本发明涉及电梯检验技术领域，尤其涉及一种基于虚拟现实技术的电梯检验教学系统及方法。
背景技术：
当今社会，电梯作为一种垂直的交通工具在人们日常中起到了非常重要的作用。每年需新增的电梯检验人员约有3000人，这些电梯检验人员一般为电梯相关专业或者有相关经验的人员进过专业的培训和考核，再拿到了电梯检验执业资格证后，才能从事电梯的检验。由于电梯的原理和电梯设备相对比较复杂，而电梯检验需要对电梯设备进行深入的了解之后才能对电梯进行检验，一般电梯检验人员需要了解电梯主机的内部结构，然而现有的教学方法是让学员直接拆电梯设备，学员一边拆卸设备，一边学习电梯设备的构造和原理，这样的教学方式存有以下的弊端：1)由于现有的教员资源不足，不可能给每个学员手把手的教导，所以学员在自己拆卸电梯设备时，往往得不到科学正确的指导，很容易损坏电梯设备，造成了设备浪费和教学成本高等问题，也有可能因学员操作不当对学员造成身体伤害；2)学员直接拆电梯，在遇到疑问困难时，得不到解答和帮助，在拆完电梯设备后，起到的学习效果甚微，很多学员只能是对电梯设备有个一知半解，达不到良好的教学效果。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提出一种更加安全有效的电梯检验教学系统。
本发明的另一目的是提出一种更加安全有效的电梯检验教学方法。
本发明所采用的技术方案是：
一种基于虚拟现实技术的电梯检验教学系统，包括手持控制装置、控制主机、虚拟显示器以及定位装置，所述控制主机包括数据库模块和运算控制模块，所述运算控制模块分别与手持控制装置、虚拟显示器、定位装置和数据库模块连接；
所述定位装置用于采集学员的移动信息，并将采集的移动信息传输给运算控制模块；
所述手持控制装置用于采集学员手部的位移信息和动作输入信息，并将采集到的信息传输给运算控制模块；
所述虚拟显示器用于播放虚拟电梯检验场景，同时采集学员的视角信息，并将采集的视角信息传输给运算控制模块；
所述数据库模块用于存储不同类型的电梯检验模型、电梯设备分解模型和教学视频；
所述运算控制模块用于虚拟出电梯设备和根据触发信息播放教学视频，并根据接收到的信息判断学员的检验操作步骤是否正确，且在判断不正确时对学员进行提示。
进一步，所述数据库模块包括电梯检验模型数据库、设备分解模型数据库和教学视频数据库，所述运算控制模块分别与电梯检验模型数据库、设备分解模型数据库和教学视频数据库连接；
所述电梯检验模型数据库用于存储不同类型的电梯检验模型；
所述设备分解模型数据库用于存储不同类型的电梯设备的分解模型；
所述教学视频数据库用于存储检验电梯设备的教学视频。
进一步，所述电梯设备的分解模型为电梯设备的三维爆炸图，所述三维爆炸图中包括有电梯设备的各零部件模型。
进一步，所述数据库模块还用于存储工具仪器模型和手势动作模型。
本发明所采用的另一技术方案是：
一种基于虚拟现实技术的电梯检验教学方法，包括以下步骤：
根据学员输入选择设备信息读取电梯检验模型，从而虚拟出电梯设备的检验场景；
实时采集学员的移动信息、手部信息和视角信息，并根据采集的信息切换虚拟场景；
通过指引信息指引学员进行检验操作，根据预设的检验程序判断学员的检验操作是否正确，并在判断不正确时，提示操作错误，且判定该操作无效；
当判断已经执行所有的检验步骤时，提示电梯检验完成。
进一步，还包括切换手部姿势的步骤，所述切换手部姿势的步骤为：
采集学员的位移信息和手部信息后，将采集到的信息映射到电梯检验场景上，并在判断虚拟人手接触到不同的零部件时，产生相应的切换触发信息；
根据切换触发信息，更换虚拟人手的姿势和工具仪器模型。
进一步，还包括打开分解模型的步骤，具体包括以下步骤：
