基于生成对抗网络的科学实验的模拟方法、系统及设备与流程

1.本发明实施例涉及人工智能技术领域，尤其涉及一种基于生成对抗网络的科学实验的模拟方法、系统及设备。


背景技术：

2.在教学活动中，往往需要进行科学模拟实验。然而，由于实验器材和所需材料昂贵，科学实验无法大规模展开，往往只能由老师进行实验展示或观看实验视频，学生不能亲身参与实验探究过程，导致参与感低。另外，一些科学实验所需的时间周期长达几天甚至几个月，无法在短时间内预知实验操作对应的反馈结果，从而也无法根据反馈结果及时调整实验方案，导致实验失败率高，时间成本高，实验效果不理想。
3.因此，受到硬件设施和实验时间的限制，科学实验难以在中小学生中普及，学生参与实验的机会很少，没有实验的辅助对抽象的理论知识难以理解，从而无法体验到学习科学的乐趣，增长科学探究能力，从实验经验中形成科学知识。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种基于生成对抗网络的科学实验的模拟方法、系统及设备，以实现能够根据用户上传的实验观察对象的原始图像和目标操作指令生成实验对应的模拟图像，使得科学实验不受时间、地点以及实验所需器械用品的限制，使每一位学生都能够有机会参与到科学实验中，从实验中体验学习科学的乐趣。此外，由于模拟图像被实时反馈，使得用户能够根据实时反馈的模拟图像调整实验方案，从而提高实验教育的效果。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种基于生成对抗网络的科学实验的模拟方法，应用于科学实验的模拟系统，所述科学实验的模拟系统包括图片库模块、操作项模块、知识库模块、图像生成模块和实验模拟模块，所述方法包括：
6.通过图片库模块获取实验观察对象的原始图像；
7.通过操作项模块获取用户输入的目标操作指令，所述目标操作指令为所述实验观察对象所对应科学实验的实验条件；
8.通过知识库模块生成所述目标操作指令对应的科学实验理论结果；所述科学实验理论结果为执行所述目标操作指令后，所述实验观察对象对应的理论实验结果；
9.通过图像生成模块将所述原始图像和所述科学实验理论结果输入目标网络模型，得到所述实验观察对象的模拟图像，所述模拟图像为所述目标网络模型基于所述科学实验理论结果对所述原始图像调整后的图像；
10.通过实验模拟模块显示所述模拟图像和所述原始图像。
11.进一步的，通过图片库模块获取实验观察对象的原始图像包括：
12.从数据库中获取所述实验观察对象的原始图像，或者，获取用户输入的所述实验观察对象的原始图像。
13.进一步的，通过操作项模块获取用户输入的目标操作指令包括：
14.通过操作项模块显示所述实验观察对象所对应科学实验的备选操作项，以使用户从所述备选操作项中选择目标操作项；
15.通过操作项模块获取至少一个用户输入对至少一项目标操作项的目标操作指令；
16.所述目标操作指令包括：文字、数值、列表选项的选择指令、进度条的拖动指令、触控指令和实体按钮的触发指令中的至少一个。
17.进一步的，所述通过知识库模块生成所述目标操作指令对应的科学实验理论结果，包括：
18.通过知识库模块中存储的科学实验原理，确定所述目标操作指令对应的科学实验理论结果；
19.所述科学实验原理为系统内预先存储的，或者用户输入的。
20.进一步的，所述目标网络模型为训练完备的生成对抗网络模型。
21.进一步的，在通过实验模拟模块显示所述模拟图像和所述原始图像之后，还包括：
22.通过实验模拟模块保存科学实验数据，将所述科学实验数据发送至服务器保存；
23.所述科学实验数据包括：科学实验的模拟过程信息和用户写入的笔记。
24.进一步的，还包括：
25.通过实验模拟模块向用户提供科学实验模拟所需的辅助工具和辅助信息；
26.所述辅助信息包括：实验问题描述信息、实验理论知识信息和实验须知信息。
27.第二方面，本发明实施例还提供了一种科学实验的模拟系统，该系统包括：
28.图片库模块，用于获取实验观察对象的原始图像；
29.操作项模块，用于获取用户输入的目标操作指令，所述目标操作指令为所述实验观察对象所对应科学实验的实验条件。
30.知识库模块，用于生成所述目标操作指令对应的科学实验理论结果；所述科学实验理论结果为执行所述目标操作指令后，所述实验观察对象所对应科学实验的理论结果。
31.图像生成模块，用于将所述原始图像和所述科学实验理论结果输入目标网络模型，得到所述实验观察对象的模拟图像，所述模拟图像为所述目标网络模型基于所述科学实验理论结果对所述原始图像调整后的图像。
32.实验模拟模块，用于显示所述模拟图像和所述原始图像。
33.进一步的，所述图片库模块，具体用于：
