基于虚拟现实的肢体教学方法与教学系统与流程

本发明涉及虚拟现实领域，更具体地涉及一种基于虚拟现实的肢体教学方法与教学系统。

背景技术：

在复杂肢体动作辅助教学领域，例如舞蹈教学，使用了动作捕捉器采集学员肢体动作，并进行事后数据分析对比，这种方式还停留在单纯数据层面的分析，缺乏实时性且不够形象，学员无法实时看到哪里做的不到位从而进行实时调整，缺乏一个循环正反馈的闭环过程，体验和效果都不好。

在社交应用中，很多有特殊肢体动作技能(例如街舞)的业余人士找不到专业的渠道学习发展自己的特长，很多想学习特殊肢体动作的人士找不到好的或者有名的教练指导；同样的，很多专业水平很高的教练员因找不到合适的学员，而浪费其专业技能资源。从而使得供需两端的信息不对称，而不能很好的满足供需两端的需求。

因此，有必要提供一种在教练者与学习者之间实现信息对称、实现教学资源有效利用的基于虚拟现实的肢体教学方法与教学系统。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于虚拟现实的肢体教学方法与教学系统，使教学者与学习者两端的需求信息实时对等，让学习者在虚拟场景中通过自我对比学习调整，且无需教学者监督指导即可完美匹配教学者的肢体动作，该方式更加形象，更加简单，且更易推广。

为实现上述目的，本发明提供一种基于虚拟现实的肢体教学方法，其包括如下步骤：

a.捕捉教学者的肢体动作信息，并将教学者的肢体动作映射至第一虚拟主体；

b.将所述第一虚拟主体的动作信息上传至网络服务器；

c.学习者从网络服务器上下载所述第一虚拟主体的动作信息；

d.学习者根据下载的第一虚拟主体的动作信息学习教学者的肢体动作。

较佳地，所述步骤学习者根据下载的第一虚拟主体的动作信息学习教学者的肢体动作，具体地还包括：

d01.学习者根据第一虚拟主体的动作信息做出相应的肢体动作；

d02.捕捉学习者的肢体动作信息，并将学习者的肢体动作信息映射至第二虚拟主体；

d03.学习者对比第二虚拟主体与第一虚拟主体的动作差异，并调整学习者的肢体动作；

d04.重复步骤d02与步骤d03，直到第二虚拟主体与第一虚拟主体的动作相同。

较佳地，所述步骤将所述第一虚拟主体的动作信息上传至网络服务器，具体地为：

将所述第一虚拟主体的动作信息编码压缩形成数据包，并将所述数据包上传至网络服务器。

较佳地，对所述数据包进行加密，以使所述数据包携带有使用权限状态信息，且所述使用权限状态为授权状态或未授权状态。

较佳地，当所述使用权限状态为未授权状态时，在所述使用权限状态信息内设置有用于解压的密码信息与限定使用的次数信息。

较佳地，本发明的基于虚拟现实的肢体教学方法还包括步骤：

根据学习者的关节位置调整所述第一虚拟主体对应的关节位置，以使所述第一虚拟主体的关节位置信息与所述第二虚拟主体的关节位置信息完全相同。

相应地，本发明还提供了一种基于虚拟现实的肢体教学系统，其包括：

肢体动作捕捉器，用以捕捉教学者与学习者的肢体动作信息；

第一控制处理器，用以接收所述肢体动作捕捉器获得的教学者的肢体动作信息，且将所述教学者的肢体动作信息映射至第一虚拟主体，并形第一成虚拟现实场景；

网络服务器，用以接收并存储所述第一控制处理器形成的第一虚拟现实场景；

第二控制处理器，用以接收所述肢体动作捕捉器获得的学习者的肢体动作信息，将所述学习者的肢体动作信息映射至第二虚拟主体，以形成第二虚拟现实场景，且，从所述网络服务器下载并存储所述第一虚拟现实场景；

