一种多人联机的虚拟现实教育系统及其使用方法与流程

技术特征：
1.一种多人联机的虚拟现实教育系统，其特征在于，包括：按键采集信息模块、多人vr网络联机模块、vr场景模块和vr人机交互模块；按键采集信息模块用于根据用户指令控制多人vr网络联机模块、vr场景模块和vr人机交互模块的信号流程；多人vr网络联机模块包括服务器、客户端、vr手柄和头盔，其中客户端包括教师端和学生端；服务器用于对在线的用户进行管理，进行系统的任务处理和系统中用户头盔和vr手柄的位置信息和旋转角度信息同步更新；教师端通过vr人机交互模块将vr手柄和头盔通过ui界面进行vr教育课程的流程信号交互，并控制vr教育课程进行的流程信号发送给服务器，再由服务器反馈到学生端；学生端用于实时获取学生用户头盔和vr手柄的位置信息和旋转信息，并将位置信息和旋转信息送给服务器，再由服务器把用户头盔和vr手柄的位置信息和旋转角度信息反馈给学生端和教师端；vr场景模块包括三维模型设计模块、动画设计模块、视频设计模块和特效设计模块；三维模型设计模块用于建模三维教育系统vr场景，通过steamvr插件，使头盔控制unity游戏引擎中摄像机运动，并将摄像机所视区域的vr场景，通过unity游戏引擎图形渲染技术形成逐帧图像，显示在教师端和学生端的电脑屏幕和头盔屏幕上，同时调用unity游戏引擎中的碰撞检测技术，为三维教育系统vr场景添加碰撞组件；动画设计模块用于设计和制作场景中角色动画和场景动画，并调用unity游戏引擎中的图形渲染技术，将用户所看到的区域角色动画和场景动画逐帧通过游戏引擎的图形渲染，显示在教师端和学生端的电脑和头盔的屏幕中；视频设计模块用于将教育内容的视频素材导入unity游戏引擎，调用unity游戏引擎中视频播放技术，调用videoplayer中的play()和pause() 方法实现视频素材在头盔的屏幕中的播放和暂停；特效设计模块调用unity游戏引擎中的粒子系统技术，制作粒子特效素材，粒子特效素材包括三维场景中的环境光照特效、精灵闪光特效、烟雾特效，当用户通过人机交互模块使用vr手柄与三维场景中的模型道具发生碰撞检测时，系统生成粒子特效素材，实现碰撞效果；vr人机交互模块基于steamvr软件，通过steamvr中的房间设置功能，将头盔和vr手柄与steamvr软件所提供的虚拟摄像机控制器和虚拟手柄控制器完成空间定位和配对，通过unity引擎技术，将steamvr中的虚拟摄像机控制器和虚拟手柄控制器导入三维教育系统vr场景中，使用户所使用的头盔和vr手柄可以控制三维教育系统vr场景中的摄像机和vr手柄道具模型的运动，进而使用户通过头盔和vr手柄与多人vr网络联机模块、vr场景模块和vr人机交互模块之间进行人机交互。2.如权利要求1所述的一种多人联机的虚拟现实教育系统，其特征在于：还包括vr语音讲解模块，vr语音讲解模块调用unity游戏引擎中的音频播放技术和timeline时间线技术，调用timeline中的playable director中的play()和pause()方法控制客户端教育解说语音素材的播放和暂停。3.如权利要求2所述的一种多人联机的虚拟现实教育系统，其特征在于：还包括vr答题