34.从数据库中获取所述实验观察对象的原始图像，或者，获取用户上传的所述实验观察对象的原始图像。
35.进一步的，所述操作项模块，具体用于：
36.通过操作项模块显示所述实验观察对象所对应科学实验的备选操作项，以使用户从所述备选操作项中选择目标操作项；
37.通过操作项模块获取至少一个用户输入对至少一项目标操作项的目标操作指令；
38.所述目标操作指令包括：文字、数值、列表选项的选择指令、进度条的拖动指令、触控指令和实体按钮的触发指令中的至少一个。
39.进一步的，所述知识库模块，具体用于：
40.通过知识库模块中存储的科学实验原理，确定所述目标操作指令对应的科学实验理论结果；
41.所述科学实验原理为系统内预先存储的，或者用户输入的。
42.可选的，所述目标网络模型为训练完备的生成对抗网络模型。
43.进一步的，所述实验模拟模块，具体用于：
44.保存科学实验数据，将所述科学实验数据发送至服务器保存；
45.所述科学实验数据包括：科学实验的模拟过程信息和用户写入的笔记。
46.进一步的，所述实验模拟模块，还用于：
47.通过实验模拟模块向用户提供科学实验模拟所需的辅助工具和辅助信息；
48.所述辅助信息包括：实验问题描述信息、实验理论知识信息和实验须知信息。
49.第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明实施例中任一所述的基于生成对抗网络的科学实验的模拟方法。
50.第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明实施例中任一所述的基于生成对抗网络的科学实验的模拟方法。
51.本发明实施例面向stem教育，提供了一种基于生成对抗网络的科学实验的模拟方法、系统及设备，通过图像生成模块将实验观察对象的原始图像和用户输入的目标操作指令对应的科学实验理论结果输入目标网络模型，得到实验观察对象的模拟图像，并通过实验模拟模块显示所述模拟图像和所述原始图像，解决实际的科学实验受到硬件设施和实验时间的限制，难以在中小学生中普及，学生参与实验的机会很少，无法从实验中体验学习科学的乐趣的问题，根据用户上传的实验观察对象的原始图像或图片库模块提取原始图像，以及目标操作指令生成实验观察对象对应的模拟图像，使得科学实验不受时间、地点以及实验所需器械用品的限制，使每一位学生都能够有机会参与到科学实验中，从实验中体验学习科学的乐趣。此外，由于模拟图像被实时反馈，使得用户能够根据实时反馈的模拟图像调整实验方案，从而提高实验成功率。
附图说明
52.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
53.图1是本发明实施例一中的一种基于生成对抗网络的科学实验的模拟方法的流程图；
54.图2是本发明实施例一中的另一种基于生成对抗网络的科学实验的模拟方法的流程图
55.图3是本发明实施例二中的一种基于生成对抗网络的科学实验的模拟方法的流程图；
56.图4是本发明实施例二中的一种实验模拟模块的界面示意图；
57.图5是本发明实施例三中的一种科学实验的模拟系统的结构示意图；
58.图6是本发明实施例四中的一种计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
59.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
60.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
61.实施例一
62.图1为本发明实施例一提供的一种基于生成对抗网络的科学实验的模拟方法的流程图，本实施例可适用于面向stem教育，通过模拟系统模拟科学实验的情况，该方法可以由本发明实施例中的科学实验的模拟系统来执行，该系统可采用软件和/或硬件的方式实现。常规的科学实验，是指根据一定目的，运用一定的仪器、设备等物质手段，在人工控制的条件下，观察、研究自然现象及其规律性的社会实践形式。本发明实施例中的科学实验的模拟，是基于科学实验模拟系统模拟实际科学实验的操作过程，所述科学实验的模拟系统包括图片库模块、操作项模块、知识库模块、图像生成模块和实验模拟模块。
63.如图1所示，该方法具体包括如下步骤：
64.s110，通过图片库模块获取实验观察对象的原始图像。
65.本发明实施例中的科学实验可以包括任何学科或领域的实验，例如可以包括stem教育课程的科学实验，stem是科学science，技术technology，工程engineering，数学mathematics四门学科的总称，stem教育课程重点之一是加强科学素养，即运用科学知识(如物理、化学、生物科学和地球空间科学)理解自然界并参与影响自然界的过程。
