一种基于分布式算法的线上教育交互系统的制作方法

本发明涉及在线教育，特别是一种集成虚拟现实交互功能的系统，具体为一种基于分布式算法的线上教育交互系统。

背景技术：

1、随着互联网技术的发展，线上教育逐渐成为一种重要的教育形式。然而，传统的线上教育交互系统通常只提供基础的在线学习功能，缺乏沉浸式的学习体验和高效的分布式处理机制。学生用户在进行上课时，只能单纯的通过声音画面进行学习，交互频率低，注意力容易分散，导致学习效率较低。因此，开发一种集成了虚拟现实交互功能并利用分布式算法提高性能的线上教育交互系统是必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于分布式算法的线上教育交互系统，该系统通过集成虚拟现实交互功能，提供沉浸式的学习体验，并利用分布式算法提高系统的性能和稳定性，解决现有线上教育交互单一学习枯燥的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于分布式算法的线上教育交互系统，包括应用层、逻辑层、数据层、分布式算法层和基础设施层；

3、所述应用层用于提供用户界面和交互功能，供用户进行线上操作，还用于提供虚拟场景，供用户与虚拟场景进行交互；

4、所述逻辑层用于对用户进行数据验证，以及对用户的逻辑进行处理；

5、所述数据层用于对用户的数据进行存储和管理；

6、所述分布式算法层用于对用户交互的数据进行分布式计算，提供分布式算法进行处理虚拟场景的搭建及变化，满足用户线上虚拟交互的需求；

7、所述基础设施层用于提供硬件基础和交互载体，支持虚拟设备和传感器的接入。

8、优选的，所述应用层包括：

9、虚拟课堂模块，其用于提供虚拟课堂环境，模拟真实课堂场景，还用于对用户声音进行优化处理；

10、虚拟实验模块，其用于进行虚拟实验操作，模拟实验环境，提供实验反馈；

11、虚拟角色和场景模块，其用于创建虚拟角色和场景，支持用户进行角色扮演，还用于通过虚拟角色进行跟随预设历史情节进行历史事件模拟；

12、虚拟模型和演示模块，其用于进行三维建模，并对动态或者静态的虚拟模型进行展示；

13、实时反馈和评价模块，其用于根据学生用户表现和互动情况，给出实时反馈和评价。

14、优选的，所述应用层支持师生用户群体同时在一个场景进行体验和交互，且所述应用层通过现有场景或者物体图像进行仿真模拟。

15、优选的，所述逻辑层包括：

16、虚拟现实算法模块，其用于实现虚拟现实交互所需的算法和数据处理技术；

17、学习进度采集模块，其用于采集学生用户的交互反馈，为虚拟现实交互提供数据支持，还用于为学生用户的学习评分提供数据支持。

18、优选的，所述虚拟现实算法模块还用于通过分布式数据库采集现有场景或者物体图像，对现有场景或者物体图像进行编码，生成虚拟场景，为应用层的仿真模拟提供数据支持。

19、优选的，所述数据层包括：

20、虚拟现实数据存储模块，其用于存储虚拟现实交互所需的数据和资源；

21、所述虚拟现实数据存储模块将数据和资源分布式存储在多个数据库节点上，通过分片技术实现数据和资源的水平和垂直扩展。

22、优选的，所述分布式算法层包括：

23、虚拟场景计算模块，其用于使用分布式算法处理大规模图像、音效的交互任务，并将任务分配给多个计算机节点进行处理；

24、交互评分模块，其用于根据用户的交互反馈数据对虚拟课程的学习过程进行评分。

25、优选的，所述交互评分模块的具体评分操作如下：

26、收集交互数据，采集学习进度采集模块所记录的学生用户在虚拟课堂中的所有交互反馈行为数据；

27、处理和分析数据，通过分布式算法层接收交互反馈行为数据，利用预设的评分模型对这些数据进行处理和分析；

28、生成评分，基于评分模型处理和分析的结果，生成学生用户的学习评分；

29、反馈与调整，将学习评分结果实时反馈给师生用户，并根据学生用户的学习评分结果，通过还通过ai智能输出教学策略和内容的动态调整参考建议；

30、持续优化，持续采集用户的后续反馈，为评分模型的评分准确度作出参数调整优化，以及ai智能的参考建议进行优化训练。

31、优选的，所述生成评分步骤具体如下：

32、从用户在虚拟课堂中的交互行为里，采集有效行为数据，并评分行为数据的权重，所述权重评分公式如下：

33、；

34、式中，为第个行为数据的指标权重，a、b 为训练集中有效行为数据，为第i个行为数据在第j个有效指标中的出现次数； 为第 i 个行为数据在第j个无效指标中的出现次数；

35、然后建立评分矩阵，利用评分矩阵细分教学交互评分指标，所述评分矩阵如下：

36、；

37、式中：为线上教育质量评分矩阵表达式，、、、、、为矩阵中的有效行为数据指标，m、n为常数；

38、选取激活函数，所述激活函数如下：

39、；

40、式中，为激活函数表达式；为压缩真值；

41、选取激活函数后，构建评分模型，模型表达式如下：

42、；

43、其中，为评分模型，评分模型的输出结果即为线上教育的交互评分结果，为第个行为数据的指标权重，为线上教育评分矩阵表达式， 为激活函数表达式。

44、优选的，所述基础设施层包括：

45、虚拟现实硬件模块，其用于提供虚拟现实交互所需的硬件支持，供用户在线上进行虚拟教育与交互，包括vr设备、姿态传感器和加速度传感器；

46、校内教育信息平台，其用于获取师生的身份信息，并根据班级或者课程对参加教育的师生进行分配处理。

47、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

48、通过在应用层中启动虚拟课堂模块，为学生用户提供一个模拟真实课堂的学习环境，通过应用层提供的虚拟课堂、虚拟实验等功能，学生用户可以在沉浸式的学习环境中进行学习，提高了学习的专注度和兴趣，从而提升学习效率，同时虚拟现实技术还可以降低一些实验的风险和成本，提高教学的安全性和效率；

49、然后通过逻辑层的虚拟现实算法模块处理虚拟环境的渲染和仿真，分布式算法层的分布式计算模块将处理大规模图像、音效等交互元素的任务分配给多个计算机节点进行处理，提高处理速度和效率，可以确保系统的稳定性和高性能，同时与逻辑层的学习进度采集模块配合，实时跟踪学生用户的交互反馈数据，并以交互评分模块对交互反馈数据进行评分，对师生进行反馈，这种实时的评分反馈机制有助于学生用户及时了解自己的学习状况，调整学习策略，提高学习效果；

50、其次，数据访问层中的虚拟现实数据存储模块可以安全、可靠地存储和管理数据，确保资源的有效利用；

51、且整体的分布式架构使得优质教育资源可以拓展覆盖到多个校区、教室，打破地域限制，促进教育的均衡发展。