一种基于虚拟现实的精酿啤酒成品配方的教学系统及方法与流程

本发明属于虚拟现实技术领域，具体涉及一种基于虚拟现实的精酿啤酒成品配方的教学系统及方法。

背景技术：

目前，高等学校中精酿啤酒的配方的教学大多以理论知识讲解为主，虽然可以理解理论知识，但是对各种配方的认识还不够。即便通过购买配方包进行生产教学，但这种方式还是存在很多不足之处：

1、教学设备具有一定的局限性，不能满足每个同学都做一个配方包的生产。

2、实际做酒耗费时间过长，大概需要一天左右，每组只能一两个做，其他同学观看，导致学生理论知识丰富，实践技能缺乏。

3、现有的教学模式过于单一，导致学生学习兴趣较差。有的学生甚至出现理论知识缺乏的现象。

4、想要熟练掌握精酿啤酒的成品配方，必须反复练习，而学校的设备与经费都不能够支持学生反复练习与操作。从而使得学生的实践技能普遍薄弱，不能很好的为企业输送技术型人才。

近几年，虚拟仿真教学形式和技术迅猛发展，3d/vr虚拟现实、ar增强现实等技术手段先后出现，随着学院学科建设的不断深度需要，结合更加先进的沉浸式虚拟现实技术手段，更加深度的建设生物工程仿真实训中心，依据阶梯递进式工学交替的人才培养模式，将精酿啤酒过程进行虚拟仿真化教学，让校内实训更加贴近精酿啤酒企业的实际生产，有助于提升学生的专业基本能力、专业核心能力和职业行为能力，便于学生在校学习与企业岗位实践能够顺利衔接，同时也能有效降低实训成本，并提升实训效果，通过虚拟现实(vr)技术手段弥补学校在专业设备、仪器、场地等方面的不足，完善专业教学过程，提高啤酒酿造人才培养质量，更好的为企业输送人才。

技术实现要素：

发明目的：为解决现有技术的不足，提供一种可提高教学效率的基于虚拟现实的精酿啤酒成品配方的教学系统及方法。

技术方案：本发明所述的一种基于虚拟现实的精酿啤酒成品配方的教学方法，包括主机装置、定位追踪单元、显示单元和控制单元；所述主机装置其包括主机本体及主机内部精酿啤酒成品配方教学方法的运行数据；所述运行数据包括虚拟精酿啤酒成品配方实验室虚拟教学场景、虚拟人物及教学内容；所述主机装置、显示单元、控制单元与定位追踪单元通过传感信号连通形成运行系统所需的定位追踪环境；所述控制单元用于使用者控制虚拟精酿啤酒成品配方实验室虚拟角色的移动与动作执行；所述定位追踪单元包含多个定位追踪单元，用于对控制单元及使用者显示单元的位置定位和使用者的动作捕捉。

进一步地，显示单元包括使用者显示单元及供学生及老师观看使用者移动、操作状态及成品配方教学内容的显示单元。

进一步地，系统还包括语音单元和练习单元；所述语音单元是在练习单元中为使用者提供语音操作指令，提示使用者完成下一步操作；所述练习单元主要包括美式ipa单元、百香果啤酒单元、柏林酸小麦单元、淡色拉格单元、德式小麦单元、金色艾尔单元、世涛单元、烟熏波特单元，供学生操作联系。

进一步地，系统还包括考核单元，所述考核单元是供老师检测学生对于精酿啤酒成品配方学习情况，考核单元不含语音单元，学生在考核单元只能自己进行操作，然后系统会根据其操作步骤进行正确与错误判断。

本发明还提供一种基于虚拟现实的精酿啤酒成品配方的教学方法，，包括以下步骤：

(1)进入虚拟的精酿啤酒成品配方实验室，可以看到八种啤酒配方的介绍，包括每种啤酒所需要的原料介绍；

(2)根据语音单元提示完成精酿啤酒成品配方的学习，选择练习单元，进行啤酒配方配对操作的学习，学习八种啤酒配方；

(3)进入考核单元，根据配方内容在实验室中找到相应的成品配方内所需要的原料，只有制作该啤酒的原料寻找正确，才可出现相应的啤酒模型，考核通过；原料选择错误，则无法出现相应的啤酒模型，考核不通过。