66.实验观察对象可以理解为科学实验过程中的观察对象，例如凸透镜成像实验中的实验观察对象可以为正在燃烧的蜡烛火焰。实验观察对象的原始图像可以理解为在实验开始前，实验观察对象所呈现的图像，例如凸透镜成像实验中实验观察对象的原始图像为一张正立放置的蜡烛火焰图像。图片库模块用于向用户提供科学实验的实验观察对象的原始图像素材。
67.可选的，通过图片库模块获取实验观察对象的原始图像包括：
68.从数据库中获取所述实验观察对象的原始图像，或者，获取用户上传的所述实验观察对象的原始图像。
69.在科学实验系统的图片库模块对应的数据库中可以预设一些常见科学实验的原始图像素材，例如可以是凸透镜成像实验中经常用到的蜡烛火焰图像、金属氧化物还原实验中所需的氧化铜图片、或者显微镜观察植物细胞实验中所需的植物细胞切片。
70.用户还可以通过图片库模块自行上传科学实验所对应实验观察对象的原始图像，实验观察对象的原始图像可以是用户从生活中真实拍摄的图像、或者绘制或合成的图像。例如在凸透镜成像实验中，用户可以通过图片库模块上传自己拍摄蜡烛火焰图像，或者任何内容的图像。
71.图片库模块中的原始图像可以有多种属性，例如可以包括图片本身属性，如图片格式、图片大小、图片维度、图像分辨率、图片总像素等属性，还可以包括用户自定义属性，例如图片名称、图片标签等。本发明实施例对此不做限制。
72.除此之外，由于不同科学实验对实验观察对象的要求不同，例如凸透镜成像实验中实验观察对象不仅可以是蜡烛火焰还可以是任何物体，但是金属氧化物还原实验中所需的实验观察对象只能是金属氧化物，例如氧化铜或氧化铁。因此，图片库模块还包括：图片识别单元和图片处理单元；图片识别单元，用于识别用户上传图像中的实验观察对象是否符合实验观察对象的要求；图片处理单元，用于对用户上传的可能包含噪点、多类对象、且清晰度不足的图像，进行剪切、滤波和图像增强等处理，将用户上传的图片素材处理成符合实验要求的实验观察对象的原始图像。
73.s120，通过操作项模块获取用户输入的目标操作指令。
74.在科学实验中，设置实验条件是一个必不可少且至关重要的环节。实验条件直接影响着实际实验结果的呈现，设置不同的实验条件，可能会得到完全不同的实际实验结果。因此，操作项模块向用户提供可控制实验条件的操作入口，，通过操作项模块获取用户输入的目标操作指令，其中，目标操作指令为实验观察对象所对应科学实验的实验条件。
75.可以理解的是，不同实验所需的实验条件也不同，尤其是对于不同学科的实验，所需实验条件差异可能极大。示例性的，实验条件可以包括：环境条件、物质条件以及时间条件。环境条件可以包括实验观察对象所处环境的温度、湿度、光照、风力、压强、降雨量和ph值等可能会对实际实验结果产生影响的环境因素，也可以是外界的作用力、噪声干扰等外界干扰条件；物质条件可以包括：实验所需的物质以及物质属性，所需的物质可以是实验设备、化学药品和实验用具等，物质属性可以是实验用具之间的距离或位置关系、药品的用量和状态，实验设备的参数等；时间条件可以是实验持续时间，例如加热时间、静置时间、反应时间等。用户输入的目标操作指令即为用户对上述实验条件的控制指令。本发明实施例中的目标操作指令仅作为示例，实际实验可能有更多不同的条件，目标操作指令的类型可以根据模拟实验的学科类别、实验内容和实验目的等信息进行确定。
76.在一个具体的例子中，在凸透镜成像实验中，用户输入的目标操作指令可以是蜡烛火焰与凸透镜之间的距离为30cm、凸透镜的焦距为10cm。在显微镜观察植物细胞实验中，用户输入的目标操作指令可以是显微镜的目镜倍数为1000倍以及目镜与植物细胞切片的距离为5mm。
77.在另一个具体的例子中，以水蒸发为水蒸气实验为例，所需实验条件为加热温度，因此，用户输入的操作指令可以为从25度室温以每秒升温5度的速度加热，则完成水沸腾所需时间为15s，使得科学实验古模拟过程不受时间、地点的限制。
78.s130，通过知识库模块生成所述目标操作指令对应的科学实验理论结果。
79.知识库模块用于存储科学实验的原理，以及在目标操作指令下，基于科学实验原理所能得到的实验观察对象对应的理论实验结果。知识库模块存储的科学实验的原理的表达形式可以为逻辑表达式，逻辑表达式包括但不限于：公式、原理、方程式、函数、文字或数学符号的任意组合。其中，科学实验理论结果为执行所述目标操作指令后，所述实验观察对象对应的理论实验结果，因此，用户输入的目标操作指令也可以作为逻辑表达式的部分内容。
