专注程度相关，这样能够最大限度地提高与儿童进行互动提问的个性化程度和匹配程度，以及保证在不同虚拟现实场景下能够提高儿童学习的积极性和智力开发有效性。
[0114]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。