本发明属于教学系统技术领域，涉及基于互联网的远程教学系统，具体而言，是一种虚拟教学系统，本发明还提供了实施上述虚拟教学系统的云平台管理系统和处理终端管理系统。
背景技术：
随着计算机和网络技术的飞速发展，教育教学方式也在发生着巨大的变化。以网络为基础的各种知识学习逐渐成为教育教学的一种发展趋势，传统教学存在的局限性与实验室建设规模严重滞后于迅速增大的学生队伍，使得教学质量面临严峻的挑战，因此虚拟教学平台应运而生。
虚拟教学平台通过信息化平台的搭建与互联可以使学生有更多机会参加高水平的课程，让更多的学生随时随地的更好享用优质实验教学资源，也可以使教师的教学理念得到更新，教学能力得到提升，教学水平进一步提高。但目前虚拟仿真教学仍存在体验性差、管理模式和方法难以匹及实际教学效果等问题。
有鉴于此，特提出本发明。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种虚拟教学系统，能够虚拟教室场景给学生以沉浸感体验，同时能够对上课人员的真实身份有效监管。
为了实现上述目的，本发明提供的一种虚拟教学系统，包括vr建室子系统和生物识别打卡子系统，
vr建室子系统，包括：
动作捕捉装置，用于实时采集人体姿态信息；
处理终端，用于接收动作捕捉装置采集的人体姿态信息，生成人体3d图像数据和音频数据；
云平台服务器，用于建立虚拟教室场景模型，接收处理终端发送的人体3d图像数据和音频数据，根据该数据生成虚拟教室场景并将虚拟教室场景发送至所述处理终端；
vr显示装置，用于获取所述处理终端接收的虚拟教室场景并进行显示；
本发明还包括生物识别打卡子系统，包括
生物特征采集装置，用于采集人体生物特征信息并发送给所述处理终端；
所述处理终端，其还用于提供录入界面供用户输入账号信息(并发送至所述云平台服务器，以及接收所述生物特征采集装置采集的人体生物特征信息数据并传输至所述云平台服务器；
所述云平台服务器，云平台服务器还用于获取所述用户的账号信息和生物特征信息以进行身份注册和验证继而实现对应身份的打卡签到。
进一步的，上述的虚拟教学系统中：还包括教案管理子系统，其包括
所述处理终端，其还用于编辑教案，并将教案数据上传至所述云平台服务器；
所述云平台服务器，其还用于建立教案数据库，接收处理终端传输的教案数据并存储在教案数据库中，以及根据处理终端发送的请求将教案数据信息加载至所述虚拟教室场景中。
进一步的，上述的虚拟教学系统中：还包括ocr扫描识别子系统和语音识别子系统：
其中ocr扫描识别子系统，包括
扫描仪，用于捕获影像信息并传输给所述处理终端；
还包括所述处理终端，处理终端还用于将接收的所述影像信息内的文字内容换成计算机字符以显示出来以及传输至所述云平台服务器；
语音识别子系统包括：
麦克风：用于采集语音信息并传输至所述处理终端；
所述处理终端：其还用于接收所述语音信息，对语音信息进行识别生成相应的文字显示出来以及传输至云平台服务器。
进一步的，上述的虚拟教学系统中：还包括习题管理子系统，其包括
所述处理终端，还用于编辑习题，并将习题数据上传至所述云平台服务器；
所述云平台服务器，还用于建立习题数据库，接收处理终端传输的习题数据并存储在习题数据库中，以及根据处理终端发送的请求向处理终端发送习题。
第二方面，本发明还提供了实现上述云平台服务器功能的一种云平台管理系统，包括
虚拟教室建模模块，用于建立虚拟教室场景模型，根据接收到的处理终端发送的人体3d图像数据和音频数据生成虚拟教室场景，并将虚拟教室场景发送至所述处理终端；
生物特征认证模块，用于获取用户的账号信息和生物特征信息以进行身份注册和验证继而实现对应身份的打卡签到。
进一步的，上述的云平台管理系统中：还包括教案数据库，接收处理终端传输的教案数据并存储在教案数据库中，以及根据处理终端发送的请求输出教案数据信息以使虚拟教室建模模块将教案数据加载至所述虚拟教室场景中。
进一步的，上述的云平台管理系统中：还包括习题数据库，用于接收处理终端传输的习题数据并存储在习题数据库中，以及根据处理终端发送的请求向处理终端发送习题；