80.示例性的，在凸透镜成像实验中，凸透镜成像的规律是凸透镜的成像规律是：当物距(蜡烛火焰和凸透镜之间的距离)在一倍焦距以内时，得到正立、放大的虚像；在一倍焦距到二倍焦距之间时得到倒立、放大的实像；在二倍焦距以外时，得到倒立、缩小的实像；当物
距等于焦距时，在此时不成像。当用户选取了凸透镜焦距属性为10cm时，在所述的操作项模块用户输入的目标操作指令为设置蜡烛火焰和凸透镜之间的距离为30cm，通过所述的知识库模块得知当物距在二倍焦距以外时，得到倒立、缩小的实像，因此，目标操作指令对应的科学实验理论结果为得到倒立、缩小的蜡烛火焰。
81.s140，通过图像生成模块将所述原始图像和所述科学实验理论结果输入目标网络模型，得到所述实验观察对象的模拟图像。
82.其中，模拟图像为目标网络模型基于科学实验理论结果对原始图像调整后的图像。
83.图像生成模块，用于将所述原始图像和所述科学实验理论结果作为目标网络模型的输入条件，目标网络模型自动生成实验观察对象的模拟图像。
84.示例性的，以凸透镜成像实验为例，将正立的蜡烛火焰图像作为实验观察对象的原始图像、凸透镜焦距为10cm、以及蜡烛火焰与凸透镜之间的距离为30cm，输入目标网络模型，可以得到倒立、缩小的蜡烛火焰图像。
85.s150，通过实验模拟模块显示所述模拟图像和所述原始图像。
86.实验模拟模块用于用户提供实验观察对象的原始图像和目标操作指令后，向用户实时反馈目标操作指令对应的模拟图像。实验模拟模块中可以设置有显示屏，通过显示屏对实验观察对象的模拟图像和原始图像进行实时显示。
87.在一个具体的例子中，以凸透镜成像实验为例，随着用户拖动物距调节进度条，通过实验模拟模块可以看到不同的模拟图像，或由不同时刻的模拟图像构成的实验模拟视频，即当物距在一倍焦距以内增加时，实验模拟模块上呈现得到正立、逐渐放大的蜡烛火焰图像；当物距等于焦距时，不成像；当物距增加到一倍焦距到二倍焦距之间时，在实验模拟模块上呈现倒立、逐渐放大的蜡烛火焰图像；当物距增加到二倍焦距以外时，在实验模拟模块上呈现倒立、逐渐缩小的蜡烛火焰图像。
88.通过实验模拟模块显示所述模拟图像和所述原始图像，有助于用户观察实验对象的变化，并根据模拟图像反映的实验结果现象实时调整目标操作指令或修正实验方案，使用户完成科学实验，得到理论知识对应的模拟图像或视频，从而帮助用户理解抽象的理论知识，从中体验到学习科学的乐趣。
89.示例性的，如图2所示，本发明实施例的具体步骤为：通过图片库模块获取实验观察对象的原始图像，通过操作项模块获取用户输入的目标操作指令数据，将目标操作指令数据输入知识库模块得到目标操作指令对应的科学实验理论结果，将原始图像和科学实验理论结果输入图片生成模块，得到实验观察对象的模拟图像，将模拟图像通过实验模拟模块实时反馈给用户。
90.本实施例的技术方案，通过图片库模块获取实验观察对象的原始图像；通过操作项模块获取用户输入的目标操作指令，所述目标操作指令为所述实验观察对象所对应科学实验的实验条件；通过知识库模块生成所述目标操作指令对应的科学实验理论结果；所述科学实验理论结果为执行所述目标操作指令后，所述实验观察对象对应的理论实验结果；通过图像生成模块将所述原始图像和所述科学实验理论结果输入目标网络模型，得到所述实验观察对象的模拟图像，所述模拟图像为所述目标网络模型基于所述科学实验理论结果对所述原始图像调整后的图像；通过实验模拟模块显示所述模拟图像和所述原始图像，使
得科学实验不受时间、地点以及实验所需器械用品的限制，使每一位学生都能够有机会参与到科学实验中，从实验中体验学习科学的乐趣。此外，由于模拟图像被实时反馈，使得用户能够根据实时反馈的模拟图像调整实验方案，从而提高实验成功率。
91.可选的，通过操作项模块获取用户输入的目标操作指令包括：
92.通过操作项模块显示所述实验观察对象所对应科学实验的备选操作项，以使用户从所述备选操作项中选择目标操作项；
93.通过操作项模块获取至少一个用户输入对至少一项目标操作项的目标操作指令；
94.所述目标操作指令包括：文字、数值、列表选项的选择指令、进度条的拖动指令、触控指令和实体按钮的触发指令中的至少一个。
95.由于不同的科学实验所需的实验条件各不相同，实验条件对应的操作项也不相同，因此，为了方便用户对科学实验的主要实验条件进行控制操作，可以由用户或系统设定实验观察对象的操作项作为备选操作项，并通过操作项模块显示所述实验观察对象所对应科学实验的备选操作项，供用户从备选操作项中选择当前的目标操作项，并在目标操作项对应的输入框或调节栏输入操作指令。
