本發(fā)明涉及虛擬現(xiàn)實技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種共享式實驗室虛擬仿真方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

2016年國家提出了教育的供給側(cè)改革，黨中央作出了實施供給側(cè)改革的重大部署。在該新形式下，國家對實驗室教學(xué)提出了更高的要求，那就是要加大對學(xué)生實驗動手能力的培養(yǎng)要求。傳統(tǒng)的實驗室教學(xué)完全依賴于實驗儀器設(shè)備，老師在進(jìn)行實驗教學(xué)時也完全離不開實驗儀器，這就必然造成了設(shè)備供給失衡的問題，于是在供給側(cè)改革的新政策下，各個學(xué)校將面臨諸多矛盾，給實驗教學(xué)帶來了許多新的挑戰(zhàn)。

同時隨著社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，三維計算機(jī)成像與顯示技術(shù)、三維視頻交互技術(shù)也變得日趨成熟。因此最近幾年虛擬現(xiàn)實技術(shù)成為人們關(guān)注的焦點，vr娛樂、vr教育在全球的需求排行榜中分別位居第一、第二。用戶在vr的體驗過程中，感受到場景的真實和逼真的視覺沖擊，尤其vr高清頭盔技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，給用戶提供了全景立體的展示效果，讓用戶具有了身臨其境的臨場感，使用戶從真實的環(huán)境瞬間進(jìn)入虛擬的環(huán)境中，與虛擬環(huán)境中的三維物體對象進(jìn)行親密交互。

目前，學(xué)校的實驗教學(xué)急需建立一個逼真并具有通用性的虛擬仿真實驗系統(tǒng)，以解決實驗教學(xué)現(xiàn)階段所出現(xiàn)的實驗儀器供給失衡的問題。而現(xiàn)階段各個高校已建立或者正在建立的虛擬仿真實驗室，基本是采用簡單的貼圖建模，沒有做實物的引擎開發(fā)，實物本身不具備其自身屬性，因此在做每一個特定的實驗需要單獨定制開發(fā)。同時，各個高校所購買的實驗儀器沒有形成統(tǒng)一的尺寸規(guī)格，這就導(dǎo)致虛擬仿真實驗系統(tǒng)中所導(dǎo)入的模型數(shù)據(jù)尺寸也難以形成統(tǒng)一規(guī)格。其次，高?，F(xiàn)有的虛擬仿真實驗系統(tǒng)無法讓實驗室內(nèi)的全體師生在同一時刻體驗同一vr內(nèi)容。另外，由于頭盔的市場價格昂貴，大部分高校由于資金不足無力購買。因此，學(xué)校所購入的虛擬仿真系統(tǒng)難以形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，有的使用2d虛擬仿真實驗系統(tǒng)，有的使用3d頭盔+手柄的虛擬仿真實驗系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種共享式實驗室虛擬仿真方法和系統(tǒng)。

第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種共享式實驗室虛擬仿真方法，該方法包括以下步驟：

步驟1，對實驗室設(shè)備進(jìn)行三維建模，生成對應(yīng)的三維模型；

步驟2，接收用戶發(fā)送的選擇指令，根據(jù)所述選擇指令從預(yù)先構(gòu)建的至少一個虛擬實驗場景中生成目標(biāo)虛擬實驗場景；

步驟3，接收用戶發(fā)送的環(huán)境控制指令，按照所述環(huán)境控制指令調(diào)整所述目標(biāo)虛擬實驗場景的環(huán)境參數(shù)；

步驟4，獲取用戶與所述三維模型的交互動作，在所述目標(biāo)虛擬實驗場景中模擬所述三維模型、所述交互動作以及所述交互動作對應(yīng)的實驗效果，并生成實驗報告和實驗評分。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明將學(xué)校實驗室設(shè)備進(jìn)行實物3d建模并實現(xiàn)虛擬仿真操作，從而實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)與具體實驗場景的結(jié)合，將有限的有形實驗設(shè)備轉(zhuǎn)換為無限的共享資源，不僅可以通過虛擬仿真實驗熟悉具體實驗的操作過程與結(jié)果，而且逼真度高，解決了高危險、高成本、高要求的實驗難以實際操作的問題；同時上述實施例中在虛擬現(xiàn)實中融入智能控制技術(shù)，實現(xiàn)環(huán)境的智能控制，滿足不同實驗的應(yīng)用需求，提高了本發(fā)明的適用范圍。

