应用高清3D头戴显示器之3D虚拟现实互动教学系统的制作方法

本实用新型涉及应用高清3D头戴显示器之3D虚拟现实互动教学系统。

背景技术：

数字化教室指的是远程双向互动教室，其核心功能是远程接收，通过互联网或卫星同步接收课堂授课，教师与学生通过视频实现异地交流互动，从而实现现场教学的效果。还可同时自动生成网络课件，供学生可以在课后随时点播学习，创造出突破时空限制进行自主学习的条件。

传统的数字教室引入了虚拟设备，在虚拟现实设备的帮助下，学生戴上数据手套就可以触摸、探索并操控各种虚拟物体。在虚拟现实设备的帮助下，学生戴上数据手套就可以触摸、探索并操控各种虚拟物体。基于虚拟技术的教学模型和课件，可以建立更自然、更真实的虚拟教育环境。在这种环境中，学生可以以浏览探索的方式汲取知识，如进入虚拟太空学习天文知识，利用虚拟地球学习地理知识，穿过历史长廊与历史人物交流，进入分子世界游历化学殿堂等等。比如：分子模型在化学类课程教学中十分常用，但比较抽象，我们利用VRML建立了分子结构的动态三维模型，使学生能操纵鼠标器从任意角度观察分子结构。

目前的虚拟教学的工作较为简陋，只是在一个平面上播放三维立体视频，学生没有亲临其境的感觉，直观性差，学生兴趣没有充分调动，影响教学质量。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种应用高清3D头戴显示器之3D虚拟现实互动教学系统，以解决现有技术中虚拟教室直观性差，提高学生兴趣提高教学质量。

为了实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

应用高清3D头戴显示器之3D虚拟现实互动教学系统，它包括：教育内容储存服务器，用于储存相关学科上的教育内容，所述的教育内容包括有关应用3D立体及虚拟现实形式表达出来的3D虚拟现实影像数据和声音数据；一个或多个HDMI分配器，HDMI分配器连接到教育内容储存服务器；若干个HDMI/MHL讯号输出盒，与HDMI分配器连接，以便接收教学内容的3D虚拟现实影像数据和声音数据并进行处理；若干个驱动系统板，每个驱动系统板与1个HDMI/MHL讯号输出盒连接，以接收该HDMI/MHL讯号输出盒发送的3D虚拟现实影像数据，并驱动近眼显示光学组件；若干个近眼显示光学组件，其中该近眼显示光学组件从该驱动系统板取得3D虚拟现实影像数据，以提供学生观看教育内容的3D虚拟现实影像；可安装在使用者头部之若干个头戴装置，每个头戴装置用于安装近眼显示光学组件；声音输出模块，接收及播放从HDMI/MHL讯号输出盒输出的声音数据；或者接收及播放从教育内容储存服务器输出的声音数据。

上述所述的若干个HDMI/MHL讯号输出盒通过有线方式与教育内容储存服务器连接。

上述所述的若干个驱动系统板与若干HDMI/MHL讯号输出盒通过HDMI/MHL线连接。

上述所述的声音输出模块可直接从HDMI/MHL讯号输出盒获取声音数据；或者声音输出模块从驱动系统板获取声音数据，驱动系统板从HDMI/MHL讯号输出盒获得声音数据。

上述所述的声音输出模块是若干个骨传导耳机，声音输出模块或者是若干个无线蓝牙耳机。

上述所述的声音输出模块安装在教室的扬声器，扬声器接收及播放从教育内容储存服务器输出的声音数据。

上述所述的1个驱动系统板和2个近眼显示光学组件和1个耳机安装在一个头戴装置上构成一个高清3D头戴显示器单元。

上述所述的可安装在使用者头部之头戴装置是眼镜框架。

上述所述的若干个高清3D头戴显示器单元、若干个HDMI/MHL讯号输出盒、HDMI分配器和教育内容储存服务器安装在一个教室里面，每个学生配带1个高清3D头戴显示器单元，然后把高清3D头戴显示器单元的HDMI/MHL线直接插入到学生台面上之HDMI/MHL讯号输出盒，该HDMI/MHL讯号输出盒会通过HDMI分配器连接到该教育内容储存服务器内，从而获得有关应用3D立体及虚拟现实形式表达出来之相关学科上的教育内容，达至教育效果。

