本发明属于互联网+和虚拟现实技术领域，尤其涉及一种基于vr（虚拟现
实）技术的智慧教学系统。
背景技术：
教育乃立国之本，但是由于中国教育存在东西部、城乡之间发展不均衡的现状，导致西部和乡镇地区教育资金投入不足，教育资源短缺，尤其是针对实验、实操、实训等硬件相关的教学环节投入严重不足。在基础教育领域，小学、初中、高中的实验课内容非常多，但是实验室的硬件设备配备却不均衡，也不完善，导致学生无法亲自动手做实验，体验不到学习实验的乐趣，也无法提高动手操作能力。同时，针对职业教育领域，车床加工，汽车维修等实操性课程非常多，但是这些硬件都非常昂贵，而且容易折旧和过时，学校往往不具备这样的资金实力来让所有学生人手一套设备进行操作，导致硬件资源的分配不均衡，教学效果达不到最好。
交互式在线学习，是指利用多媒体计算机技术和网络技术，实现教师与学习者以及学习者群体之间形成交流互动的一种新兴学习方式，是在传统教育体制和教学方法的框架之外，探索出的一种全新的教学模式。现有的互动教学系统主要将多媒体网络教学资源整合在数据库中，学生通过登录到系统内进行在线学习或与教师互动，该教学系统虽然克服了时间上、空间上的教学资源配置不均的问题，提高了教学效果，但仍无法实现满足学生对实验、实操、实训的需求。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种基于vr（虚拟现实）技术的智慧教学系统，采用虚拟现实技术对硬件进行了完美的虚拟仿真模拟，采用互联网+的技术和理念进行教学内容的分发，既解决了硬件成本高的问题，又解决了地区之间教学资源不均衡的问题，使每一位学生均能够体验到亲手做实验的乐趣，达到教学效果的趋同，让落后地区也能享受到优质的教学资源和效果。
为实现上述目的，本发明提供的基于vr（虚拟现实）技术的智慧教学系统包括：云平台端、教师端、学生端；所述教师端与学生端分别与云平台端通信连接；所述云平台端用于存储第三方机构或个人上传的虚拟现实教学资源以及教师和学生的信息；通过互联网负责教师端、学生端的数据交换、统计和管理；所述教师端是教师教学中使用的中控端，用于打开或关闭学生端显示的教学资源，控制学生端视频内容的播放和暂停，在教育内容上对学生端进行限制，保持多个学生端教学资源使用的一致性和同步性；所述学生端包括：指令接收模块、高性能主机、无线通信模块、虚拟现实显示模块、虚拟现实手持交互模块、虚拟现实定位模块；所述指令接收模块，用于接收教师端发送的远程控制指令，跟随教师端的控制和引导进行学习；所述高性能主机上安装有虚拟现实app软件；高性能主机与虚拟现实显示模块连接；
所述无线通信模块，用于虚拟现实显示模块与虚拟现实手持交互模块、虚拟现实定位模块之间进行无线通信，完成数据的交互；
所述虚拟现实显示模块包括头盔显示模块，所述头盔显示模块一端与高性能主机连接，头盔显示模块由用户佩戴到头部眼前的位置，用于将高性能主机显卡里处理的虚拟现实的数据信息高速、低延迟的显示在用户的眼前；
所述虚拟现实手持交互模块包括两个无线手柄，所述无线手柄与无线通信模块连接，当用户在进行虚拟现实内容体验的时候，用户每只手手持一个，在虚拟现实的环境中模拟真实的双手进行操作；
所述虚拟现实定位模块包括：两个对角放置的红外传感器，每个所述的红外传感器与无线通信模块连接，学生使用时站在两个对角放置的红外传感器所组成的矩形区域范围内，通过虚拟现实显示模块和虚拟现实手持交互模块红外线的发射和接收，数据的交互，获取到头盔显示模块和无线手柄的三维信息，实现对学生动作的准确定位。
本发明所述云平台端为一个开放的云平台，任何第三方机构或个人都可以进行内容的开发和上传分享，通过收集，云平台积累大量的虚拟现实软件内容，便于给用户提供更多样化的选择。
所述云平台端具体包括：账号管理模块：用于对平台的账号进行管理，包括账号的注册、查询、删除、修改，禁用、解禁等功能；
角色管理模块：用于对账号进行系统权限的分配，包括超级管理员，管理员，运营人员，编辑人员，教师用户、学生用户几个角色；
安全管理模块：用于对账号的登录情况进行安全管理，包括异常地区登录报警，网络攻击报警，密码修改报警等，当学生端或教师端出现登录账号或密码或ip地址异常时，云平台端会出现提示信息，该提示信息可以通过短信或email等形式通知注册用户；