進(jìn)一步，還包括步驟5，具體為：

s501，當(dāng)用戶的實驗評分滿足預(yù)設(shè)條件時，生成預(yù)約指令；

s502，根據(jù)所述預(yù)約指令生成并顯示與所述用戶對應(yīng)的實驗室信息和實驗時間信息；

s503，接收用戶發(fā)送的確認(rèn)指令，并根據(jù)所述確認(rèn)指令生成與所述實驗室信息和實驗時間信息對應(yīng)的門禁控制指令，然后將所述門禁控制指令發(fā)送至實驗室的門禁控制系統(tǒng)。

進(jìn)一步，所述步驟1具體包括以下步驟：

s101，對所述實驗室設(shè)備進(jìn)行人工測量或者三維掃描，獲取所述實驗室設(shè)備的建模參數(shù)，然后根據(jù)所述建模參數(shù)生成與所述實驗室設(shè)備尺寸比例一致的三維模型；

s102，獲取所述實驗室設(shè)備的物理屬性，根據(jù)所述物理屬性構(gòu)建物理引擎，并采用所述物理引擎賦予所述三維模型對應(yīng)的物理屬性。

進(jìn)一步，所述步驟2具體包括以下步驟：

s201，獲取至少一個諾貝爾實驗對應(yīng)的實驗信息，根據(jù)所述實驗信息構(gòu)建至少一個諾貝爾實驗中每個諾貝爾實驗對應(yīng)的虛擬實驗場景；

s202，按照時間順序動態(tài)顯示所述每個諾貝爾實驗對應(yīng)的實驗信息；

s203，接收用戶發(fā)送的選擇指令，根據(jù)所述選擇指令從所述至少一個諾貝爾實驗中選擇目標(biāo)實驗，并獲取所述目標(biāo)實驗對應(yīng)的虛擬實驗場景從而生成目標(biāo)虛擬實驗場景。

進(jìn)一步，所述步驟4具體為：根據(jù)用戶發(fā)送的模式選擇指令從預(yù)設(shè)的至少一個實驗?zāi)Ｊ街猩蓪?yīng)的目標(biāo)實驗?zāi)Ｊ剑@示與目標(biāo)實驗?zāi)Ｊ綄?yīng)的實驗內(nèi)容，然后獲取用戶根據(jù)所述實驗內(nèi)容生成的與所述三維模型的交互動作，并在所述目標(biāo)虛擬實驗場景中模擬所述三維模型、所述交互動作以及所述交互動作對應(yīng)的實驗效果，并生成實驗報告和實驗評分。

進(jìn)一步，步驟4中，所述交互動作為用戶采用體感設(shè)備、語音控制設(shè)備、手柄、觸摸屏、鍵盤鼠標(biāo)和vr成像設(shè)備中的至少一個設(shè)備操作所述三維模型時生成的交互動作。

第二方面，本發(fā)明提供了一種共享式實驗室虛擬仿真系統(tǒng)，包括模型構(gòu)建模塊、場景構(gòu)建模塊、場景控制模塊、交互模塊和存儲模塊，

所述模型構(gòu)建模塊用于對實驗室設(shè)備進(jìn)行三維建模，生成對應(yīng)的三維模型；

所述場景構(gòu)建模塊用于接收用戶發(fā)送的選擇指令，根據(jù)所述選擇指令從預(yù)先構(gòu)建的至少一個虛擬實驗場景中生成目標(biāo)虛擬實驗場景；

所述場景控制模塊用于接收用戶發(fā)送的環(huán)境控制指令，按照所述環(huán)境控制指令調(diào)整所述目標(biāo)虛擬實驗場景的環(huán)境參數(shù)；

所述交互模塊用于獲取用戶與所述三維模型的交互動作，在所述目標(biāo)虛擬實驗場景中模擬所述三維模型、所述交互動作以及所述交互動作對應(yīng)的實驗效果，并生成實驗報告和實驗評分；