显示器，用以显示所述第二虚拟现实场景与存第一虚拟现实场景；

虚拟现实眼镜，佩戴于学习者的眼睛上，用以向学习者显示所述显示器上的第一虚拟现实场景与第二虚拟现实场景。

较佳地，所述第一控制处理器包括一编码单元，用以将所述第一虚拟主体的动作信息编码压缩形成数据包，并对所述数据包进行加密，以形成所述数据包的使用权限状态信息。

较佳地，所述使用权限状态为授权状态或未授权状态。

较佳地，当所述使用权限状态为未授权状态时，在所述使用权限状态信息内设置有用于解压的密码信息与限定使用的次数信息。

较佳地，所述肢体动作捕捉器由多个传感器构成，且佩戴于教学者与学习者设定的关节表面，用以获取各关节的三维空间位置信息及运动轨迹信息。

较佳地，所述肢体动作捕捉器还包括多个角度传感器，所述角度传感器用以获取当前关节的角度翻转信息。

较佳地，所述肢体动作捕捉器为摄像器件，所述摄像器件拍摄教学者或学习者的肢体动作，并通过所述第一控制处理器或第二控制处理器的视觉算法处理，识别教学者或学习者的肢体动作信息。

较佳地，所述虚拟现实眼镜还包括一角度检测单元，用以获取佩戴有所述虚拟现实眼镜的学习者的头部转动角度信息，所述虚拟现实眼镜根据获取的学习者的头部转动角度信息而调整显示的第一虚拟现实场景与第二虚拟现实场景的角度，以使学习者从360°观看第一虚拟主体与第二虚拟主体的对应肢体动作。

较佳地，所述虚拟现实眼镜还包括一控制单元，所述控制单元用以控制所述控制处理器中虚拟现实场景的播放显示。

与现有技术相比，与现有技术相比，本发明的基于虚拟现实的的肢体教学方法与教学系统突破传统肢体运动教学中，学习者看教学者动作然后自己模仿，或者教学者手把手纠正学习者的动作的模式，通过本发明的方式可以让学习者在虚拟场景中无需教学者监督指导即可完美地与教学者的肢体动作进行匹配，实现了自我学习，而教学者通过上传自己的肢体动作信息至网络服务器而获得预期的回报，使得教学者能更好的发挥并利用其自身的技能；而且本发明的方式更加形象，更加简单，且更易推广。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。

附图说明

图1为本发明基于虚拟现实的肢体教学方法的流程图。

图2为本发明一实施例的流程图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，本发明提供了一种基于虚拟现实的肢体教学方法与教学系统，使教学者与学习者两端的需求信息实时对等，教学者能更好的发挥与利用其自身的技能，学习者在虚拟场景中通过自我对比学习调整，且无需教学者监督指导即可完美匹配教学者的肢体动作，该方式更加形象，更加简单，且更易推广。

请参考图1，描述本发明基于虚拟现实的肢体教学方法的具体过程。图1为本发明基于虚拟现实的肢体教学方法的流程图，如图所示，本发明基于虚拟现实的肢体教学方法包括如下步骤：

步骤S101：捕捉教学者的肢体动作信息，并将教学者的肢体动作映射至第一虚拟主体；在本步骤中，所述肢体动作信息具体表现为教学者的各关节的动作信息，即教学者的各关节在某一连续时间范围内的具体动作，且各关节的所述动作信息包括该关节的三维空间位置信息及运动轨迹信息；例如，教学者的手臂进行一个平摆动作，则所述动作信息包括肩关节在三维空间的转动角度信息、腕关节或肘关节在水平位置上的位置移动信息，而肩关节与腕关节之间整个手臂在三维空间的运动即形成该手臂的运动轨迹信息。

另外，作为本发明的一个优选的具体实施例，所述第一虚拟主体可具体为高度仿真为人形的布娃娃或提线木偶，所述布娃娃或提线木偶根据映射关系做出与教学者完全相同的肢体动作，也即实现对教学者肢体动作的录制；当然所述第一虚拟主体并不限于布娃娃或提线木偶，其它可仿真成人形并能在虚拟现实场景中根据映射关系做出与教学者完全相同的肢体动作的物件均可。

步骤S102：将所述第一虚拟主体的动作信息上传至网络服务器；在本步骤中，可通过使用有线传输方式或无线传输方式将第一虚拟主体的动作信息传送至网络服务器；而且教学者可以通过有偿的方式上传与其肢体动作对应的第一虚拟主体的动作信息，从而获得教学者预期的回报，使得教学者能更好的发挥并利用其自身的技能。