登录统计模块：用于统计用户的登录情况，主要根据并发量，区域、时段，当前在线人数对用户的当前和历史登录数据进行统计；
数据库存储模块：用于存储教师端或学生端注册时的账号信息数据、用户的登录统计数据以及上传到平台上的其他数据等，便于后续对数据信息进查找与核对；
界面管理模块：用于区分渲染不同角色的用户界面，方便不同的角色用户登录后即显示对应的角色界面，所述学生端显示界面与教师端显示界面不同；
资源管理模块：用于对教师端和学生端app软件中存储在云服务器的资源进行管理，包括教师端和学生端的视频资源、模型包资源、音频资源三类的删除、更新、查找操作，方便教师端和学生端及时的从该模块请求资源；
信息中转处理模块：用于对接收到的教师端向学生端发送的控制信息以及学生端向教师端回传反馈的信息进行中转和解析，使教师端与学生端进行数据流的交互；
数据推送模块：用于根据学生端或教师端发送的请求，向学生端或教师端推送相关数据信息；
app更新模块：用于将发布的新的虚拟现实软件app自动推送安装补丁到教师端和学生端进行软件版本更新；
日志管理模块：用于对系统自身的一些log信息进行记录，方便运营；
本发明为了避免教师端的安装包过大，在教师端里只存储目录清单和缩略图，真实的数据则是存储在云平台，当教师端对教学内容有需求并进行请求的时候，云平台会推送数据给教师端；
所述教师端具体包括：账号注册登录模块，用于填写个人信息以及所要教的科目等信息，进行注册，使其成为平台用户；同时，根据账号和密码进行登陆，登陆后，教师端与云平台端建立关联，教师用户通过教师端可以查看存储在云平台端上的相应信息；
学生端接收模块：用于接收所要受教的学生端的学生用户信息，学生端找到在线的教师端并加入到该教师端的授课当中，通过该模块实现教师端和学生端的连接；
在线人数统计模块：用于查看当前学生端需要受教和受控的学生的数量和姓名，方便确保全体学生都在线学习；
资源目录导航模块：用于通过资源目录导航模块进行所需要教学目录的浏览和筛选，当筛选好目录后，进入该目录的详细页面查看该资源的具体介绍和详细信息；
版本更新模块：与云平台端的app更新模块进行轮询，当云平台端有更新版本的app时，此模块进行本地更新提示；
学生端控制模块：用于选择需要控制的在线学生端，对选择好的在线学生端进行远程控制，有目的的打开或关闭学生端显示的资源内容。
本发明为了避免学生端的安装包过大，在学生端里也只存储目录清单和缩略图，真实的数据则是存储在云平台，当学生端对对教学内容有需求并进行请求的时候，云平台会推送数据给学生端；
本发明所述学生端还包括：账号注册登录模块，用于在平台上填写个人信息以及所要学习的科目等信息，进行注册，使其成为平台用户；用于根据账号和密码进行登陆，登陆后，学生端与云平台建立关联，学生用户通过学生端可以查看存储在云平台上的相应信息；
教师选择模块，用于向平台发送所选择的教师的信息，通过云平台将学生信息发送给所选择的教师端；
目录导航模块，用于通过目录导航模块浏览和筛选所要学习的内容的目录，当筛选好目录后，进入该目录的详细页面查看该内容的具体介绍和详细信息；
版本更新模块：与云平台端的app更新模块进行轮询，当云平台有更新版本的app时候，此模块进行本地更新提示。
本发明所述的虚拟现实定位模块检测学生端用户的头部、双手的动作信号，将该信号通过无线通信模块传递给虚拟现实显示模块，由虚拟现实显示模块将动作信息发送给高性能主机，根据动作信息控制虚拟场景中的人物做出相应动作。
本发明的优点和积极效果：
（1）本发明采用虚拟现实技术对硬件进行了完美的虚拟仿真模拟，采用互联网+的技术和理念进行教学内容的分发，解决了地区之间教学资源不均衡的问题；同时，通过设置在实验人员双手上的虚拟现实手持交互模块，使其在虚拟现实的环境中模拟真实的双手进行操作，使每一位学生均能够体验到亲手做实验的乐趣，达到教学效果的趋同。
（2）采用本发明的智慧教学系统，无需购买真是的硬件设备即可使学生掌握各种实验技能，提高学生动手能力，解决现有实验设备成本高的难题，让落后地区的学生也能享受到优质的教学资源和效果。