所述存儲模塊用于存儲所述三維模型。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明將學(xué)校實驗室設(shè)備進(jìn)行實物3d建模并實現(xiàn)虛擬仿真操作，從而實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)與具體實驗場景的結(jié)合，將有限的有形實驗設(shè)備轉(zhuǎn)換為無限的共享資源，不僅可以通過虛擬仿真實驗熟悉具體實驗的操作過程與結(jié)果，而且逼真度高，解決了高危險、高成本、高要求的實驗難以實際操作的問題；同時上述實施例中在虛擬現(xiàn)實中融入智能控制技術(shù)，實現(xiàn)環(huán)境的智能控制，滿足不同實驗的應(yīng)用需求，提高了本發(fā)明的適用范圍。

進(jìn)一步，所述模型構(gòu)建模塊具體用于對所述實驗室設(shè)備進(jìn)行人工測量或者三維掃描，獲取所述實驗室設(shè)備的建模參數(shù)，然后根據(jù)所述建模參數(shù)生成與所述實驗室設(shè)備尺寸比例一致的三維模型；以及用于獲取所述實驗室設(shè)備的物理屬性，根據(jù)所述物理屬性構(gòu)建物理引擎，并采用所述物理引擎賦予所述三維模型對應(yīng)的物理屬性。

進(jìn)一步，所述共享式實驗室虛擬仿真系統(tǒng)還包括預(yù)約模塊，所述預(yù)約模塊具體用于當(dāng)用戶的實驗評分滿足預(yù)設(shè)條件時生成預(yù)約指令，根據(jù)所述預(yù)約指令生成并顯示與所述用戶對應(yīng)的實驗室信息和實驗時間信息；以及用于接收用戶發(fā)送的確認(rèn)指令，并根據(jù)所述確認(rèn)指令生成與所述實驗室信息和實驗時間信息對應(yīng)的門禁控制指令，并將所述門禁控制指令發(fā)送至實驗室的門禁控制系統(tǒng)。

進(jìn)一步，所述場景構(gòu)建模塊具體包括：

構(gòu)建單元，用于獲取至少一個諾貝爾實驗對應(yīng)的實驗信息，根據(jù)所述實驗信息構(gòu)建至少一個諾貝爾實驗中每個諾貝爾實驗對應(yīng)的虛擬實驗場景；

顯示單元，用于按照時間順序動態(tài)顯示所述每個諾貝爾實驗對應(yīng)的實驗信息；

目標(biāo)生成單元，用于接收用戶發(fā)送的選擇指令，根據(jù)所述選擇指令從所述至少一個諾貝爾實驗中選擇目標(biāo)實驗，并獲取所述目標(biāo)實驗對應(yīng)的虛擬實驗場景從而生成目標(biāo)虛擬實驗場景。

進(jìn)一步，所述交互模塊具體用于根據(jù)用戶發(fā)送的模式選擇指令從預(yù)設(shè)的至少一個實驗?zāi)Ｊ街猩蓪?yīng)的目標(biāo)實驗?zāi)Ｊ?，并顯示與目標(biāo)實驗?zāi)Ｊ綄?yīng)的實驗內(nèi)容，然后獲取用戶根據(jù)所述實驗內(nèi)容生成的與所述三維模型的交互動作，并在所述目標(biāo)虛擬實驗場景中模擬所述三維模型、所述交互動作以及所述交互動作對應(yīng)的實驗效果，并生成實驗報告和實驗評分。

本發(fā)明附加的方面的優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明實踐了解到。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1提供的一種共享式實驗室虛擬仿真方法的示意性流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例2提供的共享式實驗室虛擬仿真方法中步驟2的流程性示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例3提供的共享式實驗室虛擬仿真方法中步驟5的流程性示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例4提供的共享式實驗室虛擬仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例5提供的共享式實驗室虛擬仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下描述中，為了說明而不是為了限定，提出了諸如特定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、接口、技術(shù)之類的具體細(xì)節(jié)，以便透切理解本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，在沒有這些具體細(xì)節(jié)的其它實施例中也可以實現(xiàn)本發(fā)明。在其它情況中，省略對眾所周知的系統(tǒng)、電路以及方法的詳細(xì)說明，以免不必要的細(xì)節(jié)妨礙本發(fā)明的描述。