有益效果：与现有技术相比，本发明的有益效果：1、能够比较详细的体现啤酒的制作原料种类和特征；2、大大的提高了教学效率，让每个学生能够深刻的理解啤酒的制作；3、实际配方教学，比较枯燥乏味，此技术可以让学生亲自操作去配方；4、操作过程中vr显示屏可以让指导老师知道学生在操作过程中的错误进行总结，对学生发生的共性问题进行实际演示和改正。

附图说明

图1是本发明系统结构示意图示意图；

图2虚拟精酿啤酒成品配方实验室操作显示图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

本发明公开了一种基于虚拟现实的精酿啤酒成品配方的教学系统及方法，如图1所示，基于虚拟现实的精酿啤酒成品配方的教学系统包括：主机装置、定位追踪单元、显示单元和控制单元；主机装置包括主机本体及主机内部精酿啤酒成品配方教学方法的运行数据包。

定位追踪单元、显示单元、控制单元共同为虚拟现实的精酿啤酒成品配方的教学方法所需要的外部虚拟环境。

具体的显示单元包含两个显示单元，其中一个为供使用者单独使用的显示单元，另一个为使用者操作状态显示单元。本实施例中使用者单独使用的显示单元为htcvive显示单元，使用者操作状态显示单元为海信54英寸液晶显示屏。htcvive显示单元通过对使用者眼球运动、注意力及聚焦的追踪和分析，为用户创建身临其境的精酿啤酒成品配方实验室虚拟场景，带给用户强烈的沉浸感。海信液晶显示屏，通过与主机连接，接收主机数据，呈现精酿啤酒成品配方实验室，显示使用者操作状态，供老师指导，学生观摩学习。

具体的定位追踪单元包含两个定位追踪器，本实施例中使用的是htcvive定位追踪器，其定位空间范围大概在20m²左右，以每秒100帧的速度高速扫描定位范围内控制单元及htcvive显示单元的位置，360度移动追踪，为主机单元反馈使用者的同步动作。

具体的控制单元包含两个控制单元，本实施例中使用的是htcvive控制单元，具有多功能触摸板、扳机、抓握按钮、用于控制操作虚拟人物的动作执行及移动。更具体的当htcvive控制单元发出的射线终点达到虚拟精酿啤酒成品配方实验室的某一个位置时，点击htcvive控制单元多功能触摸板的前键即可将人物移动到此位置上，通过此操作来控制虚拟精酿啤酒成品配方实验室中虚拟人物的移动。当htcvive控制单元发出的射线终点在虚拟精酿啤酒实验室某个物体单元时，可以通过按住抓握按钮拿起物体单元，松开手柄按钮放下物体单元。

具体的htcvive控制单元及htcvive显示单元中包含多个光电传感器与定位器，同定位追踪单元相互作用，达到向主机反馈使用者的动作执行状态。具体的每个htcvive定位追踪器里会有一个红外的led阵列，两个转轴电机互相垂直并疯狂旋转。工作的时候htcvive定位追踪器先由红外led闪光同步信号(1秒60次)，先由x轴旋转激光扫过空间，y轴不发光；下一个周期则再次闪光、扫描，只不过x、y工作状态相反，如此就完成了一个循环。htcvive显示单元及htcvive控制单元上搭载的光电传感器与定位器，在htcvive定位追踪器的led闪光时也会同步信号，当x轴和y轴激光扫过这些光电传感器及定位器，他们就会记录下到达的时间。由于激光是以面覆盖下来的，经过x、y轴两次扫描之后可以确定htcvive显示单元及htcvive控制单元的角度；通过htcvive显示单元及htcvive控制单元之间的位置差就可以计算出他们的位置。因为扫描速度足够快、次数足够多，从而达到精准识别使用者的运动轨迹的目的。

主机装置为精酿啤酒成品配方的教学方法提供了一种良好的运行环境，是精酿啤酒成品配方教学方法运行的基础。主机装置承载了精酿啤酒成品配方教学方法的运行数据包。精酿啤酒成品配方教学方法的运行数据包中包括了虚拟精酿啤酒成品配方实验室虚拟教学场景、虚拟人物及教学内容。