习题数据库中包括题目子数据库和答案子数据库，题目子数据库中存储习题题目，习题题目对应的答案存储在答案子数据库中，并与题目子数据库建立一一映射的对应关系。
进一步的，上述的云平台管理系统中：习题数据库还包括习题审查库，习题审查库用于接收处理终端传输的习题数据并存储，以及加载调集存储的题目以进行审核，将存在不良信息或者存在能够识别出明显错误的题目删除；
习题审查库还用于为审核后的习题生成标识码，标识码在习题数据库中具有唯一性；习题审查库将审核后的习题传输至题目子数据库和答案子数据库中进行存储，存储时，题目以及其对应的标识码和答案进行关联；标识码为一串数字代码或二维码，习题数据库将其发送至处理终端。
第三方面，本发明还提供了实施上述处理终端功能的一种处理终端管理系统，包括
姿态识别数据处理模块，用于接收动作捕捉装置采集的人体姿态信息，生成人体3d图像数据和音频数据并传输至云平台服务器以使云平台服务器生成虚拟教室场景；
虚拟场景接收模块，用于接收所述虚拟教室场景数据并发送至vr显示装置进行呈现出来；
身份信息输入模块，用于提供录入界面供用户输入账号信息，以及接收生物特征采集装置采集的对应所述账号信息的人体生物特征信息数据，并将账号信息和对应的生物特征信息传输至所述云平台服务器。
进一步的，上述的处理终端管理系统中：还包括
教案编辑模块，用于编辑教案，并将教案数据上传至所述云平台服务器；
ocr识别模块，用于接收扫描仪扫描生成的影像信息，并将影像信息中的文字内容换成计算机字符以显示出来以及传输至云平台服务器；
语音识别模块，用于接收麦克风采集的语音信息，并对语音信息进行识别生成相应的文字显示出来以及传输至云平台服务器；以及
习题编辑模块，用于编辑习题，并将习题数据上传至所述云平台服务器。
本发明提供的虚拟教学系统，具有如下有益效果：
本发明教学系统模拟真实教室场景给学生以沉浸感体验，高度模仿教室情景，具有交互性，通过vr装置提高远程网络虚拟教学的真实感和趣味性；同时系统对学生和教师的生物特征识别打卡，保证了上课人员的身份真实可监管，按时、随时点名打卡签到，防止了部分自律性差的人员在虚拟教学过程中旷课的情况出现；虚拟教学、真实管理。
附图说明
图1为本发明提供的一种虚拟教学系统的系统框图；
图2为本发明虚拟教学系统中的数据交互示意图；
图3为本发明提供的云平台管理系统的系统框图
图4为本发明提供的处理终端管理系统的系统框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
如图1、2所示，一种虚拟教学系统，包括
vr建室子系统，其包括：
动作捕捉装置，用于实时采集人体姿态信息；动作捕捉装置包括3d深度传感器和麦克风；3d深度传感器由rgb彩色摄像机、红外线发射器以及红外线cmos摄影机构成，采集的信息传输至处理终端进行处理，能够精确实现虚拟现实动作捕捉，延迟≤200ms；动作捕捉装置可以进行教师和学生的姿态识别，将教师和学生当前进行的动作发送至处理终端生成实时3d图像数据；麦克风用于采集教师和学生的音频信息。
处理终端，用于接收动作捕捉装置采集的人体姿态信息，生成人体3d图像数据和音频数据。处理终端作为处理器，获取动作捕捉装置的数据信息进行处理，并将处理后生成的数据信息传输给云平台服务器。处理终端包括教师控制处理终端和学生控制处理终端，分别接收、处理、发送在教师端和学生端的数据信息，教师控制处理终端和学生控制处理终端具有云平台服务器向二者授予权限的不同，以及发送的数据信息的不同。
云平台服务器，用于建立虚拟教室场景模型，接收处理终端发送的人体3d图像数据和音频数据，根据该数据生成虚拟教室场景并将虚拟教室场景发送至所述处理终端。虚拟教室场景用以呈现出虚拟的教室场景(例如教室、讲台、桌椅等)、教室场景里上课的老师和学生在进行的动作(基于动作捕捉装置采集的人体姿态建模以呈现)等画面。对于针对教师控制处理终端和学生控制处理终端发送的数据信息不尽相同，例如发送的虚拟教室场景中，教师控制处理终端接收的虚拟教室场景是教师视野，学生控制处理终端结接收的虚拟教室场景是学生视野；云平台服务器给教师控制处理终端和学生控制处理终端授予权限的也存在不同，教师控制处理终端被允许编辑教案内容上传和请求教案内容播放，学生控制处理终端则不允许。