圖1給出了本發(fā)明實施例1提供的一種共享式實驗室虛擬仿真方法的示意性流程圖，如圖1所示，該方法包括以下步驟：

步驟1，對實驗室設(shè)備進(jìn)行三維建模，生成對應(yīng)的三維模型；

步驟2，接收用戶發(fā)送的選擇指令，根據(jù)所述選擇指令從預(yù)先構(gòu)建的至少一個虛擬實驗場景中生成目標(biāo)虛擬實驗場景；

步驟3，接收用戶發(fā)送的環(huán)境控制指令，按照所述環(huán)境控制指令調(diào)整所述目標(biāo)虛擬實驗場景的環(huán)境參數(shù)；

步驟4，獲取用戶與所述三維模型的交互動作，在所述目標(biāo)虛擬實驗場景中模擬所述三維模型、所述交互動作以及所述交互動作對應(yīng)的實驗效果，生成實驗報告和實驗評分。

上述實施例中，將學(xué)校實驗室設(shè)備進(jìn)行實物3d建模并實現(xiàn)虛擬仿真操作，從而實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)與具體實驗場景的結(jié)合，將有限的有形實驗設(shè)備轉(zhuǎn)換為無限的共享資源，不僅可以通過虛擬仿真實驗熟悉具體實驗的操作過程與結(jié)果，而且逼真度高，解決了高危險、高成本、高要求的實驗難以實際操作的問題；同時上述實施例中在虛擬現(xiàn)實中融入智能控制技術(shù)，實現(xiàn)環(huán)境的智能控制，滿足不同實驗的應(yīng)用需求，提高了本發(fā)明的適用范圍。

以下通過具體實施例，對上述步驟進(jìn)行詳細(xì)說明。

在一個優(yōu)選的實施例中，所述步驟1具體包括以下步驟：

s101，對所述實驗室設(shè)備進(jìn)行人工測量或者三維掃描，獲取所述實驗室設(shè)備的建模參數(shù)，然后根據(jù)所述建模參數(shù)生成與所述實驗室設(shè)備尺寸比例一致的三維模型，將所述三維模型保存在存儲模塊；

s102，獲取所述實驗室設(shè)備的物理屬性，根據(jù)所述物理屬性構(gòu)建物理引擎，并采用所述物理引擎賦予所述三維模型對應(yīng)的物理屬性。

上述優(yōu)選實施例中，所述建模參數(shù)包括實驗設(shè)備的物理特性、顏色、材質(zhì)和/或尺寸；所述三維模型包括所述實驗室設(shè)備的整體三維模型、零件三維模型、成品三維模型和/或半成品三維模型。上述優(yōu)選實施例中，根據(jù)已有的特定實驗室設(shè)備進(jìn)行仿真三維建模，建模設(shè)備為已有設(shè)備，建模尺寸按照實物比例建模，以人為測量加三維掃描裝置相結(jié)合完成。同時，本發(fā)明的方法融入了與實驗設(shè)備的物理特性對應(yīng)的物理引擎，例如光學(xué)透鏡模型中是賦予了焦距、折射、反射等物理引擎，從而在不同的實驗進(jìn)行應(yīng)用時，不需要單獨做開發(fā)編程，直接拿過來就能使用并形成實驗結(jié)果，因此解決了應(yīng)用的通用性問題。同時，由于三維模型具有實物一致的物理屬性，因此通過本發(fā)明的共享式實驗室虛擬仿真方法完成的實驗可以與不同廠家的真實儀器做對接，不受限制，不僅實現(xiàn)通用性也符合實際實驗儀器的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。上述優(yōu)選實施例中，所述三維模型包括所述實驗室設(shè)備的整體三維模型、零件三維模型、成品三維模型和/或半成品三維模型，從而方便用戶對實驗室設(shè)備的零部件進(jìn)行自由拆裝，用戶可以觀看實驗室設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部結(jié)構(gòu)，從而對單獨零件、半成品、成品以及整體的實驗室設(shè)備進(jìn)行了解學(xué)習(xí)。具體實施例中，所述實驗室設(shè)備包括高校實驗室涉及的所有專業(yè)的實驗儀器，包括通用型儀器，如：萬用表、示波器、功率計等，以及專業(yè)儀器、器件，如邁克爾遜干涉儀、分光計、力學(xué)綜合、熱膨脹、霍爾效應(yīng)等。在存儲模塊中存儲每個實驗室設(shè)備的三維模型時，同時存儲所述實驗室設(shè)備對應(yīng)的詳細(xì)性能參數(shù)、屬性參數(shù)、功能介紹、使用方法等知識，可在使用過程中方便用戶調(diào)用與觀看。