（3）本发明头盔显示模块的运用可以使实验人员不受外界环境的干扰，达到了最佳的沉浸感效果，实验操作时身临其境，而且实验人员的头部和躯干可以自由移动，不受传统虚拟训练中投影屏幕的限制，大大提高虚拟训练的真实性。
（4）本发明的智慧教学系统一个教师端可以对多个学生端学习的内容进行控制，保持多个学生端教学内容的一致性和同步性，达到课堂教学同步的目的，方便教师统一授课、管理。而且，当一个学生端操作出现问题时，教师端可以根据该学生端的错误操作进行讲解，防止其他学生出现同样的问题，提高教学效果好；同时，学生端也可以自行学习平台上的教学内容，便于课后复习。
（5）本发明采用云平台端集中管理所有虚拟现实软件内容，通过互联网技术分发至不同用户，促进教育均衡发展。
附图说明
图1为本发明智慧教学系统的结构框图。
具体实施方式
参阅图1，本发明提供的基于vr（虚拟现实）技术的智慧教学系统包括：云平台端、教师端、学生端；所述教师端与学生端分别与云平台端通信连接；
所述云平台端为一个开放的云平台，任何第三方机构或个人都可以进行内容的开发和上传分享，通过收集，云平台积累大量的虚拟现实软件内容，便于给用户提供更多样化的选择；
所述云平台端用于存储第三方机构或个人上传的虚拟现实教学资源以及教师和学生的信息；通过互联网负责教师端、学生端的数据交换、统计和管理，具体包括：账号管理模块1：用于对平台的账号进行管理，包括账号的注册、查询、删除、修改，禁用、解禁等功能；
角色管理模块2：用于对账号进行系统权限的分配，包括超级管理员，管理员，运营人员，编辑人员，教师用户、学生用户几个角色；
安全管理模块3：用于对账号的登录情况进行安全管理，包括异常地区登录报警，网络攻击报警，密码修改报警等，当学生端或教师端出现登录账号或密码或ip地址异常时，云平台端会出现提示信息，该提示信息可以通过短信或email等形式通知注册用户；
登录统计模块4：用于统计用户的登录情况，主要根据并发量，区域、时段，当前在线人数对用户的当前和历史登录数据进行统计；
数据库存储模块5：用于存储教师端或学生端注册时的账号信息数据、用户的登录统计数据以及上传到平台上的其他数据等，便于后续对数据信息进查找与核对；
界面管理模块6：用于区分渲染不同角色的用户界面，方便不同的角色用户登录后即显示对应的角色界面，所述学生端显示界面与教师端显示界面不同；
资源管理模块7：用于对教师端和学生端app软件中存储在云服务器的资源进行管理，包括教师端和学生端的视频资源、模型包资源、音频资源三类的删除、更新、查找操作，方便教师端和学生端及时的从该模块请求资源；
信息中转处理模块8：用于对接收到的教师端向学生端发送的控制信息以及学生端向教师端回传反馈的信息进行中转和解析，使教师端与学生端进行数据流的交互；
数据推送模块9：用于根据学生端或教师端发送的请求，向学生端或教师端推送相关数据信息；
app更新模块10：用于将发布的新的虚拟现实软件app自动推送安装补丁到教师端和学生端进行软件版本更新；
日志管理模块11：用于对系统自身的一些log信息进行记录，方便运营；
所述教师端是教师教学中使用的中控端，在教师端里只存储目录清单和缩略图，真实的数据则是存储在云平台，当教师端对对教学内容有需求并进行请求的时候，云平台会推送数据给教师端；
所述教师端用于打开或关闭学生端显示的教学资源，控制学生端视频内容的播放和暂停，在教育内容上对学生端进行限制，保持多个学生端教学资源使用的一致性和同步性；具体包括：账号注册登录模块12，用于填写个人信息以及所要教的科目等信息，进行注册，使其成为平台用户；同时，根据账号和密码进行登陆，登陆后，教师端与云平台端建立关联，教师用户通过教师端可以查看存储在云平台端上的相应信息；
学生端接收模块13：用于接收所要受教的学生端的学生用户信息，学生端找到在线的教师端并加入到该教师端的授课当中，通过该模块实现教师端和学生端的连接；
在线人数统计模块14：用于查看当前学生端需要受教和受控的学生的数量和姓名，方便确保全体学生都在线学习；
资源目录导航模块15：用于通过资源目录导航模块进行所需要教学目录的浏览和筛选，当筛选好目录后，进入该目录的详细页面查看该资源的具体介绍和详细信息；
