虚拟现实教学装置和系统的制作方法

本发明涉及软件设计技术领域，尤其是涉及一种虚拟现实教学装置和系统。

背景技术：

随着经济的发展，科技不断进步。自"虚拟现实元年"被提出以来，各种vr(virtualreality，虚拟现实)应用研究层出不穷。相关研究者已经证明"vr+教育"能够创造"1+1>2"的效果。目前，虚拟现实技术已被广泛应用到各个行业。vr虚拟技术的出现，让不少人受益，从医疗到现在教育领域都融入了vr技术。虽然vr融入课堂的技术确实为教学增添了一些新技术，可以帮助教师为学生提供更好的学习体验，但是也存在一定的弊端，具体如下：

1)所有厂商的vr设备都会带有自身的系统桌面，其系统商店中或者桌面中有各种分散学生注意力的应用，比如视频、游戏等，十分不利于课堂教学。

2)提供vr设备硬件厂商一般都是只负责销售设备，不提供教学环境以及教学资源，比如各种教学app(application，应用程序)，教学管理系统等应用。

3)目前，虚拟仿真实验在教学中应用较广，但是虚拟现实功能教室的应用比较缺乏，vr教育的方法还在尝试摸索阶段，学校对此的教学管理也没有形成一定的体系机制，对学生vr课堂上的表现反馈不能及时监管与记录。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种虚拟现实教学装置和系统，系统商店或者桌面中没有各种分散学生注意力的应用，提供学生需要的教学资源，提供较多的实现虚拟现实功能教室的应用，以及对学生vr课堂上的表现反馈进行及时监管与记录。

第一方面，本发明实施例提供了一种虚拟现实教学装置，包括：数据模块和投屏模块；数据模块用于获取客户端信息，并将客户端信息发送至服务器；其中，客户端信息包括标识、电量信息和佩戴状态信息；投屏模块用于响应服务器发送的教学资源和投屏指令，基于service服务和mainactivity主程序在虚拟现实教学装置中进行投屏。

在本发明较佳的实施例中，上述数据模块用于通过软件开发套件获取客户端信息。

在本发明较佳的实施例中，上述虚拟现实教学装置中的service服务与服务器建立通信连接。

在本发明较佳的实施例中，上述装置还包括：播控模块，播控模块用于响应服务器发送的播控指令，基于service服务和mainactivity主程序控制虚拟现实教学装置中播放的内容。

在本发明较佳的实施例中，上述数据模块还用于接收服务器发送的教学信息，将教学信息展示在虚拟现实教学装置的屏幕中；其中，教学信息包括：第一课程信息、客户端信息和网络配置信息。

第二方面，本发明实施例还提供一种虚拟现实教学系统，包括服务器和上述的虚拟现实教学装置；服务器包括：课程管理模块、客户端管理模块、课程编辑模块、客户端编辑模块和网络配置模块；课程管理模块存储有课程名称，用于基于课程名称检索第二课程信息；客户端管理模块用于接收客户端信息，存储客户端信息；向客户端发送教学资源和服务器指令，以控制客户端执行服务器指令；其中，服务器指令包括投屏指令；课程编辑模块用于编辑服务器存储的课程内容；客户端编辑模块用于编辑服务器存储的客户端信息。

在本发明较佳的实施例中，上述课程名称以字典结构存储在课程管理模块中。

在本发明较佳的实施例中，上述客户端编辑模块还用于对服务器存储的客户端信息进行分组处理，得到具有单独数据结构的多个客户端信息。

在本发明较佳的实施例中，上述课程名称存储于课程编辑模块的单元格中；课程编辑模块还用于交换相邻的两个单元格之间的位置，以移动课程名称的存储位置。

在本发明较佳的实施例中，上述客户端信息以可扩展标记语言的格式存储在客户端管理模块中。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的一种虚拟现实教学装置和系统，通过数据模块将获取的客户端信息发送至服务器，通过投屏模块基于service服务和mainactivity主程序在虚拟现实教学装置中对服务器发送的教学资源进行投屏。该方式中，系统商店或者桌面中没有各种分散学生注意力的应用，服务器可以提供学生需要的教学资源，发送教学监管相关的操作指令，通过接收客户端信息对学生vr课堂上的表现反馈进行及时监管与记录。