另外，在本发明中，本步骤具体地体现为：将所述第一虚拟主体的动作信息编码压缩形成数据包，并将所述数据包上传至网络服务器；形成数据包后，以方便教学者上传其肢体动作信息，同时也方便后续学习者从所述网络服务器上下载教学者的肢体动作信息并进行学习。更进一步地，对所述数据包进行打包，以使所述数据包携带有使用权限状态信息，且所述使用权限状态为授权状态或未授权状态；从而教学者通过在所述数据包加密形成使用权限状态信息而限定当前学习者是否可以无偿使用该数据包，进而教学者可以从中获得预期的回报，使得教学者能更好的发挥并利用其自身的技能。例如，可设置注册登录机制，让某些平台的注册会员可以无偿获得该数据包，即该平台上的学习者可通过注册的特定平台而免费下载所述数据包，当然该数据包的使用权限状态为授权状态，从而学习者可免费学习教学者的肢体动作；当然，这种方式教学者不能直接从学习者侧获得有偿回报，但可通过与这些特定的平台协议而从平台上获得有偿回报，具体方式教学者可自行设定。而当所述使用权限状态为未授权状态时，在所述使用权限状态信息内设置有用于解压的密码信息与限定使用的次数信息；除上述特定平台的注册学习者以外，其他学习者则只能有偿使用教学者上传的肢体动作信息，有偿使用的学习者通过有偿获取所述数据包的解压密码信息，学习者通过所述密码信息将该数据包成功解压后即可正常利用数据包内的肢体动作信息；其中，为了保证教学者的回报率及防止资源被滥用并提高学习者的自我监督意识，还设置有限定使用的次数，学习者将数据包解压后即获得具体的使用次数信息，解压后，学习者每使用一次所述数据包内的肢体动作信息次数即减1，直到最后次数信息变为0。

步骤S103：学习者从网络服务器上下载所述第一虚拟主体的动作信息；在本步骤中，学习者通过所述网络服务器下载包含有教学者肢体动作信息的数据包，也即是所述第一虚拟主体的动作信息。且在本步骤中，学习者通过有偿下载包含有教学者肢体动作信息的数据包进行学习，使得其学习的时间场合更灵活，而且获得学习资源的途径更为广泛；另外由于设置了使用次数的限定，学习者在学习的过程中会更认真，自我监督意识也会相应加强，其体验感更真实。

步骤S104：学习者根据下载的第一虚拟主体的动作信息学习教学者的肢体动作；在本步骤中，学习者根据第一虚拟主体的动作信息进行自我学习，其具体的包括如下步骤，请结合参考图2：

步骤S401.学习者根据第一虚拟主体的动作信息做出相应的肢体动作；在本步骤中，即为学习者通过观察第一虚拟主体的动作而学习做出与第一虚拟主体相同的动作。

步骤S402.捕捉学习者的肢体动作信息，并将学习者的肢体动作信息映射至第二虚拟主体；在本步骤中，具体的操作过程与步骤S101相同，不同仅在于捕捉的是学习者的肢体动作信息，第二虚拟主体的动作表现为学习者的具体肢体动作。其中，所述第二虚拟主体与第一虚拟主体相同地，可为布娃娃或提线木偶，或其它可仿真成人形并能在虚拟现实场景中根据映射关系做出与学习者完全相同的肢体动作的物件；另外，对学习者肢体动作的具体捕捉过程，与对教学者肢体动作的捕捉过程完全相同，在此不再细述.

步骤S403.学习者对比第二虚拟主体与第一虚拟主体的动作差异，并调整学习者的肢体动作；在本步骤中，学习者通过对比第二虚拟主体(学习者自己的肢体动作)与第一虚拟主体之间的动作差异，而发现学习者与教学者之间的肢体动作差异，进而学习者对有差异的肢体动作进行调整改进，以达到学习的目的。从而在本发明中，学习者可从第三方的角度通过观察两个虚拟主体之间动作的差异，而发现自己在学习过程中存在的问题，并相应作出动作的改进，从而不需要通过教学者或其他第三方来辅助认识到问题所在并进行改进，因此学习效果更直观，且学习成本也大大降低了。

步骤S404.重复步骤S402与步骤S403，直到第二虚拟主体与第一虚拟主体的动作相同。在本步骤中，学习者每练习一次肢体动作即可与教学者对应的第二虚拟主体的动作进行对比，通过对比学习者发现自己肢体动作(第一虚拟主体的动作)与教学者肢体动作之间存在的差异，进而学习者在下一次练习中对自己的肢体动作进行改进，如此重复多次练习，直到学习者完成的肢体动作与教学者的肢体动作完全一致，也即第二虚拟主体与第一虚拟主体的动作相同，从而完成学习过程。