版本更新模块16：与云平台端的app更新模块进行轮询，当云平台端有更新版本的app时，此模块进行本地更新提示；
学生端控制模块17：用于选择需要控制的在线学生端，对选择好的在线学生端进行远程控制，有目的的打开或关闭学生端显示的资源内容；
所述学生端里也只存储目录清单和缩略图，真实的数据则是存储在云平台，当学生端对对教学内容有需求并进行请求的时候，云平台会推送数据给学生端；具体包括：账号注册登录模块18、教师选择模块19、目录导航模块20、版本更新模块21、指令接收模块22、高性能主机23、无线通信模块24、虚拟现实显示模块25、虚拟现实手持交互模块26、虚拟现实定位模块27；
其中，所述账号注册登录模块18，用于在平台上填写个人信息以及所要学习的科目等信息，进行注册，使其成为平台用户；用于根据账号和密码进行登陆，登陆后，学生端与云平台建立关联，学生用户通过学生端可以查看存储在云平台上的相应信息；
所述教师选择模块19，用于向平台发送所选择的教师的信息，通过云平台将学生信息发送给所选择的教师端；
所述目录导航模块20，用于通过目录导航模块浏览和筛选所要学习的内容的目录，当筛选好目录后，进入该目录的详细页面查看该内容的具体介绍和详细信息；
所述版本更新模块21：与云平台端的app更新模块进行轮询，当云平台有更新版本的app时候，此模块进行本地更新提示
所述指令接收模块22，用于接收教师端发送的远程控制指令，跟随教师端的控制和引导进行学习，提交学习后的反馈结果；
所述高性能主机23上安装有虚拟现实app软件，例如：vr化学实验软件、vr生物人体软件；vr汽修模拟软件、vr汽车驾驶模拟软件等；高性能主机与虚拟现实显示模块25连接；
所述无线通信模块24，用于虚拟现实显示模块与虚拟现实手持交互模块、虚拟现实定位模块之间进行无线通信，完成数据的交互；
所述虚拟现实显示模块25包括头盔显示模块，所述头盔显示模块一端与高性能主机连接，头盔显示模块由用户佩戴到头部眼前的位置，用于将高性能主机显卡里处理的虚拟现实的数据信息高速、低延迟的显示在用户的眼前；
所述虚拟现实手持交互模块26包括两个无线手柄，所述无线手柄与无线通信模块连接，当用户在进行虚拟现实内容体验的时候，用户每只手手持一个，在虚拟现实的环境中模拟真实的双手进行操作；
所述虚拟现实定位模块27包括：两个对角放置的红外传感器，每个所述的红外传感器与无线通信模块连接，学生使用时站在两个对角放置的红外传感器所组成的矩形区域范围内，通过虚拟现实显示模块和虚拟现实手持交互模块红外线的发射和接收，数据的交互，获取到头盔显示模块和无线手柄的xyz三维信息，实现对学生动作的准确定位。
本发明所述的虚拟现实定位模块检测学生端用户的头部、双手的动作信号，将该信号通过无线通信模块传递给虚拟现实显示模块，由虚拟现实显示模块将动作信息发送给高性能主机，根据动作信息控制虚拟场景中的人物做出相应动作。下面以vr汽修模拟为例进行说明该系统的交互及用户使用方法，具体内容如下：
首先，学生通过账号注册登录模块登录，使学生端与云平台端建立关联；学生通过教师选择模块选择vr汽修模拟授课教师；教师端通过学生端接收模块与学生建立联系；学生端用户带上头盔显示模块，双手握住无线手柄，在两个红外传感器所组成的3*3米的空间范围内操控；当教师通过在线人数统计模块确定全体学生都在线学习后，通过学生端控制模块来控制每个学生端显示vr汽修模拟实验的内容；
在vr汽修模拟实验中，两个无线手柄分别对应模拟用户的双手，用户可以通过在学生端中的菜单来更换vr环境中双手的手持工具，例如可以在工具选择菜单中更换双手的工具为钳子、扳手、螺丝刀等常用的汽车修理相关的工具，更换工具后，对虚拟的3d汽车进行修理和拆卸等操作。
操作过程中，两个红外传感器实时采集用户的真实操作，包括前后移动、手握、转动等手部动作，采集的动作信息通过无线通信模块发送到虚拟现实显示模块，虚拟现实显示模块将动作信息发送给高性能主机，高性能主机通过内置的处理器将其转换为计算机控制指令，发送到该vr汽修软件中，vr软件收到指令后进行软件中对应手持工具的动作模拟，并对软件中3d汽车的修理状况进行对应反馈，例如汽车的轮子被拆卸，发动机被安装等操作。