vr显示装置，用于获取所述处理终端接收的虚拟教室场景并进行显示；如包括vr头盔显示器；该显示装置需要教师和学生佩戴，使得教师和学生看到各自的vr显示装置呈现出教师视野和学生视野的虚拟教室场景，虚拟仿真画面与语音同步展现，置身于虚拟教室场景中，给参与到虚拟教学系统中的教师和学生一种仿真场景，产生如身临其境的体验感受，教师和学生各自分处不同的位置就可实现远程网络教学，具有交互性，沉浸感强。
本发明还包括生物识别打卡子系统，其包括
生物特征采集装置，用于采集人体生物特征信息并发送给所述处理终端；
所述处理终端，其还用于提供录入界面供用户输入账号信息(包括账户名、密码等)并发送至所述云平台服务器，以及接收所述生物特征采集装置采集的人体生物特征信息数据并传输至所述云平台服务器。处理终端作为数据输入、处理和输出的计算机系统，用来获取各采集装置采集的信息进行处理和数据的发送、接收。
生物识别打卡系统还包括所述云平台服务器，云平台服务器还用于获取所述用户的账号信息和生物特征信息以进行身份注册和验证继而实现对应身份的打卡签到。
具体实施时：
注册：通过处理终端提供的输入界面获取用户账号信息(如用户名、密码等)和账号对应的生物特征信息发送至云平台服务器，云平台服务器将用户账号信息和采集的生物特征信息存储在数据库中并进行关联，完成注册。注册完成后，反馈给处理终端成功注册的信息。
验证：注册成功后，通过处理终端提供的输入界面获取完成注册的用户账号信息(如用户名、密码等)、以及再次获取生物特征信息发送至云平台服务器，云平台服务器将再次获取的用户账号信息和生物特征信息发送至数据库进行匹配，信息均对应则验证成功，完成该用户的打卡签到；打卡签到后，反馈打卡签到成功的信息至处理终端。
本发明中上述生物特征可以是指纹、虹膜、人脸等；相应的，生物特征采集装置包括指纹录入器，虹膜扫描仪以及人脸扫描仪；人体生物特征与生俱来，具有先天性和唯一性的特点，尤其虹膜，在人出生八个月后即稳定成型，终身不变；把其生物特征作为识别人真实身份的标识，在虚拟教学系统中实现真实身份的签到打卡，这样提升了虚拟教学系统对真实的教师和学生的管理力度。这也是因为动作捕捉装置虽然能够较为准备地捕捉人的姿态动作以在虚拟教室场景中呈现出来，但并不能真实还原人的面孔，本发明具有的生物特征打卡系统则使得虚拟教学系统具有了对真实世界的管理手段，生物特征难以替代，可以令学生和教师像正常上课一样按时打卡签到上课、随时点名签到等等，虚拟教学、真实管理。
当下雾霾情况严重，一些城市出现雾霾红色预警时，学校为保证孩子的身体健康会选择停课不停学的方法开展课程，例如弹性调节学习时间或者网络直播教学；如果是后者，学生单向获取教师直播画面进行观看、学习，较为枯燥、专注性降低，导致学习效果欠佳，并且教师无法得知真的是该学生在线听课，缺乏一定的教学管理力度。因此，本发明教学系统模拟真实教室场景给学生以沉浸感体验，高度模仿教室情景，具有交互性，通过vr装置提高远程网络虚拟教学的真实感和趣味性；同时系统对学生和教师的生物特征识别打卡，保证了上课人员的身份真实可监管，按时、随时点名打卡签到，防止了部分自律性差的人员在虚拟教学过程中旷课的情况出现。
随着网络科技的飞速发展，越来越多的事务打破了时间、地理空间的限制，这是时代进步的方向和趋势，本发明虚拟教学系统就可以让教师和学生基于网络资源而不是学校环境来实现教学，适应时代的发展需求，具有很高的推广价值。
本发明虚拟教学系统还包括教案管理子系统，包括
所述处理终端，其还用于编辑教案，并将教案数据上传至所述云平台服务器；例如编辑好的word文档、ppt、影音文件等等课件内容，上传至云平台服务器。
所述云平台服务器，其还用于建立教案数据库，接收处理终端传输的教案数据并存储在教案数据库中，以及根据处理终端发送的请求将教案数据信息加载至所述虚拟教室场景中。
本实施例中处理终端尤其是指教师控制处理终端，教师将教案编辑完成后上传至云平台管理服务器，云平台管理服务器存储在教案数据库中；教师讲课需要教案呈现在虚拟教学场景中时，向云平台服务器发送请求，云平台服务器则将相应的教案数据加载到建立的虚拟教学场景中，发送至处理终端以被vr显示装置呈现出来。