本发明的其他特征和优点将在说明书中的随后部分阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种虚拟现实教学装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种虚拟现实教学装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种虚拟现实教学系统的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种服务器的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前所有厂商的vr设备的系统商店中或者桌面中有各种分散学生注意力的应用，比如视频、游戏等，十分不利于课堂教学；提供vr设备硬件厂商一般不提供教学环境以及教学资源，比如各种教学app，教学管理系统等应用；虚拟现实功能教室的应用比较缺乏，vr教育的方法还在尝试摸索阶段，学校对此的教学管理也没有形成一定的体系机制，对学生vr课堂上的表现反馈不能及时监管与记录。基于此，本发明实施例提供的一种虚拟现实教学装置和系统，应用于软件设计和教育的领域，具体涉及一种基于安卓移动端的虚拟现实教学系统。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种虚拟现实教学装置进行详细介绍。

实施例一：

本发明实施例提供一种虚拟现实教学装置，参见图1所示的一种虚拟现实教学装置的结构示意图，如图1所示，该虚拟现实教学装置包括：数据模块和投屏模块；

数据模块用于获取客户端信息，并将客户端信息发送至服务器；其中，客户端信息包括标识、电量信息和佩戴状态信息；投屏模块用于响应服务器发送的教学资源和投屏指令，基于service服务和mainactivity主程序在虚拟现实教学装置中进行投屏。

本实施例主要应用于学生的客户端，学生的客户端与教师的服务器通信连接。其中，本实施例提供的客户端可以替换vr设备原生桌面，因此，本实施例提供的客户端在系统商店中或者桌面中均不会有各种分散学生注意力的应用，有利于课堂教学。

本实施例中的客户端的研发基于安卓8.0系统，安装在vr一体机上。客户端需要获取自身以下信息：标识、电量信息和佩戴状态信息。其中，标识可以理解为客户端的唯一编号，一般来说，不同客户端的标识不同，并且标识不会改变。例如：客户端的标识为01，则其他客户端的标识一般不能再为01，该客户端的标识也一般不能随时改变。

电量信息表征了客户端存储的电量，如果客户端存储的电量较少，服务器可以提醒客户端进行充电。佩戴状态信息表征学生是否佩戴上了搭载本实施例提供的虚拟现实教学装置的vr设备，如果没有佩戴上，则服务器可以提醒学生佩戴该vr设备。服务器通过检查佩戴状态信息，可以确定学生是否认真佩戴该vr设备，因此通过佩戴状态信息可以对学生vr课堂上的表现反馈进行及时监管与记录。

一般来说，上述了客户端信息可以通过sdk工具(softwaredevelopmentkit，软件开发套件)获取，例如：数据模块用于通过软件开发套件获取客户端信息。软件开发套件一般都是一些软件工程师为特定的软件包、软件框架、硬件平台、操作系统等建立应用软件时的开发工具的集合。通过软件开发套件，可以获取上述客户端信息。

本实施例中虚拟现实教学装置包括的投屏模块具有投屏功能，服务器向客户端发送教学资源和投屏指令。其中，教学资源可以理解为投屏的内容，投屏指令用于启动投屏模块的投屏功能。本实施例中可以通过service服务和mainactivity主程序进行在虚拟现实教学装置中进行投屏，实现将教学资源投屏在虚拟现实教学装置中，从而为学生提供教学环境和教学资源。

本发明实施例提供的一种虚拟现实教学装置，通过数据模块将获取的客户端信息发送至服务器，通过投屏模块基于service服务和mainactivity主程序在虚拟现实教学装置中对服务器发送的教学资源进行投屏。该方式中，系统商店或者桌面中没有各种分散学生注意力的应用，服务器可以提供学生需要的教学资源，发送教学监管相关的操作指令，通过接收客户端信息对学生vr课堂上的表现反馈进行及时监管与记录。