另外，由上述可知，在本发明的具体实际应用中，教学者的动作信息已事先录制映射至所述第一虚拟主体上，而不同的学习者的体型、关节位置可能均与教学者不一样，为了让学习者更好的达到学习的效果，学习者可在开始学习之前对所述第一虚拟主体进行初始化设置。因此，作为本发明的优选实施例，所述基于虚拟现实的肢体教学方法还包括步骤：根据学习者的关节位置调整所述第一虚拟主体对应的关节位置，以使所述第一虚拟主体的关节位置信息与所述第二虚拟主体的关节位置信息完全相同；通过调整设置所述第一虚拟主体对应的关节位置，以使其与学习者对应的第二虚拟主体的关节位置完全相同，从而也间接使得教学者的关节位置匹配了学习者的关节位置，因此，学习者可以更直观形象地发现自己的肢体动作与教学者的肢体动作之间的差别，以达到更好的学习效果。由上述可知，该初始化设置是学习者在开始学习之前进行设置的，因此，在具体流程中可设置在步骤S101与步骤S102之间。

同时，本发明还提供了一种基于虚拟现实的肢体教学系统，该系统包括：

肢体动作捕捉器，用以捕捉教练者与学习者的肢体动作信息；

第一控制处理器，用以接收所述肢体动作捕捉器获得的教学者的肢体动作信息，且将所述教学者的肢体动作信息映射至第一虚拟主体，并形第一成虚拟现实场景；

网络服务器，用以接收并存储所述第一控制处理器形成的第一虚拟现实场景；

第二控制处理器，用以接收所述肢体动作捕捉器获得的学习者的肢体动作信息，将所述学习者的肢体动作信息映射至第二虚拟主体，以形成第二虚拟现实场景，且，从所述网络服务器下载并存储所述第一虚拟现实场景；

显示器，用以显示所述第第二虚拟现实场景与第一虚拟现实场景；

虚拟现实眼镜，佩戴于学习者的眼睛上，用以向学习者显示所述显示器上的第一虚拟现实场景与第二虚拟现实场景。

如上所述，本发明的基于虚拟现实的肢体教学系统，教学者与学习者的肢体动作信息通过所述肢体动作捕捉器捕捉后分别映射至所述第一虚拟主体与第二虚拟主体上，并通过所述第一控制处理器与第二控制处理器而分别形成第一虚拟现实场景与第二虚拟现实场景，且所述第一控制处理器将第一虚拟现实场景上传至网络服务器，学习者可有偿从所述网络服务器上下载所述第一虚拟现实场景并进行学习，从而教学者可从中获得应有的回报，使得教学者更好的发挥与利用其自身的技能。学习者从所述网络服务器下载所述第一虚拟现实场景并佩戴上虚拟现实眼镜即可在所述显示器上观看包含有教学者肢体动作信息的第一虚拟现实场景及与包含有学习者自身肢体动作信息的的第二虚拟现实场景，从而学习者在学习过程中的体验效果更直观形象，且学习者能够以第三方的视角来观看体现自己肢体动作的第二虚拟主体与体现教学者肢体动作的第一虚拟主体两者之间的动作差异，而发现自己在学习过程中存在的问题，并相应作出动作的改进，从而不需要通过教学者或其他第三方来辅助认识到问题所在并进行改进，因此学习效果更直观，且学习成本也大大降低了。

具体地，在本发明基于虚拟现实的肢体教学系统的具体实施方式中：

所述肢体动作捕捉器有两种实现方案：第一种，由多个传感器构成，且佩戴于教学者与学习者设定的关节表面，用以获取对应关节的三维空间位置信息及运动轨迹信息。根据设定的动作要求在教学者和学习者对应的关节处佩戴所述传感器，所述传感器用以获取当前关节的动作信息；例如，教学者或学习者的手臂进行一个平摆动作，则只需要在教学者或学习者的肩关节与腕关节/肘关节处佩戴有传感器即可，其它各关节可以不用佩戴。当然在实际应用过程中，为了动作的连贯体现，通常会在所有需要用到的关节处均佩戴传感器，以获取各关节实时的三维空间位置信息及运动轨迹信息，从而以使教学者与学习者的肢体动作更好的映射至所述第一虚拟主体与第二虚拟主体上。其中，基于传感器的肢体动作捕捉，可以使用惯性传感器二次积分获取位移技术，或者使用UWB定位技术。优选地，所述肢体动作捕捉器还包括多个角度传感器，所述角度传感器用以获取当前关节的角度翻转信息；当某些肢体动作中需要频繁地使某一关节进行角度翻转时，则需要使用所述角度传感器来获取当前关节的角度翻转信息；从而以更真实而准确地获取学习者与教学者的肢体动作。第二种，无需佩戴传感器设备，所述肢体动作捕捉器为摄像器件，所述摄像器件拍摄教学者或学习者的肢体动作，并通过所述第一控制处理器或第二控制处理器的视觉算法处理，识别教学者或学习者的肢体动作信息；通过这种方式，直接通过摄像器件拍摄教学者或学习者的肢体动作，经过所述控制处理器的视觉算法技术识别为肢体关节动作信息；且在该方式的具体应用中，摄像器件的动作捕捉，可以使用微软的kinect技术。