进一步的，本发明虚拟教学系统还包括ocr扫描识别子系统和语音识别子系统：
其中ocr(opticalcharacterrecognition，光学字符识别)扫描识别子系统，包括
扫描仪，用于捕获影像信息并传输给所述处理终端；
还包括所述处理终端，处理终端还用于将接收的所述影像信息内的文字内容换成计算机字符以显示出来以及传输至云平台服务器。
语音识别子系统包括，
麦克风：用于采集语音信息并传输至所述处理终端；
所述处理终端还用于接收所述语音信息，对语音信息进行识别生成相应的文字显示出来以及传输至云平台服务器。
ocr扫描识别子系统和语音识别子系统用以方便编辑教案、习题等数据信息，例如将纸质教材的内容扫描后自动识别生成电子版的教材内容方便计算机的编辑和处理，或者通过语音识别将语音转换成电子版的文字内容进行编辑，不必在人工逐字输入，提高录入效率；并且相对于图片等格式的数据，文字内容更方便编辑和处理。
本发明虚拟教学系统还包括习题管理子系统，包括
所述处理终端，其还用于编辑习题，并将习题数据上传至所述云平台服务器；
所述云平台服务器，其还用于建立习题数据库，接收处理终端传输的习题数据并存储在习题数据库中，以及根据处理终端发送的请求向处理终端发送习题。
学生和教师都有权限编辑习题上传至云平台服务器，以及向云平台服务器请求下载习题，进行课后训练等，提高学习效果。
另一方面，本发明还提供了实现上述云平台服务器功能的一种云平台管理系统，如图3所示，包括
虚拟教室建模模块，用于建立虚拟教室场景模型，根据接收到的处理终端发送的人体3d图像数据和音频数据生成虚拟教室场景，并将虚拟教室场景发送至所述处理终端。虚拟教室场景用以呈现出虚拟的教室场景(例如教室、讲台、桌椅等)、教室场景里上课的老师和学生在进行的动作(基于动作捕捉装置采集的人体姿态建模以呈现)等画面。发送的虚拟教室场景中，教师控制处理终端接收的虚拟教室场景是教师视野，学生控制处理终端结接收的虚拟教室场景是学生视野。
生物特征认证模块，用于获取用户的账号信息和生物特征信息以进行身份注册和验证继而实现对应身份的打卡签到。
注册时：生物特征认证模块获取用户账号信息(如用户名、密码等)和生物特征信息，将其存储在数据库中并进行关联，完成注册。注册完成后，反馈给处理终端成功注册的信息。其中用户账号信息通过处理终端提供的输入界面获取，生物特征信息通过生物特征采集传输至处理终端，处理终端将两种信息发送至生物特征认证模块，数据库存储在存储介质中，如硬盘。
验证时：注册成功后，获取完成注册的用户账号信息，并获取登陆该账号的生物特征信息，将再次获取的用户账号信息和生物特征信息发送至数据库进行匹配，信息均对应则验证成功，完成该用户的打卡签到；打卡签到后，反馈打卡签到成功的信息至处理终端。
本发明中上述生物特征可以是指纹、虹膜、人脸等；相应的，生物特征采集装置包括指纹录入器，虹膜扫描仪以及人脸扫描仪；
所述云平台管理系统还包括教案数据库，接收处理终端传输的教案数据并存储在教案数据库中，以及根据处理终端发送的请求输出教案数据信息以使虚拟教室建模模块将教案数据加载至所述虚拟教室场景中。
本实施例中处理终端尤其是指教师控制处理终端，教师将教案编辑完成后上传至教案数据库存储；教师讲课需要教案呈现在虚拟教学场景中时，教案数据库根据处理终端发送的请求输出教案信息，虚拟教室建模模块将相应的教案数据加载到建立的虚拟教学场景中，发送至处理终端以被vr显示装置呈现出来。
还包括习题数据库，用于接收处理终端传输的习题数据并存储在习题数据库中，以及根据处理终端发送的请求向处理终端发送习题。
习题数据库中包括题目子数据库和答案子数据库，题目子数据库中存储有大量习题题目，习题题目按照所述科目类别进行归类，习题题目对应的答案存储在答案子数据库中，并与题目子数据库建立一一映射的对应关系；没有答案的题目不与答案子数据库建立映射关系。
习题数据库还包括习题审查库，习题审查库用于接收处理终端传输的习题数据(包括题目，或者题目和答案)并存储，以及加载调集存储的题目以进行审核，将存在不良信息或者存在能够识别出明显错误的题目删除。