根据预设的打开程序判断是否打开电梯的分解模型，若是，读取并虚拟出电梯设备的三维爆炸图；
根据预设的关闭程序判断是否关闭电梯的分解模型，若是，关闭电梯设备的三维爆炸图，并虚拟出电梯设备；
所述三维爆炸图中包含了电梯设备的各零部件。
进一步，在三维爆炸图上设有视频播放键，还包括教学视频播放步骤，具体包括以下步骤：
判断虚拟人手是否与视频播放键接触，若是，触发弹出播放视频框并播放教学视频；
判断虚拟人手是否与零部件接触，并在判断接触时，将该类零部件以第一显示格式进行显示，且产生相应的视频触发信息；
根据视频触发信息播放该类零部件教学视频，并在播放完视频后自动关闭播放视频框。
进一步，还包括获取零部件的步骤，具体包括以下步骤：
在判断到虚拟人手接触到零部件时，该零部件以第二显示格式进行显示，并在根据手部信息判断到获取该零部件时，将虚拟人手更换为该零部件；
实时采集学员的手部信息，并将采集到的信息映射到虚拟的零部件上，从而实现对零部件全方面的观看；
在判断到该零部件与三维爆炸图的接触时，零部件自动恢复原来位置，并虚拟出虚拟人手。
进一步，所述手部信息包括手部位移信息和手部动作输入信息。
进一步，所述零部件包括独立零部件和整体零部件，还包括二次爆炸的步骤，具体包括以下步骤：
在判断虚拟人手是否与整体零部件接触时，该零部件以第三显示格式进行显示；
结合手部信息和预设的二次爆炸程序判断是否对整体零部件进行二次爆炸，若是，读取并虚拟出整体零部件的三维爆炸图。
本发明的有益效果是：本发明通过虚拟出电梯设备，学员通过检验虚拟的电梯设备，学习了电梯设备的相关知识，无需操作真实的电梯设备，节约教学成本，避免学员因失误的操作对学员造成了伤害，提高了教学的安全性。
附图说明
图1是一种基于虚拟现实技术的电梯检验教学系统的结构框图；
图2是一种基于虚拟现实技术的电梯检验教学方法的步骤流程图。
具体实施方式
实施例一
如图1所示，一种基于虚拟现实技术的电梯检验教学系统，包括手持控制装置、控制主机、虚拟显示器以及定位装置，所述控制主机包括数据库模块和运算控制模块，所述运算控制模块分别与手持控制装置、虚拟显示器、定位装置和数据库模块连接；
所述定位装置用于采集学员的移动信息，并将采集的移动信息传输给运算控制模块；
所述手持控制装置用于采集学员手部的位移信息和动作输入信息，并将采集到的信息传输给运算控制模块；
所述虚拟显示器用于播放虚拟电梯检验场景，同时采集学员的视角信息，并将采集的视角信息传输给运算控制模块；
所述数据库模块用于存储不同类型的电梯检验模型、电梯设备分解模型和教学视频；
所述运算控制模块用于虚拟出电梯设备和根据触发信息播放教学视频，并根据接收到的信息判断学员的检验操作步骤是否正确，且在判断不正确时对学员进行提示。
上述系统的工作原理为：运算控制模块通过读取数据库模块中的电梯检验模型或设备分解模型，并通过虚拟显示器向学员播放电梯设备的检验场景，本实施例中的虚拟显示器为vr头盔，学员通过视觉可看到电梯设备的画面，通过听觉听到场景内的虚拟的声音，比如学员在拆卸设备时，能听到相应的拆卸时的碰撞或摩擦的声音，让学员身临其境，更好的融入教学的环境，也能更加贴切的模拟的现实的拆卸情况，增强学员的记忆。其中，所述视角信息为学员头部旋转的信息，在虚拟显示器上设有旋转感应器，当学员扭转头部时，旋转感应器采集学员的旋转信息，并将采集到了旋转信息发送给运算控制模块，运算控制模块根据旋转信息调整虚拟的场景，从而使学员感觉更加真实。学员在虚拟环境中学习检验电梯设备，所述学习检验步骤包括对虚拟对电梯设备进行拆卸、安装和检测等步骤。其中，学员对虚拟的电梯设备进行拆卸，一边拆卸，一边学习电梯设备的原理和结构，并在遇到疑问时，点击播放教学视频，从而得到有效的教导，提高学习的效果。在现实设备拆卸过程中，有些危险的零部件，比如弹簧，如果操作不当的话，会对学员造成严重的伤害，而在虚拟的场景中，学员执行了错误的操作，会产生提示，不会对学员造成伤害，提高了安全性。因为拆卸的电梯设备是虚拟设备，避免了学员将电梯设备弄坏的问题，降低了教学的成本，同时学员在遇到疑问困难时可随时播放教学视频，得到有效的解答和帮助，提供了教学的质量。