96.为了使科学实验模拟系统可以和实际实验操作过程更加贴近，使用户在科学实验模拟系统中进行实验操作和实际实验操作的操作项可以是输入框、列表选项、进度条、实体按钮或触控键，相对应的，目标操作指令包括：输入框中输入的文字、数值，列表选项的选择指令、进度条的拖动指令、触控键的触控指令和实体按钮的触发指令中的至少一个。
97.需要说明的是，一个实验任务可以一个或多个操作项，一个用户可以对一个或多个实验对象进行操作，也可以由多个用户进行配合对多个实验对象分别进行操作。用户通过人机交互界面进行操作后，可以存成多种形式的操作项结果，包括但不限于：数值、矩阵、坐标、时间、选择项、文字等。
98.可选的，所述通过知识库模块生成所述目标操作指令对应的科学实验理论结果，包括：
99.通过知识库模块中存储的科学实验原理，确定所述目标操作指令对应的科学实验理论结果；
100.所述科学实验原理为系统内预先存储的，或者用户输入的。
101.在一个具体的例子中，可以将中小学生基础实验或常用实验的科学实验原理预设在科学实验模拟系统的数据库内，用户只需选择实验类别中的实验名称，即可根据提示信息输入目标操作指令，并通过知识库模块中预先存储的科学实验原理，确定所述目标操作指令对应的科学实验理论结果。
102.在另一个具体的例子中，可以通过实验模拟模块获取用户自行输入的科学实验原理、实验观察对象的原始图像和操作项对应的目标操作指令，确定目标操作指令对应的科学实验理论结果。
103.基于系统内预先存储的或用户输入的科学实验原理，以及用户的操作指令完成实验并得到实验结果，使科学实验不收实验地点、实验所需实验器材的限制，使用户可以是随时随地进行科学模拟实验，从实验中体验学习科学的乐趣。
104.实施例二
105.图3为本发明实施例二中的一种基于生成对抗网络的科学实验的模拟方法的流程
图，本实施例以上述实施例为基础进行优化，在本实施例中，所述方法还包括：在通过实验模拟模块显示所述模拟图像和所述原始图像之后，还包括：通过实验模拟模块保存科学实验数据，将所述科学实验数据发送至服务器保存；所述科学实验数据包括：科学实验的模拟过程信息和用户写入的笔记。
106.如图3所示，本实施例的方法具体包括如下步骤：
107.s210，通过图片库模块获取实验观察对象的原始图像。
108.s220，通过操作项模块获取用户输入的目标操作指令，所述目标操作指令为所述实验观察对象所对应科学实验的实验条件。
109.s230，通过知识库模块生成所述目标操作指令对应的科学实验理论结果；所述科学实验理论结果为执行所述目标操作指令后，所述实验观察对象对应的理论实验结果。
110.s240，通过图像生成模块将所述原始图像和所述科学实验理论结果输入目标网络模型，得到所述实验观察对象的模拟图像，所述模拟图像为所述目标网络模型基于所述科学实验理论结果对所述原始图像调整后的图像。
111.其中，所述目标网络模型为训练完备的生成对抗网络模型(gan，generative adversarial networks)。gan模型是一种深度学习模型。模型通过两个模块：生成模型(generative model)和判别模型(discriminative model)的互相博弈学习产生相当好的输出。
112.生成模型是已知样本的标签值y，对样本的特征向量x的条件概率进行建模，即对条件概率p(x|y)建模，它研究的是每种样本服从何种概率分布。判别模型则刚好相反，已知样本的特征向量x，对样本的标签值y的概率进行建模，即对条件概率p(y|x)建模，这种一般用于分量，即给定样本x，计算它属于每个类的概率。生成对抗网络(gan)是将生成器、判别器两个模型通过对抗性过程同时训练，生成器主要用于学习真实图像分布从而让自身生成的图像更加真实，使得判别器分辨不出生成的数据是否是真实数据。判别器可以是一个二分类器，对生成的图像输出0，对真实的图像输出1；在训练过程中，生成器逐渐变得更擅长创建看起来真实的图像，而判别器则变得更擅长区分它们，整个过程可以看作是生成器和判别器的博弈，随着时间的推移，最终两个网络达到一个动态均衡，也就是说两个模型相互对抗，最后达到全局最优。
113.在本实施例中，图像生成模块将实验观察对象的原始图像，以及所述知识库模块基于目标操作指令产生的科学实验理论结果，作为gan模型的条件输入，通过gan模型的生成器和判别器的对抗中，生成符合条件的模拟图像。
114.在一个具体的例子中，蜡烛火焰图片作为实验观察对象的原始图像，倒立、缩小的实像作为目标操作指令为物距是30cm时的科学实验理论结果，将原始图像和科学实验理论结果作为gan模型的输入，gan模型会生成倒立、缩小的火焰实像，即使gan模型在训练时并没有看过输入的蜡烛火焰图片，在学会了火焰真实图像的分布和各种语义表示，也可以根据条件生成相应的图像。