实施例二：

本实施例提供了另一种虚拟现实教学装置，参见图2所示的另一种虚拟现实教学装置的结构示意图，该虚拟现实教学装置还包括：播控模块，播控模块用于响应服务器发送的播控指令，基于service服务和mainactivity主程序控制虚拟现实教学装置中播放的内容。

本实施例中的客户端可以支持任意位置的投屏功能，播控功能。投屏功能是vr设备中不可或缺的功能，用户可以在系统设置中去启动此功能。开发中，通常直接在app主线程中调用系统方法，但是如果中途用户打开了其他的应用，那么这一连接就会失效。

要想解决这个问题，就涉及到研发引擎(也可以称为3d引擎)与android设备之间的联调。毋庸置疑，投屏功能涉及到android原生开发，想要在android中后台运行程序，就要用的service服务。在android中，服务是一个后台运行的组件，执行长时间运行且不需要用户交互的任务。

研发引擎与android进行交互需要在mainactivity主程序中执行，但是mainactivity不能是service服务，因此，本实施例中需要建立一个service与mainactivity的绑定关系，至此客户端投屏的方案及所有涉及到后台的网络通讯功能都本成型。但是考虑到在任意位置都需要支持投屏，因此要进一步修改设计。在service中也建立与服务器的通信，即虚拟现实教学装置中的service服务与服务器建立通信连接，将底层的后台业务封装到sdk，这样服务器就建立了研发引擎与android设备的双向通讯。

播控功能也可以采用类似的原理，播控模块用于响应服务器发送的播控指令，基于service服务和mainactivity主程序控制虚拟现实教学装置中播放的内容，服务器可以发送消息到service进而执行对应的指令。

此外，本实施例中最重要的就是客户端要适配到教学，整体的环境架构要符合学校理念。沉浸感的教学体验与强交互必不可少。例如：数据模块还用于接收服务器发送的教学信息，将教学信息展示在虚拟现实教学装置的屏幕中；其中，教学信息包括：第一课程信息、客户端信息和网络配置信息。

客户端在初始化时，需要反序列化服务器提供的xml数据以获取到课程信息、客户端信息以及网络配置等内容并展示到中间大屏上面。比如包括物理、化学、生物、科学、历史、人文、心理等必备的课程目录，老师可以根据教学安排，录入定制课程达到教学目的。

本实施例中的客户端可以通过下述方式进行建设：首先，客户端需要获取以下数据：设备的唯一标识、电量信息、佩戴状态等内容。其次，这些内容要实时提供给服务器，便于老师的监管，故要建立一个可靠的长连接。然后，投屏功能需要硬件底层的支持，客户端要获取到当前设备投屏的底层接口，以便在服务器下达命令的时可以进行调用。最后，客户端要适配到教学，整体的环境架构要符合学校的标准。

实施例三：

本实施例提供了一种虚拟现实教学系统，参见图3所示的一种虚拟现实教学系统的结构示意图，该虚拟现实教学系统包括：服务器和虚拟现实教学装置，服务器包括：课程管理模块、客户端管理模块、课程编辑模块、客户端编辑模块和网络配置模块；

课程管理模块存储有课程名称，用于基于课程名称检索第二课程信息；

客户端管理模块用于接收客户端信息，存储客户端信息；向客户端发送教学资源和服务器指令，以控制客户端执行服务器指令；其中，服务器指令包括投屏指令；课程编辑模块用于编辑服务器存储的课程内容；客户端编辑模块用于编辑服务器存储的客户端信息。

本实施例提供的虚拟现实教学系统包括了用于教学环境的终端服务器。服务器的建设主要分为5大模块：课程管理、客户端管理、课程编辑、客户端编辑、网络配置。其中课程管理、客户端管理主要应用在实践教学阶段，另外三个模块应用在教学设计阶段。

参见图4所示的一种服务器的结构示意图，课程名称以字典结构存储在课程管理模块中，可以直接检索课程信息。在播控模式下，点击不同的应用可以管理所有客户端启动同一应用，这一点的实现在客户端内容中已经介绍，这里不再赘述。在客户端管理模块中，可以重启、关闭vr设备，与课程管理模块的实现一致。