上述所述的教育内容储存服务器可以是由老师操控计算机平台，HDMI/MHL讯号输出盒与学生电脑连接通信，学生电脑与教育内容储存服务器连接成局域网，通过学生电脑供学生实时输入讯息，达至互动效果。

上述所述的浸入型近眼显示光学组件采用双目式结构，其中两眼前面的两个浸入型近眼显示光学组件可安装调节距离的支架连接起来，达至调节瞳孔距离之目的，可调节距离的支架的可调节范围53mm至64mm，每1mm为一挡，总共有十一个调节瞳孔距离之档位选择。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

1)本实用新型该高清3D头戴显示器提供浸入型近眼显示光学组件，配合从用户之驱动系统板所产生之影像与声音，可提供使用者高画质及高音质之影像及影音显示效果，学生能亲临其境，更加直观，学生能在3D虚拟现实实现互动教室，有效提高教学质量。

2)若干个HDMI/MHL讯号输出盒通过HDMI分配器与教育内容储存服务器连接，若干个驱动系统板与若干HDMI/MHL讯号输出盒通过HDMI/MHL线连接，声音输出模块可直接从HDMI/MHL讯号输出盒获取声音数据；或者声音输出模块从驱动系统板获取声音数据，驱动系统板从HDMI/MHL讯号输出盒获得声音数据，结构简单，制造容易成本较低；

3)声音输出模块是若干个骨传导耳机，减少听力伤害；

4)若干个高清3D头戴显示器单元、若干个HDMI/MHL讯号输出盒和教育内容储存服务器安装在一个教室里面，每个学生配带1个高清3D头戴显示器单元，然后把高清3D头戴显示器单元的HDMI/MHL线直接插入到学生台面上之HDMI/MHL讯号输出盒，布局合理，成本节约；

5)上述所述的教育内容储存服务器可以是由老师操控计算机平台，HDMI/MHL讯号输出盒与学生电脑连接通信，学生电脑与教育内容储存服务器连接成局域网，通过学生电脑供学生实时输入讯息，达至互动效果。这样使功能更加完善，操作更加简便。

附图说明

图1为本实用新型的第一种实施方式的方框原理图；

图2为本实用新型的第一种实施方式的结构示意图；

图3为本实用新型采用色滤式硅基液晶微型显示器作为近眼光学显示器组件之一种结构图。

图4为采用色滤式硅基液晶微型显示器作为近眼光学显示器组件之另一种结构图。

图5为本实用新型之色序式硅基液晶微型显示器作为近眼光学显示器组件之一种结构图。

图6为本实用新型之色序式硅基液晶微型显示器作为近眼光学显示器组件之另一种结构图。

图7为本实用新型的带背光源透射式LCD微型显示器作为近眼光学显示器组件之一种结构图。

图8为本实用新型之硅基有源矩阵有机发光二极管微型显示器作为近眼光学显示器组件之另一种结构图。

图9为本实用新型的第二种实施方式的方框原理图；

图10为本实用新型的第二种实施方式的结构示意图；

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。

实施例一：

如图1至图8所示：本实用新型的应用高清3D头戴显示器之3D虚拟现实互动教学系统，包括教育内容储存服务器170，用于储存相关学科上的教育内容，所述的教育内容包括有关应用3D立体及虚拟现实形式表达出来的3D虚拟现实影像数据和声音数据；若干个HDMI/MHL讯号输出盒160，通过HDMI分配器190连接到教育内容储存服务器170，以便接收教学内容的3D虚拟现实影像数据和声音数据并进行处理；若干个驱动系统板120，每个驱动系统板120与1个HDMI/MHL讯号输出盒160连接，以接收该HDMI/MHL讯号输出盒160发送的3D虚拟现实影像数据，并驱动近眼显示光学组件110；若干个近眼显示光学组件110，其中该近眼显示光学组件110从该驱动系统板120取得3D虚拟现实影像数据，以提供学生观看教育内容的3D虚拟现实影像；可安装在使用者头部之若干个头戴装置，每个头戴装置用于安装1个近眼显示光学组件110；声音输出模块，接收及播放从HDMI/MHL讯号输出盒输160发出的声音数据；或者接收及播放从教育内容储存服务器170输出的声音数据。