所述第一控制处理器包括一编码单元，用以将所述第一虚拟主体的动作信息编码压缩形成数据包，并对所述数据包进行加密，以形成所述数据包的使用权限状态信息；将所述第一虚拟主体的动作信息编码压缩形成数据包，不仅方便教学者将其自身的肢体动作信息上传到所述网络服务器，同时也方便学习者从所述网络服务器上载教学者的肢体动作信息并进行学习。其中，所述使用权限状态为授权状态或未授权状态；通过设置所述使用权限状态信息，而使不同的学习者获得不同的使用权限，例如，可设置注册登录机制，让某些平台的注册会员可以无偿获得该数据包，即该平台上的学习者可通过注册的特定平台而免费下载所述数据包，明显地，该数据包的使用权限状态为授权状态，从而学习者可免费学习教学者的肢体动作；当所述使用权限状态为未授权状态时，在所述使用权限状态信息内设置有用于解压的密码信息与限定使用的次数信息；也即，除上述特定平台的注册学习者以外，其他学习者则只能有偿使用教学者上传的肢体动作信息，有偿使用的学习者通过有偿获取所述数据包的解压密码信息，学习者通过所述密码信息将该数据包成功解压后即可正常利用数据包内的肢体动作信息；其中，为了保证教学者的回报及防止资源被滥用，还设置有限定使用的次数，学习者将数据包解压后即获得具体的使用次数信息，解压后，学习者每使用一次所述数据包内的肢体动作信息次数即减1，直到最后次数信息变为0。

所述虚拟现实眼镜还包括一角度检测单元，用以获取佩戴有所述虚拟现实眼镜的学习者的头部转动角度信息，所述虚拟现实眼镜根据获取的学习者的头部转动角度信息而调整显示的第一虚拟现实场景和第二虚拟现实场景的角度，以使学习者从360°观看第一虚拟主体与第二虚拟主体的对应肢体动作。其中，学习者的头部转后，其视角信息也对应发生了变化，所述角度检测单元检测到学习者头部的转动角度信息后，虚拟现实眼镜将学习者的视角变动信息发送给虚拟现实引擎，对应视角会随之运动。具体地，当学习者当前观看第二虚拟主体的动作时，视角朝向始终面向第二虚拟主体的三维中心位置，视角位置可以在以第二虚拟主体的中心为圆心，视角当前位置到圆心距离为半径的球面上运动；其控制指令即由所述虚拟现实眼镜的视角变动信息控制；当学习者当前观看第一虚拟主体的动作时，视角的调整过程与观看第二虚拟主体的动作的调整过程相同，不同仅在于，此时是以第一虚拟主体的三维中心为圆心，在此不再细述；方便学习者观看第一虚拟主体与第二虚拟主体的各个部位的匹配情况。其中，虚拟现实引擎采用U3D引擎，其支持的平台包括但不限于web浏览器，android系统，ios系统等。优选地，所述虚拟现实眼镜还包括一控制单元，所述控制单元用以控制所述控制处理器中虚拟现实场景的播放显示；从而学习者在学习过程中可通过所述虚拟现实眼镜实时地控制所述第一虚拟现实场景与第二虚拟现实场景的呈现，使用更加灵活，且更有利于及时地发现动作存在的差异，能进一步提高学习效率。

综上所述，本发明的基于虚拟现实的的肢体教学方法与教学系统突破传统肢体运动教学中，学习者看教学者动作然后自己模仿，或者教学者手把手纠正学习者的动作的模式，通过本发明的方式可以让学习者在虚拟场景中无需教学者监督指导即可完美地与教学者的肢体动作进行匹配，实现了自我学习，而教学者通过上传自己的肢体动作信息至网络服务器而获得预期的回报，使得教学者能更好的发挥并利用其自身的技能；而且本发明的方式更加形象，更加简单，且更易推广。

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。