此外，课程名称存储于课程编辑模块的单元格中；课程编辑模块还用于交换相邻的两个单元格之间的位置，以移动课程名称的存储位置。

对于课程编辑和客户端编辑，除了基本的增、删、改、查功能设计外，服务器在编辑功能设计上增加了“换位排序”的功能。换位排序指的是相邻两个单元格间可以交换位置，这样的设计可以实现当前资源移动到任意位置。

其中，客户端信息以可扩展标记语言的格式存储在客户端管理模块中。编辑过程中的所有操作都会实时保存记录到xml(extensiblemarkuplanguage，可扩展标记语言)序列化文件中，不需要担心因忘记保存数据带来的不必要的烦恼。本实施例中的数据采用xml数据格式进行存储，包括网络信息，实验课程，客户端信息都保存在其中，例如：可以通过下述代码实现：

其中，课程编辑的课程分类可实现多样化的需求，即通用性较强，通过修改很少的内容就能达到想要的效果。比如默认的编辑格式为“学科_年级”，通过分割字符串“_”的方式可以进行扩展细化。

例如，年级上下册的划分、章节的划分等内容可以这样编写：“学科_年级_上下册_章节”。系统中对此操作也是预留了相关的接口，方便根据老师的需求进行拓展。

本实施例中的客户端编辑模块还用于对服务器存储的客户端信息进行分组处理，得到具有单独数据结构的多个客户端信息，每个客户端都要做单独的数据结构，以便进行客户端管理。此外，本实施例中的服务器在网络配置中保存了当前局域网信息，包括无线网络名字、密码、ip地址、端口号等内容。

本实施例中的服务器可以通过下述方式进行建设：首选，课程管理模块，既要包括课程的增删改查也要有类别的增删改功能。其次客户端管理模块，要记录客户端的唯一标识和其他基本信息。然后，服务器可以控制客户端的开机、关机、播控、投屏、音量管理、应用开启与关闭等功能。最后，服务器要对客户端进行分组，每个客户端都要做单独的数据结构，以便进行客户端管理。

下面介绍本实施例中提供的虚拟现实教学系统的使用说明，可以通过下述步骤1-4执行：

步骤1，首先把服务器安装在平板电脑上，客户端安装在安卓一体机设备上。然后，客户端需要把服务器保存的配置文件复制到设备的根目录中。最后，确保客户端和服务器连接在同一无线网络。

步骤2，客户端中，可以对vr环境中的各种器件进行交互体验，可以选择智慧大屏上的课件进行体验学习。

步骤3，服务器中，老师可以选择播控模式与自由模式进行切换，在播控模式下，学生无法进行任何操作，老师可以打开指定实验供学生学习。自由模式下，学生恢复自由体验。老师可以在客户端模块中查看学生状态，可以对接入的客户端执行开关机、投屏等操作。

步骤4，客户端、服务器配置好后，老师可以尝试备课教学。在教学环演示环节中，老师可以先播控所有设备，此时学生端不能进行任何操作。然后老师将自己的设备投屏到教师大屏进行实验讲解，讲解完毕后可以播控所有客户端进行实验练习。最后考核阶段，老师可以随机抽查学生，将其设备投屏到教室大屏查看演示并做点评讲解。

本实施例中提供的上述虚拟现实教学系统，提供了教学管理的整个生态环境，从学生端到教师终端，贯穿整个教学管理。发明中带有的播控功能可以统一管理学生设备的使用权，并且可以随时投屏学生设备进行屏幕共享。

本实施例中提供的上述虚拟现实教学系统，提供了vr教学的基本思路与管理办法。通过c/s(client-server，服务器-客户端)架构模式，建立学生与老师之间的关系，教师可以使用一台服务器控制全班所有学生佩戴客户端进行通讯交互。老师会实时收到来自客户端的电量信息、佩戴状态等内容，以便监管学生的佩戴状态、电量信息等内容。同样，教师也可以控制接入进系统的学生设备，对其下达关机指令启、重启指令、音量调整指令、投屏指令、播控指令等内容，学生端在收到相关内容后执行对应指令的操作。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的虚拟现实教学系统的具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。