进一步作为优选的实施方式，所述数据库模块包括电梯检验模型数据库、设备分解模型数据库和教学视频数据库，所述运算控制模块分别与电梯检验模型数据库、设备分解模型数据库和教学视频数据库连接；
所述电梯检验模型数据库用于存储不同类型的电梯检验模型；
所述设备分解模型数据库用于存储不同类型的电梯设备的分解模型；
所述教学视频数据库用于存储检验电梯设备的教学视频。
因为电梯存有多种型号和梯种，比如有无机房中速观光梯、公共交通型自动扶梯、间接顶升式液压电梯及杂物电梯等，而每种电梯又有多种设备，比如曳引机和电机，所以电梯检验模型数据库存放有不同型号的电梯的不同设备，学员通过选择，虚拟出不同的电梯设备进行学习。在设备分解模型数据库都存有每种上述的电梯设备的分解图，学员可以观看电梯设备的分解图，更加直观的了解电梯设备的构造和原理。在教学视频数据库存放了相应的教学视频，学员可以先观看教学视频，再实操学习，增加学员的学习方式，同时也可有效的对学员进行教导，提高学习质量。
进一步作为优选的实施方式，所述电梯设备的分解模型为电梯设备的三维爆炸图，所述三维爆炸图中包括有电梯设备的各零部件模型。
在本实施例中，电梯的分解模型以三维爆炸图的形式显示，学员可以清晰的看到电梯设备的所以零部件，学员通过移动位置和视觉角度可以观看电梯设备的组成结构，可以仔细观看学习其中的零部件，还可以获取其中的零部件进行详细的观察学习。电梯设备通过以三维爆炸图的形式显示，更能直观的让学员了解设备构造，方便学员学习，学员可获取零部件进行全方位观摩和学习，更加真实的模仿实际操作，提高学员的学员热情，提高学习效果。
进一步作为优选的实施方式，所述数据库模块还用于存储工具仪器模型和手势动作模型。
学员在拆卸设备时，当虚拟人手接触到设备的不同的零部件，虚拟人手会根据不同的触发切换虚拟人手手势和拆卸工具，比如当虚拟人手接触到螺母时，自动的切换成人手紧握扳手的模型。通过切换不同的模型，让学员感觉虚拟场景更加真实，更好的融入虚拟场景中，从而达到更好的学习效果。
实施例二
如图2所示，一种基于虚拟现实技术的电梯检验教学方法，包括以下步骤：
s1、根据学员输入选择设备信息读取电梯检验模型，从而虚拟出电梯设备的检验场景。
s2、实时采集学员的移动信息、手部信息和视角信息，并根据采集的信息切换虚拟场景。所述手部信息包括手部位移信息和手部动作输入信息。
其中，在手持控制装置中设有按键，学员可以通过按键输入信息，比如学员通过按键可以进行选择虚拟不同的电梯设备。
s3、切换手部姿势。其中，s3包括步骤s31～s32：
s31、采集学员的位移信息和手部信息后，将采集到的信息映射到电梯检验场景上，并在判断虚拟人手接触到不同的零部件时，产生相应的切换触发信息。
s32、根据切换触发信息，更换虚拟人手的姿势和工具仪器模型。
s4、打开分解模型。其中s4包括s41～s42：
s41、根据预设的打开程序判断是否打开电梯的分解模型，若是，读取并虚拟出电梯设备的三维爆炸图。在三维爆炸图上设有视频播放键。所述三维爆炸图中包含了电梯设备的各零部件。在本实施例中，预设的打开程序为：当系统感应到虚拟人手与电梯设备接触，且学员通过手持控制装置按住确认键，并滑动预设的距离，即可触发打开三维爆炸图。
所述s41包括a1～a3：
a1、判断虚拟人手是否与视频播放键接触，若是，触发弹出播放视频框并播放教学视频。