本具体实施例中成品配方的教学方法以以上设备为基础，通过虚拟角色在精酿啤酒虚拟成品配方实验室中品尝啤酒并依据啤酒配方在实验室中寻找啤酒配方原料制作啤酒，从而加深对精酿啤酒成品配方学习的一种基于虚拟现实的精酿啤酒成品配方的教学方法。

具体的主机装置中承载的虚拟精酿啤酒成品配方实验室虚拟教学场景，是专业的精酿啤酒生产企业所拥有的精酿啤酒成品配方实验室为原型，将现场进行拍摄，记录各个成品原料的摆放位置，现场内部设施并记录其参数的大小，根据1：1的比例在3dmax软件中进行虚拟精酿啤酒成品配方实验室的模型搭建。在搭建好的虚拟场景中，利用htcvive显示单元和htcvive控制单元将捕获的使用者消息映射到虚拟场景中，为相应使用者提供数据。操作中，用户对虚拟对象发出指令，主机单元对其解释，给出相应的反馈结果，通过htcvive显示给用户反映虚拟世界的景象。本实施例中，一种基于虚拟现实的精酿啤酒成品配方的教学系统还包括以下几个单元：

语音单元是在练习单元中为使用者提供语音操作指令，提示使用者完成下一步操作的单元。练习单元又包括美式ipa单元、百香果啤酒单元、柏林酸小麦单元、淡色拉格单元、德式小麦单元、金色艾尔单元、世涛单元、烟熏波特单元；

具体的美式ipa单元又包括淡色艾尔麦芽单元、焦香麦芽单元、焦香慕尼黑麦芽单元、哥伦布酒花单元、亚麻黄酒花单元、西姆科酒花单元、s04酵母单元。

具体的百香果啤酒单元又包括淡色艾尔麦芽单元、carapilsmalt,weyermann麦芽单元、chinook酒花单元、百香果汁单元、us04酵母单元。

具体的柏林酸小麦单元又包括皮尔森麦芽单元、酸化麦芽单元、西楚酒花单元、wb06酵母单元。

具体的淡色拉格单元又包括波西米亚焦香麦芽单元、皮尔森麦芽单元、胡德峰酒花单元、wb34/70酵母单元。

具体的德式小麦单元又包括皮尔森麦芽单元、小麦麦芽单元、传统哈啦道酒花单元、wb06酵母单元。

具体的金色艾尔单元又包括波西米亚焦香麦芽单元、皮尔森麦芽单元、淡色艾尔麦芽单元、东肯特戈尔丁酒花单元、wb06酵母单元。

具体的世涛单元又包括淡色艾尔麦芽单元、焦香麦芽单元、结晶小麦麦芽单元、深黑色麦芽单元、深色巧克力麦芽单元、即食燕麦单元、哥伦布酒花单元、奇努克酒花单元、卡斯卡特酒花单元、s33酵母单元。

具体的烟熏波特单元又包括淡色艾尔麦芽单元、焦香麦芽单元、结晶小麦麦芽单元、深黑色麦芽单元、深色巧克力麦芽单元、即食燕麦单元、烟熏苹果木麦芽单元、慕尼黑焦香麦芽1号单元、东肯特戈尔丁酒花单元、奇努克酒花单元、s04酵母单元。

操作者在练习单元内根据语音单元的操作指令及虚拟精酿啤酒成品配方表，完成对成品配方的学习，练习单元可供使用者反复练习以达到熟练掌握精酿啤酒成品配方的目的。

考核单元同样包括美式ipa考核单元、百香果啤酒考核单元、柏林酸小麦考核单元、淡色拉格考核单元、德式小麦考核单元、金色艾尔考核单元、世涛考核单元、烟熏波特考核单元。其中每个考核单元中的内容和练习单元内容一致，操作者只是在无语音提示下完成考核。

考核单元是供老师检测学生对于精酿啤酒成品配方学习情况的单元，考核单元内不含语音单元及虚拟精酿啤酒成品配方表，学生在考核单元只能自己进行操作，然后系统会根据其操作步骤进行正确与错误判断。