115.需要说明的是，本发明实施例对gan模型不做限定，可以是基于gan模型原理的衍生模型。例如可以是cgan、dcgan、drgan。只要目标网络模型可以根据条件和图像自动生成符合条件描述的合成图像即可。
116.示例性的，gan模型的训练过程可以为将随机采样的噪声z～n(0,1)和文本特征输
入生成器，将真实的图像和其对应的文本特征，以及合成的图像与任意的文本特征输入判别器，判别器需要识别出两种情况：一是判别出合成的图像，二是真实图像与不匹配的文本。为了让判别器能够更好地学习文本特征和图像内容的对应关系，可以在判别器的输入增加：真实图像和错误的文本特征，以使判别器能够更好判断出生成器是否按照文本生成图像。
117.s250，通过实验模拟模块显示所述模拟图像和所述原始图像。
118.具体的，实验模拟模块包括：模拟图像显示单元，用于显示所述模拟图像和所述原始图像。
119.s260，通过实验模拟模块保存科学实验数据，将所述科学实验数据发送至服务器保存。
120.其中，所述科学实验数据包括：科学实验的模拟过程信息和用户写入的笔记。
121.具体的，实验模拟模块在在呈现实验模拟图像时的同时可以给予指导提示和记录功能，因此，实验模拟模块还包括：实验记录单元。所述实验记录单元用于让用户将观察到的实验过程和结果，以及实验分析和实验感想记录下来，根据学习任务、试题要求进行回答。科学实验数据的记录方式，包括但不限于：文本框、表格、手写板上传的数据和语音等，用户记录的数据会传送到服务器的学习系统做处理或存储。进一步地，多个用户共同操作完成科学实验模拟时，可以将各自记录的数据和小组共同记录的数据分别传送到服务器的学习系统。
122.由于一些实验的结果往往稍纵即逝，通过将科学实验数据记录保存下来，可以供用户反复观看实验过程和实验笔记，进行学习和查漏补缺，并且对于没有得到预期结果的实验操作过程进行复盘，规范用户的实验操作行为，提高用户的实验操作能力。
123.本实施例的技术方案，通过图片库模块获取实验观察对象的原始图像；通过操作项模块获取用户输入的目标操作指令，所述目标操作指令为所述实验观察对象所对应科学实验的实验条件；通过知识库模块生成所述目标操作指令对应的科学实验理论结果；所述科学实验理论结果为执行所述目标操作指令后，所述实验观察对象对应的理论实验结果；通过图像生成模块将所述原始图像和所述科学实验理论结果输入目标网络模型，得到所述实验观察对象的模拟图像，所述模拟图像为所述目标网络模型基于所述科学实验理论结果对所述原始图像调整后的图像；通过实验模拟模块显示所述模拟图像和所述原始图像，使得科学实验不受时间、地点以及实验所需器械用品的限制，使每一位学生都能够有机会参与到科学实验中，从实验中体验学习科学的乐趣。此外，由于模拟图像被实时反馈，使得用户能够根据实时反馈的模拟图像调整实验方案，从而提高实验成功率。
124.可选的，通过实验模拟模块向用户提供科学实验模拟所需的辅助工具和辅助信息；
125.其中，所述实验内容信息包括：实验问题描述信息、实验理论知识信息和实验须知信息。
126.具体的，实验模拟模块还包括：辅助信息单元，辅助信息单元包括：实验任务栏、实验理论知识栏、实验须知栏和辅助工具栏。所述辅助信息单元是为了让用户进行科学实验、观察实验模拟图像时所提供的辅助工具和辅助信息。
127.其中，实验问题描述栏用于描述实验问题信息，实验理论知识栏可以用于显示实
验理论知识信息，例如可以是描述实验基本原理的信息，实验须知栏用于显示实验须知信息，例如可以是实验的评分要求和实验的注意事项等；所述辅助工具栏包括刻度尺、标准量杯和电子秤等。
128.示例性的，图4是本发明实施例中的一种实验模拟模块的界面示意图，如图4所示，实验模拟模块包括：模拟图像显示单元、实验记录单元和辅助信息单元。辅助信息单元包括：辅助工具栏、实验任务栏、实验理论知识栏和实验须知栏。实验模拟模块可以和用户之间进行交互，使得用户何时何地都可以通过科学实验的模拟系统完成实验，体现从实验中学习理论知识的乐趣。
129.实施例三
130.图5为本发明实施例三提供的一种科学实验的模拟系统的结构示意图。本实施例可适用于面向stem教育，通过模拟系统模拟科学实验的情况，该系统可采用软件和/或硬件的方式实现，该系统可集成在任何提供科学实验的模拟的功能的设备中，如图5所示，所述科学实验的模拟系统具体包括：图片库模块310、操作项模块320、知识库模块330、图像生成模块340和实验模拟模块350。
131.其中，图片库模块310，用于获取实验观察对象的原始图像；
132.操作项模块320，用于获取用户输入的目标操作指令，所述目标操作指令为所述实验观察对象所对应科学实验的实验条件。