圖2為本發(fā)明實施例2提供的共享式實驗室虛擬仿真方法中步驟2的流程性示意圖，如圖2所示，所述步驟2具體包括以下步驟：

s201，獲取至少一個諾貝爾實驗對應(yīng)的實驗信息，根據(jù)所述實驗信息構(gòu)建至少一個諾貝爾實驗中每個諾貝爾實驗對應(yīng)的虛擬實驗場景；

s202，按照時間順序動態(tài)顯示所述每個諾貝爾實驗對應(yīng)的實驗信息；

s203，接收用戶發(fā)送的選擇指令，根據(jù)所述選擇指令從所述至少一個諾貝爾實驗中選擇目標(biāo)實驗，并獲取所述目標(biāo)實驗對應(yīng)的虛擬實驗場景從而生成目標(biāo)虛擬實驗場景。

上述優(yōu)選實施例中，實驗信息包括諾貝爾實驗對應(yīng)的獲獎?wù)咭约跋嚓P(guān)背景知識，比如實驗?zāi)康?、實驗?nèi)容、實驗儀器、實驗原理、實驗步驟、實驗注意事項等。然后根據(jù)所述獲獎?wù)咭约跋嚓P(guān)背景知識構(gòu)建該諾貝爾實驗對應(yīng)的虛擬實驗場景，比如一個具體的虛擬實驗場景中包括一個虛擬實驗室，所述虛擬實驗室中設(shè)置有窗簾、照明燈、空調(diào)、操作臺等等，不同諾貝爾實驗對應(yīng)的虛擬實驗場景中，光線、溫度、風(fēng)速、濕度等環(huán)境參數(shù)有所不同，因此對應(yīng)的窗簾開關(guān)程度、照明燈亮度、空調(diào)運行模式等等均應(yīng)有所區(qū)別。通過步驟3接收用戶發(fā)送的環(huán)境控制指令，即可按照所述環(huán)境控制指令調(diào)整所述目標(biāo)虛擬實驗場景中智能設(shè)備的運行狀態(tài)，從而調(diào)整目標(biāo)虛擬實驗場景的環(huán)境參數(shù)，使其符合實驗要求。而對于同一個諾貝爾實驗的不同階段，該虛擬實驗室的環(huán)境參數(shù)也有所不同，因此也可以在實驗進(jìn)行的用時，通過步驟3接收用戶發(fā)送的環(huán)境控制指令，按照所述環(huán)境控制指令調(diào)整所述目標(biāo)虛擬實驗場景中智能設(shè)備的運行狀態(tài)，從而調(diào)整目標(biāo)虛擬實驗場景的環(huán)境參數(shù)。例如在做光學(xué)邁克爾遜干涉儀實驗時，由于需要在暗室環(huán)境觀察干涉條紋所以對環(huán)境光要求較高，場景設(shè)計中在實驗前期搭建實驗平臺時為正常室內(nèi)環(huán)境；實驗平臺搭建完成進(jìn)行調(diào)試光路時，需要通過關(guān)閉窗簾屏蔽室外太陽光的干擾；調(diào)試光路完成后觀察實驗現(xiàn)象時，需要通過室內(nèi)燈光的亮度調(diào)節(jié)使室內(nèi)形成模擬暗室；實驗完成填寫相關(guān)數(shù)據(jù)時需要恢復(fù)自然環(huán)境，因此可以調(diào)整所述目標(biāo)虛擬實驗場景中智能設(shè)備，比如窗簾、照明燈的運行狀態(tài)，從而調(diào)整目標(biāo)虛擬實驗場景的環(huán)境參數(shù)，使虛擬實驗場景更具有操作性且更逼真。

本優(yōu)選實施例中，以諾貝爾實驗為主線構(gòu)建進(jìn)入場景，采用時空穿梭方式在時空隧道中動態(tài)浮現(xiàn)諾貝爾實驗對應(yīng)的歷史諾貝爾獲獎?wù)呒跋嚓P(guān)的背景知識，并可以采用語音的方式進(jìn)行講解，模擬時空穿梭機(jī)由歷史回到現(xiàn)實，從而增強實驗的真實感及文化背景和氛圍，提高人文知識及吸引力。