当虚拟人手接触到视频播放键时，触发系统弹出播放视频框，同时运算控制模块从教学视频数据库读取相应的数据，播放教学视频，此处播放的教学视频为教导学员如何拆卸电梯设备的视频，同时视频在播放过程中讲到哪个零部件时，三维爆炸图中的相应零部件会高亮。
a2、判断虚拟人手是否与零部件接触，并在判断接触时，将该类零部件以第一显示格式进行显示，且产生相应的视频触发信息。
a3、根据视频触发信息播放该类零部件教学视频，并在播放完视频后自动关闭播放视频框。
教学视频正在播放时，当感应到虚拟人手接触到某零部件时，产生了相应的触发信息，运算控制模块根据相应的信息根据该触发信息从教学视频数据库获取该零部件的教学视频，并在自动播放完之后，关闭播放视频框。在本实施例中，第一显示格式为高亮。
s42、根据预设的关闭程序判断是否关闭电梯的分解模型，若是，关闭电梯设备的三维爆炸图，并虚拟出电梯设备。
在本实施例中，预设的关闭程序为：当系统感应到虚拟人手与三维爆炸图接触，且学员通过手持控制装置按住确认键，并滑动预设的距离，即触发关闭三维爆炸图。
s5、通过指引信息指引学员进行检验操作，根据预设的检验程序判断学员的检验操作是否正确，并在判断不正确时，提示操作错误，且判定该操作无效。
s6、当判断已经执行所有的检验步骤时，提示电梯检验完成。
通过上述方法，学员在虚拟环境中学习检验电梯设备，所述学习检验步骤包括对虚拟对电梯设备进行拆卸和对电梯设备进行安装等步骤。其中，学员可以对虚拟的电梯设备进行拆卸，一边拆卸，一边学习电梯设备的构造和原理，当遇到疑问时，可以点击播放教学视频，从而得到有效的指导和解答，避免盲目的拆卸而不懂其原理，提高了教学的效果。由于设备是虚拟的，避免了学员将电梯设备弄坏的问题，降低了教学的成本，且不会因学业操作不当而对学员造成危害。另外，学员通过播放教学视频进行学习，无需老师时时解答，减少了老师的工作量。
实施例三
本实施例一种基于虚拟现实技术的电梯检验教学方法，与实施例二相比较，所述步骤s4还包括获取零部件的步骤，该步骤具体包括以下步骤b1～b3：
b1、在判断到虚拟人手接触到零部件时，该零部件以第二显示格式进行显示，并在根据手部信息判断到获取该零部件时，将虚拟人手更换为该零部件。
b2、实时采集学员的手部信息，并将采集到的信息映射到虚拟的零部件上，从而实现对零部件全方面的观看。
b3、在判断到该零部件与三维爆炸图的接触时，零部件自动恢复原来位置，并虚拟出虚拟人手。
学员可以获取零部件，并通过手持控制装置的旋转对零部件进行360°的观看，方便学员对零部件更清晰的了解，加深学员对学习的印象和兴趣。
实施例四
本实施例一种基于虚拟现实技术的电梯检验教学方法，与实施例二相比较，所述零部件包括独立零部件和整体零部件，所述步骤s4还包括二次爆炸的步骤，该步骤具体包括以下步骤c1～c2：
c1、在判断虚拟人手是否与整体零部件接触时，该零部件以第三显示格式进行显示。
c2、结合手部信息和预设的二次爆炸程序判断是否对整体零部件进行二次爆炸，若是，读取并虚拟出整体零部件的三维爆炸图。
所述整体零部件在现实检验中，只需整体拆下即可，无需拆开内部，所以在设备爆炸图中，整体零部件以一个整体出现，这样使得爆炸图更加整齐，方便学员的学习和查看。当有些整体零部件学员想深入学习时，可对整体零部件进行第二次爆炸，从而得到整体零部件的爆炸图。在本实施例中，当判断到虚拟人手接触到整体零部件时，整体零部件会高亮，学员可通过按下手持控制装置上的确认按键后进行拖拉，即可触发整体零部件的二次爆炸。通过二次爆炸，更加有利于学员的学习。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。