133.知识库模块330，用于生成所述目标操作指令对应的科学实验理论结果；所述科学实验理论结果为执行所述目标操作指令后，所述实验观察对象所对应科学实验的理论结果。
134.图像生成模块340，用于将所述原始图像和所述科学实验理论结果输入目标网络模型，得到所述实验观察对象的模拟图像，所述模拟图像为所述目标网络模型基于所述科学实验理论结果对所述原始图像调整后的图像。
135.实验模拟模块350，用于显示所述模拟图像和所述原始图像。
136.可选的，所述图片库模块310，具体用于：
137.从数据库中获取所述实验观察对象的原始图像，或者，获取用户上传的所述实验观察对象的原始图像。
138.可选的，所述操作项模块320，具体用于：
139.通过操作项模块显示所述实验观察对象所对应科学实验的备选操作项，以使用户从所述备选操作项中选择目标操作项；
140.通过操作项模块获取至少一个用户输入对至少一项目标操作项的目标操作指令；
141.所述目标操作指令包括：文字、数值、列表选项的选择指令、进度条的拖动指令、触控指令和实体按钮的触发指令中的至少一个。
142.可选的，所述知识库模块330，具体用于：
143.通过知识库模块中存储的科学实验原理，确定所述目标操作指令对应的科学实验理论结果；
144.所述科学实验原理为系统内预先存储的，或者用户输入的。
145.可选的，所述目标网络模型为训练完备的生成对抗网络模型。
146.可选的，所述实验模拟模块350，具体用于：
147.保存科学实验数据，将所述科学实验数据发送至服务器保存；
148.所述科学实验数据包括：科学实验的模拟过程信息和用户写入的笔记。
149.可选的，所述实验模拟模块350，还用于：
150.通过实验模拟模块向用户提供科学实验模拟所需的辅助工具和辅助信息；
151.所述辅助信息包括：实验问题描述信息、实验理论知识信息和实验须知信息。
152.上述产品可执行本发明任意实施例所提供的基于生成对抗网络的科学实验的模拟方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
153.实施例四
154.图6为本发明实施例四中的一种计算机设备的结构示意图。图6示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性计算机设备12的框图。图6显示的计算机设备12仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
155.如图6所示，计算机设备12以通用计算设备的形式表现。计算机设备12的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理器16，系统存储器28，连接不同系统组件(包括系统存储器28和处理器16)的总线18。
156.总线18表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(isa)总线，微通道体系结构(mac)总线，增强型isa总线、视频电子标准协会(vesa)局域总线以及外围组件互连(pci)总线。
157.计算机设备12典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被计算机设备12访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。
158.系统存储器28可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(ram)30和/或高速缓存存储器32。计算机设备12可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图6未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图6中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如cd
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rom,dvd
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rom或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线18相连。存储器28可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。