如图2所示，具体的，学生通过配戴htcvive显示单元、htcvive控制单元，通过htcvive进入虚拟精酿啤酒成品配方实验室，进入虚拟的精酿啤酒成品配方实验室，可以看到八种啤酒配方的介绍，包括每种啤酒所需要的原料介绍。

根据语音单元提示完成精酿啤酒成品配方的学习，选择练习单元，进行啤酒配方配对操作的学习，学习八种啤酒配方；

然后，进入考核单元，根据配方内容在实验室中找到相应的成品配方内所需要的原料，只有制作该啤酒的原料寻找正确，才可出现相应的啤酒模型，考核通过；原料选择错误，则无法出现相应的啤酒模型，考核不通过。

以下选择练习单元，根据语音提示完成八种虚拟精酿啤酒成品配方练习操作。

选择美式ipa单元，按照语音提示及虚拟精酿啤酒成品配方表选择淡色艾尔麦芽单元、焦香麦芽单元、焦香慕尼黑麦芽单元、哥伦布酒花单元、亚麻黄酒花单元、西姆科酒花单元、s04酵母单元放入指定位置，选择原料单元正确，即可出现对应的美式ipa精酿啤酒。

选择百香果啤酒单元，按照语音提示及虚拟精酿啤酒成品配方表选择淡色艾尔麦芽单元、carapilsmalt,weyermann麦芽单元、chinook酒花单元、百香果汁单元、us04酵母单元放入指定位置，选择原料单元正确，即可出现对应的百香果精酿啤酒。

选择柏林酸小麦单元按照语音提示及虚拟精酿啤酒成品配方表选择皮尔森麦芽单元、酸化麦芽单元、西楚酒花单元、wb06酵母单元放入指定位置，选择原料单元正确，即可出现对应的柏林酸小麦精酿啤酒

选择淡色拉格单元按照语音提示及虚拟精酿啤酒成品配方表选择波西米亚焦香麦芽单元、皮尔森麦芽单元、胡德峰酒花单元、wb34/70酵母单元放入指定位置，选择原料单元正确，即可出现对应的淡色拉格精酿啤酒。

选择德式小麦单元按照语音提示及虚拟精酿啤酒成品配方表选择皮尔森麦芽单元、小麦麦芽单元、传统哈啦道酒花单元、wb06酵母单元放入指定位置，选择原料单元正确，即可出现对应的德式小麦精酿啤酒。

选择金色艾尔单元按照语音提示及虚拟精酿啤酒成品配方表选择波西米亚焦香麦芽单元、皮尔森麦芽单元、淡色艾尔麦芽单元、东肯特戈尔丁酒花单元、wb06酵母单元放入指定位置，选择原料单元正确，即可出现对应的金色艾尔精酿啤酒。

选择世涛单元按照语音提示及虚拟精酿啤酒成品配方表选择淡色艾尔麦芽单元、焦香麦芽单元、结晶小麦麦芽单元、深黑色麦芽单元、深色巧克力麦芽单元、即食燕麦单元、哥伦布酒花单元、奇努克酒花单元、卡斯卡特酒花单元、s33酵母单元放入指定位置，选择原料单元正确，即可出现对应的世涛精酿啤酒。

选择烟熏波特单元按照语音提示及虚拟精酿啤酒成品配方表选择淡色艾尔麦芽单元、焦香麦芽单元、结晶小麦麦芽单元、深黑色麦芽单元、深色巧克力麦芽单元、即食燕麦单元、烟熏苹果木麦芽单元、慕尼黑焦香麦芽1号单元、东肯特戈尔丁酒花单元、奇努克酒花单元、s04酵母单元放入指定位置，选择原料单元正确，即可出现对应的烟熏波特精酿啤酒。

当八种虚拟精酿啤酒成品配方单元全部完成后，退出练习单元，练习完成，即可达到通过虚拟精酿啤酒成品配方实验室学习精酿啤酒成品配方的目的。

选择考核单元，进入虚拟精酿啤酒成品配方实验室，在无语音提醒的情况下完成八种精酿啤酒成品配方单元的考核。

当八种虚拟精酿啤酒成品配方单元全部完成后，退出考核单元，考核完成，即可达到通过虚拟精酿啤酒成品配方实验室检验精酿啤酒成品配方的学习效果的目的。