本发明允许直接录入文字和通过图片扫描方式自动识别图片文字信息，方便习题数据的上传和处理；但用户上传的习题不会直接进入题目数据库中存储，而需要在习题审查库中等待审核，以免错误习题或者不良信息进入题目子数据库；习题数据库接收的习题数据传输至习题审查库中按照习题题目所属科目进行存储，题目被逐一进行检查，首先数据库自行筛除包含敏感字眼(如包含不良信息字眼)的题目，再通过管理员人工抽查题目是否存在明显错误；本实施例中不对习题审查库中的习题答案进行审核，以降低习题审查库的工作负担。
习题审查库还用于为审核后的习题生成标识码，标识码在习题数据库中具有唯一性；习题审查库将审核后的习题传输至题目子数据库和答案子数据库中按科目类别进行存储，存储时，题目以及其对应的标识码和答案进行关联；题目没有对应答案时置于标识码关联。
唯一标识码为一串数字代码或二维码，习题数据库将其发送至处理终端，用户可以根据标识码在数据库中检索到对应的习题，或者将标识码分享给其他用户，其他用户也可以根据标识码在数据库中检索到对应习题，学生之间可以将自己看到的习题分享出去共同学习，或者上传习题题目后发送标识码，邀请大家去解答，增加学习的趣味性。
习题数据库还包括纠错模块，用于接收处理终端发送的错误习题和/或答案举报请求，根据该请求将被举报的习题和/或答案进行标记，标记的习题在被下载后会显示出来被用户得知；标记次数达到10次以上时，习题数据库会删除该习题，以防止学生被错误习题误导。
第三方面，本发明还提供了实施上述处理终端功能的处理终端管理系统，如图4所示，包括
姿态识别数据处理模块，用于接收动作捕捉装置采集的人体姿态信息，生成人体3d图像数据和音频数据并传输至云平台服务器生成虚拟教室场景。
动作捕捉装置为3d深度传感器和麦克风以捕捉人体姿态数据和音频数据，姿态识别数据处理模块获取这些采集的信息进行处理，生成实时3d图像数据(包括教师的姿态图像和学生的姿态图像)，传输至所述虚拟教室建模模块(在云平台服务器端)以生成虚拟教室场景。
虚拟场景接收模块，用于接收所述虚拟教室场景数据并发送至vr显示装置进行呈现出来。
接收的的虚拟教室场景中，包括教师视野和学生视野分别给教师和学生呈现。
身份信息输入模块，用于提供录入界面供用户输入账号信息(包括账户名、密码等)并发送至所述云平台服务器，以及接收所述生物特征采集装置采集的对应该账号信息的人体生物特征信息数据并传输至所述云平台服务器。身份信息输入模块将所述用户的账号信息和生物特征信息发送至云平台服务器(生物特征认证模块)以进行身份注册和验证继而实现对应身份的打卡签到。注册和验证过程请参考上述云平台管理系统中的相关描述。
本发明中上述生物特征可以是指纹、虹膜、人脸等；相应的，生物特征采集装置包括指纹录入器，虹膜扫描仪以及人脸扫描仪。
教案编辑模块，用于编辑教案，并将教案数据上传至所述云平台服务器；例如编辑好的word文档、ppt、影音文件等等课件内容，上传至云平台服务器(教案数据库)。
还包括ocr(opticalcharacterrecognition，光学字符识别)识别模块，用于接收扫描仪扫描生成的影像信息，并将影像信息中的文字内容换成计算机字符以显示出来以及传输至云平台服务器。
语音识别模块，用于接收麦克风采集的语音信息，并对语音信息进行识别生成相应的文字显示出来以及传输至云平台服务器。
ocr识别模块和语音识别模块用以方便编辑教案、习题等数据信息，例如将纸质教材的内容扫描后自动识别生成电子版的教材内容方便计算机的编辑和处理，或者通过语音识别将语音转换成电子版的文字内容进行编辑，不必在人工逐字输入，提高录入效率；并且相对于图片等格式的数据，文字内容更方便编辑和处理。
还包括习题编辑模块，用于编辑习题，并将习题数据上传至所述云平台服务器(习题数据库)。
本实施例中编辑的教案和习题上传至云平台服务器后的数据处理，请参考上述云平台管理系统中的相关描述，此处不再赘述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用而使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。