系统模块，vr答题系统模块调用unity游戏引擎技术中的ui组件，使用ui组件中的canvas画布制作学生端的vr答题面板，使用canvas画布中的text功能将预设好的题目显示在canvas画布上，从而将题目显示在学生端的答题面板上。4.如权利要求3所述的一种多人联机的虚拟现实教育系统，其特征在于：所述按键采集信息模块包括教育课程按钮、控制面板按钮、下一步按钮、退出按钮和答题按钮。5.一种如权利要求4所述的多人联机的虚拟现实教育系统的使用方法，其特征在于：步骤1、将服务器和客户端部署在局域网中，将电脑连接多人联机的虚拟现实教育系统，并进行vr空间定位，选择一台电脑作为教师机安装教师端，一台电脑作为服务器，其余电脑作为学生机安装学生端；步骤2、开启服务器，教师打开教师端，教师佩戴头盔和vr手柄，通过vr人机交互模块，使用vr手柄选择教育课程按钮，进入三维教育系统vr场景；学生开启学生端，通过多人vr网络联机模块，进入和教师端相同的三维教育系统vr场景；通过vr场景模块，三维教育系统vr场景显示在学生的头盔中，并通过多人vr网络联机模块，观察到其他学生在三维教育系统vr场景中的头盔和vr手柄运动效果；步骤3、教师使用vr手柄点选三维教育系统vr场景中的ui交互界面的控制面板按钮，控制教育课程内容的进行进度；教师点击下一步按钮，将开启vr语音讲解模块和vr场景模块，播放教育内容的音频解说并在系统中加载与解说内容相关的vr场景素材，通过多人vr网络联机模块，使学生端和教师端的信息同步，同时通过vr人机交互模块，学生能够使用vr手柄与三维教育系统vr场景中的三维模型角色和道具进行互动；步骤4、通过vr人机交互模块，教师使用vr手柄点选三维教育系统vr场景中的ui交互界面控制面板中的答题按钮进入vr答题系统模块，通过多人vr网络联机模块，控制学生端弹出答题面板，通过vr人机交互模块，学生使用vr手柄点选答题面板中的选项，通过vr答题系统模块，完成题目的作答和正误的判断；步骤5、教育课程结束后，通过vr人机交互模块，教师使用vr手柄点选三维教育系统vr场景中的ui交互界面控制面板中的退出按钮，通过多人vr网络联机模块，使学生和教师一起退出系统。6.如权利要求5所述的一种多人联机的虚拟现实教育系统的使用方法，其特征在于，步骤3具体为：步骤3.1、通过vr人机交互模块，教师使用vr手柄点选三维教育系统vr场景中的ui交互界面的控制面板按钮；步骤3.2、点击ui交互界面上下一步按钮，进行文字翻页，进而提示教师进行下一段教育的讲解，并开启vr语音讲解模块，播放讲解音效，完成教育内容的讲解；步骤3.3、教师点选三维教育系统vr场景中的ui交互界面的控制面板按钮后，通过多人vr网络联机模块，向教师端和学生端发送指令，通过vr场景模块，调用unity游戏引擎技术控制三维教育系统vr场景中动画、视频和特效的产生和播放；步骤3.4、学生佩戴头盔和vr手柄,通过vr场景模块模块，观察三维教育系统vr场景的动画、视频和特效变化，聆听语音解说，并通过vr人机交互模块，使用vr手柄与三维教育系统vr场景中的道具模型进行碰撞，调用unity游戏引擎的碰撞检测技术，触发场景中道具模型的生成、角色动画的播放、粒子特效的生成效果。

技术总结
本发明公开了一种多人联机的虚拟现实教育系统，其包括：按键采集信息模块、多人VR网络联机模块、VR场景模块和VR人机交互模块，多人VR网络联机模块包括服务器、客户端、VR手柄、头盔和UI界面，其中客户端包括教师端和学生端。本发明能把各类场景生动形象的展现出来，尤其是一些时间空间受限，无法还原的场景，让参与其中的学生获得更深刻的情景体验。本发明采用的多人联机虚拟现实交互，学生可以在多人的互动中找到协作学习的乐趣，提高学习的兴趣，尤其是在一些教育中，这种多人互动，使学生意识到团队协同作战的重要性。到团队协同作战的重要性。到团队协同作战的重要性。


技术研发人员：仲于姗 付力娅 朱奕瑾
受保护的技术使用者：大连东软信息学院
技术研发日：2021.08.23
技术公布日：2021/11/23