159.具有一组(至少一个)程序模块42的程序/实用工具40，可以存储在例如存储器28中，这样的程序模块42包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块42通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。
160.计算机设备12也可以与一个或多个外部设备14(例如键盘、指向设备、显示器24等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该计算机设备12交互的设备通信，和/或与使得该计算机设备12能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(i/o)接口22进行。另外，本实施例中的计算机设备12，显示器24不是作为独立个体存在，而是嵌入镜面中，在显示器24的显示面不予显示时，显示器24的显示面与镜面从视觉上融为一体。并且，计算机设备12还可以通过网络适
配器20与一个或者多个网络(例如局域网(lan)，广域网(wan)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器20通过总线18与计算机设备12的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合计算机设备12使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、raid系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
161.处理器16通过运行存储在系统存储器28中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明实施例所提供的基于生成对抗网络的科学实验的模拟方法：通过图片库模块获取实验观察对象的原始图像；通过操作项模块获取用户输入的目标操作指令，所述目标操作指令为所述实验观察对象所对应科学实验的实验条件；通过知识库模块生成所述目标操作指令对应的科学实验理论结果；所述科学实验理论结果为执行所述目标操作指令后，所述实验观察对象对应的理论实验结果；通过图像生成模块将所述原始图像和所述科学实验理论结果输入目标网络模型，得到所述实验观察对象的模拟图像，所述模拟图像为所述目标网络模型基于所述科学实验理论结果对所述原始图像调整后的图像；通过实验模拟模块显示所述模拟图像和所述原始图像。
162.实施例五
163.本发明实施例五提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本技术所有发明实施例提供的基于生成对抗网络的科学实验的模拟方法：通过图片库模块获取实验观察对象的原始图像；通过操作项模块获取用户输入的目标操作指令，所述目标操作指令为所述实验观察对象所对应科学实验的实验条件；通过知识库模块生成所述目标操作指令对应的科学实验理论结果；所述科学实验理论结果为执行所述目标操作指令后，所述实验观察对象对应的理论实验结果；通过图像生成模块将所述原始图像和所述科学实验理论结果输入目标网络模型，得到所述实验观察对象的模拟图像，所述模拟图像为所述目标网络模型基于所述科学实验理论结果对所述原始图像调整后的图像；通过实验模拟模块显示所述模拟图像和所述原始图像。
164.可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd
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rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
165.计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
166.计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。
167.可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如java、smalltalk、c ，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络包括局域网(lan)或广域网(wan)连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
168.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。