更加優(yōu)選的實施例中，還可以通過所述環(huán)境控制指令調(diào)整顯示所述目標(biāo)虛擬實驗場景的真實實驗室的環(huán)境參數(shù)，比如通過所述環(huán)境控制指令對真實實驗室的設(shè)備，比如窗簾、照明燈、空調(diào)等的運行參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而調(diào)整真實實驗室的窗簾開關(guān)程度、照明燈亮度、空調(diào)運行模式等等，從而使真實實驗室的光線、溫度、風(fēng)速、濕度等環(huán)境參數(shù)與虛擬實驗室的環(huán)境參數(shù)保持一致，提高用戶身臨其境的感覺，也便于更加方便觀察實驗現(xiàn)象、記錄實驗結(jié)果等等。

優(yōu)選實施例的步驟4中，所述交互動作為用戶采用體感設(shè)備、語音控制設(shè)備、手柄、觸摸屏、鍵盤鼠標(biāo)和vr成像設(shè)備中的至少一個設(shè)備操作所述三維模型時生成的交互動作。具體的，本實施例的共享式實驗室虛擬仿真方法提供多種交互方式，從而支持不同的用戶需求，比如可以通過體感、語音進(jìn)行識別交互進(jìn)行實驗的操作，也可以通過手柄進(jìn)行實驗操作，也可以通過鍵盤鼠標(biāo)或觸摸屏進(jìn)行實驗操作，根據(jù)實際需求還支持vr頭盔進(jìn)行互動，通過vr的沉浸式體驗與智能操作相結(jié)合，增強身臨其境的現(xiàn)實感使達(dá)到與現(xiàn)實實驗一樣甚至更好的效果。

優(yōu)選實施例的步驟4中，根據(jù)用戶發(fā)送的模式選擇指令從預(yù)設(shè)的至少一個實驗?zāi)Ｊ街猩蓪?yīng)的目標(biāo)實驗?zāi)Ｊ?，并顯示與目標(biāo)實驗?zāi)Ｊ綄?yīng)的實驗內(nèi)容，然后獲取用戶根據(jù)所述實驗內(nèi)容生成的與所述三維模型的交互動作，并在所述目標(biāo)虛擬實驗場景中模擬所述三維模型、所述交互動作以及所述交互動作對應(yīng)的實驗效果，并生成實驗報告和實驗評分。具體的，所述預(yù)設(shè)實驗?zāi)Ｊ桨ň毩?xí)模式和考試模式，當(dāng)用戶選擇練習(xí)模式時，顯示的實驗內(nèi)容包括實驗?zāi)康摹嶒瀮?nèi)容、實驗儀器、實驗原理、實驗步驟、實驗注意事項、步驟提示，操作提示，操作需達(dá)到的理論最佳效果提示等等；當(dāng)用戶選擇考試模式時，顯示的實驗內(nèi)容為操作提示等等。本優(yōu)選實施例中，用戶可以在時空隧道中可點擊諾貝爾實驗對應(yīng)的科學(xué)家進(jìn)入其相關(guān)的實驗，也可通過搜索、列表查詢等方式進(jìn)入實驗，靈活多樣。當(dāng)生成目標(biāo)虛擬實驗場景并選定實驗?zāi)Ｊ胶?，用戶可以通過功能按鈕生成環(huán)境控制指令，從而對窗簾開關(guān)、音量、按鍵靈敏度、實驗室環(huán)境環(huán)境參數(shù)等進(jìn)行設(shè)置。當(dāng)選擇練習(xí)模式時，用戶可以選擇實驗室設(shè)備的三維模型，并將三維模型拖放操作臺上，并對實驗室設(shè)備的空間位置，包括實驗室設(shè)備的前、后、左、右、上、下、水平旋轉(zhuǎn)角度、垂直旋轉(zhuǎn)角度等進(jìn)行操作。同時，也可對實驗室設(shè)備上的所有調(diào)節(jié)旋鈕及開關(guān)等進(jìn)行操作，對實驗室設(shè)備進(jìn)行拆裝，觀看實驗室設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外部結(jié)構(gòu)，實驗室設(shè)備被拆解后儀器各個零件的名稱及功能屬性參數(shù)，使用方法都會給出正確提示，提示采用真人語音錄音，語音立體感強，有利于用戶深入了解原理同時不用擔(dān)心會弄壞昂貴的儀器設(shè)備。當(dāng)選擇考試模式時，用戶根據(jù)操作提示對實驗進(jìn)行操作，完成實驗全流程的操作步驟后，將會有對應(yīng)的實驗現(xiàn)象以及對應(yīng)的實驗數(shù)據(jù)顯示，用戶可以根據(jù)觀察、計算的數(shù)據(jù)填寫實驗報告，然后本實施例的共享式實驗室虛擬仿真方法可以通過實驗過程與實驗結(jié)果對用戶的實驗進(jìn)行評分，從而檢驗用戶的實驗掌握程度，并可以提供針對性的分析和學(xué)習(xí)。