上述若干个HDMI/MHL讯号输出盒160通过HDMI分配器190和线180与教育内容储存服务器170连接。

若干个驱动系统板120与若干HDMI/MHL讯号输出盒160通过HDMI/MHL线140连接。

声音输出模块可直接从HDMI/MHL讯号输出盒160获取声音数据；或者声音输出模块从驱动系统板120获取声音数据，驱动系统板120从HDMI/MHL讯号输出盒160获得声音数据。

声音输出模块是若干个骨传导耳机130，声音输出模块或者是若干个无线蓝牙耳机130。

1个驱动系统板120和2个近眼显示光学组件110和1个耳机130安装在一个头戴装置上构成一个高清3D头戴显示器单元。

可安装在使用者头部之头戴装置是眼镜框架150。

若干个高清3D头戴显示器单元、若干个HDMI/MHL讯号输出盒160、HDMI分配器190和教育内容储存服务器170安装在一个教室里面，每个学生配带1个高清3D头戴显示器单元，然后把高清3D头戴显示器单元的HDMI/MHL线140直接插入到学生台面上之HDMI/MHL讯号输出盒160，该HDMI/MHL讯号输出盒160会通过HDMI分配器190连接到该教育内容储存服务器170内，从而获得有关应用3D立体及虚拟现实形式表达出来之相关学科上的教育内容，达至教育效果。

教育内容储存服务器170可以是由老师操控计算机平台，HDMI/MHL讯号输出盒160与学生电脑连接通信，学生电脑与教育内容储存服务器160连接成局域网，通过学生电脑供学生实时输入讯息，达至互动效果。

近眼光学显示器组件110是一种浸入型近眼光学显示器组件，该浸入型近眼显示光学组件110显示的影像会完全包覆使用者的视野，浸入型近眼显示光学组件110能提供用户较佳的视觉效果，可提供720p、1080i或1080p等HD高画质及其他不同分辨率影像。近眼光学显示器组件110一般包括微型显示器、光学镜片和安装支架，光学镜片采用自由曲面的光学镜片。

如图3所示，图中为本实用新型的浸入型近眼光学显示器组件110A的一种结构图，采用色滤式(color filter)硅基液晶(LCOS)微型显示器结构，该浸入型近眼光学显示器组件110A包括一色滤式硅基液晶型面板210、偏极化分光镜220(Polarization Beam Splitter，PBS)、后偏光片230、光学目镜240、前偏光片250和白色LED照明系统260。其中，该色滤式硅基液晶型面板210有一彩色滤光片(未显示)，当该白色LED照明系统260输出白光源至前偏光片250，然后集中至该偏极化分光镜220，该偏极化分光镜220会反射光源至该色滤式硅基液晶型面板210之彩色滤光片，白光分成红、绿和蓝色等三色光后，该色滤式硅基液晶型面板210再反射三色光至后偏光片230及光学目镜240，即输出至使用者其眼前之视野。还有，该光学目镜240和该色滤式硅基液晶型面板210之距离是可调的，达至调焦目的。另外，这浸入型近眼光学显示器组件110A是单目应用的，如把浸入型近眼光学显示器组件110A中间用一可调节距离之支架结构连接起来，这样就是双目应用，以及达至调节瞳间距离之目的。

如图4所示，图中为本实用新型的浸入型近眼光学显示器组件110B的一种结构，采用色滤式(Color Filter)硅基液晶(LCOS)的微型显示器结构。该浸入型近眼光学显示器组件110B包括另一色滤式硅基液晶型面板270，后偏光片230和光学目镜240。其中，该面板270上有一特别之光学器件(未显示)，可替代偏极化分光镜220及白色发光二极管照明系统260。该面板270反射光源至后偏光片230及光学目镜240，即输出至使用者其眼前之视野。还有，该光学目镜240和该面板270之距离是可调的，达至调焦目的。另外，这浸入型近眼光学显示器组件110B是单目应用的，如把两个浸入型近眼光学显示器组件110B中间用一可调节距离之支架结构连接起来，这样就是双目应用，以及达至调节瞳间距离之目的。

如图5所示，图中为本实用新型的浸入型近眼光学显示器组件110C的一种结构，采用色序式(color sequential)硅基液晶(LCOS)微型显示器结构。该浸入型近眼光学显示器组件110C包括一色序式硅基液晶型面板290、偏极化分光镜220、后偏光片230、光学目镜240、前偏光片250和红绿蓝三色发光二极管照明(Red,Green and Blue LED)系统300。其中，当该红绿蓝三色LED照明系统300顺序输出红绿蓝三色光源至前偏光片250，然后集中至该偏极化分光镜220，该偏极化分光镜220会反射光源至该面板290，最后该面板290再反射光源至后偏光片230及光学目镜240，即输出至使用者其眼前之视野。还有，该光学目镜240和该面板290之距离是可调的，达至调焦目的。另外，这浸入型近眼光学显示器组件110C是单目应用的，如把两个浸入型近眼光学显示器组件110C，中间用一可调节距离之支架结构连接起来，这样就是双目应用，以及达至调节瞳间距离之目的。

如图6所示，图中为本实用新型的浸入型近眼光学显示器组件110D的一种结构，采用所示者为本实用新型之色序式(Color Sequential)硅基液晶(LCOS)微型显示器结构。该浸入型近眼光学显示器组件110D包括另一色序式硅基液晶型面板310，后偏光片230和光学目镜240。其中，该面板310上有一特别之光学器件(未显示)，可替代偏极化分光镜220及红绿蓝三色发光二极管照明系统290。该面板310反射光源至后偏光片230及光学目镜240，即输出至使用者其眼前之视野。还有，该光学目镜240和该面板310之距离是可调的，达至调焦目的。另外，这浸入型近眼光学显示器组件110D是单目应用的，如把两个浸入型近眼光学显示器组件110D中间用一可调节距离之支架结构连接起来，这样就是双目应用，以及达至调节瞳间距离之目的。

请参考图7，图中为本实用新型的浸入型近眼光学显示器组件110E的一种结构，采用带背光源透射式LCD(TransmissiveLCD)微型显示器结构。该浸入型近眼光学显示器组件110E包括一带背光源透射式LCD面板330和光学目镜240，光学目镜240把在带背光源透射式LCD面板330之影像，输出至用户其眼前之视野。还有，该光学目镜240和该面板330之距离是可调的，达至调焦目的。另外，这浸入型近眼光学显示器组件110E是单目应用的，如把浸入型近眼光学显示器组件110E中间用一可调节距离之支架结构连接起来，这样就是双目应用，以及达至调节瞳间距离之目的。

请参考图8，图中为本实用新型的浸入型近眼光学显示器组件110F的一种结构，采用硅基有源矩阵有机发光二极管(AM-OLED on Silicon)微型显示器结构。该浸入型近眼光学显示器组件110F包括一硅基有源矩阵有机发光二极管面板340和光学目镜240，光学目镜240把在有源矩阵有机发光二极管面板340之影像，输出至用户其眼前之视野。还有，该光学目镜240和该面板340之距离是可调的，达至调焦目的。另外，这浸入型近眼光学显示器组件110F是单目应用的，如把两个浸入型近眼光学显示器组件110F中间用一可调节距离之支架结构连接起来，这样就是双目应用，以及达至调节瞳间距离之目的。可调节距离的支架的可调节范围53mm至64mm，每1mm为一挡，总共有十一个调节瞳孔距离之档位选择。

实施例二：

如图9所示，本实施例是在实施例一的基础上的改进，即本实施例删除耳机130,该用扬声器来代替，扬声器由教育内容储存服务器170输出音频信号驱动。上述声音输出模块安装在教室的扬声器。

实施例三：

如图10所示，本实施例是在实施例一的基础上的改进，即本实施例的耳机130,上述所述的耳机(声音输出模块)可直接从HDMI/MHL讯号输出盒160获取声音数据。

最后应说明的是：以上实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施方式对本实用新型已经进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施方式技术方案的范围。