在實施例3提供的共享式實驗室虛擬仿真方法中，還包括步驟5，圖3為本發(fā)明實施例3提供的共享式實驗室虛擬仿真方法中步驟5的流程性示意圖，如圖3所示，步驟5包括以下步驟：

s501，當(dāng)用戶的實驗評分滿足預(yù)設(shè)條件時，生成預(yù)約指令；

s502，根據(jù)所述預(yù)約指令生成并顯示與所述用戶對應(yīng)的實驗室信息和實驗時間信息；

s503，接收用戶發(fā)送的確認(rèn)指令，并根據(jù)所述確認(rèn)指令生成與所述實驗室信息和實驗時間信息對應(yīng)的門禁控制指令，然后將所述門禁控制指令發(fā)送至實驗室的門禁控制系統(tǒng)。

上述優(yōu)選實施例中，可以將現(xiàn)實實驗室與虛擬實驗室有機(jī)融合，先通過虛擬仿真熟悉實驗再在系統(tǒng)上預(yù)約真實實驗，從而實現(xiàn)現(xiàn)實實驗室的同步，真正做到虛實結(jié)合，情景交融，提高效率。例如邁克爾遜實驗，一個剛剛學(xué)習(xí)的新生很難快速的熟悉與完成實驗過程，他可以先采用本實施例的共享式實驗室虛擬仿真方法進(jìn)行虛擬仿真的操作與考試，考試通過后再預(yù)約現(xiàn)實實驗室去做實驗，比如生成預(yù)約指令，然后根據(jù)預(yù)約指令自動排序后得到分配給該用戶的實驗室及時間點，用戶到時間自己去實驗室做實驗，同時對應(yīng)的門禁及設(shè)備在該時間點就會允許其操作，完成現(xiàn)實實驗。當(dāng)前在其他的實施例中，還可以設(shè)置獨立的實驗室管理系統(tǒng)，當(dāng)用戶的實驗評分滿足預(yù)設(shè)條件并生成預(yù)約指令后，將所述預(yù)約指令發(fā)送至實驗室管理系統(tǒng)，實驗室管理系統(tǒng)根據(jù)所述預(yù)約指令生成與所述用戶對應(yīng)的實驗室信息和實驗時間信息，并把所述實驗室信息和實驗時間信息發(fā)送給本實施例的仿真系統(tǒng)進(jìn)行顯示，當(dāng)接收到用戶的確認(rèn)指令后，將所述確認(rèn)指令發(fā)送至實驗室管理系統(tǒng)，實驗室管理系統(tǒng)根據(jù)所述確認(rèn)指令生成與所述實驗室信息和實驗時間信息對應(yīng)的門禁控制指令，然后將所述門禁控制指令發(fā)送至實驗室的門禁控制系統(tǒng)。

在另一優(yōu)選實施例中，本發(fā)明的方法還可以對實驗過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行云存儲，并對云存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，快速得出實驗結(jié)果、形成實驗報告，并對提交的實驗報告進(jìn)行存檔和分析。同時，該方法可在電腦、平板、手機(jī)等多個終端上使用，支持單機(jī)運行、網(wǎng)絡(luò)客戶端運行、app端應(yīng)用多種模式結(jié)合，因此支持同一時刻多并發(fā)用戶的同時使用，應(yīng)用不受時間和空間限制，提高了本發(fā)明共享式實驗室虛擬仿真系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。

圖4為本發(fā)明實施例4提供的共享式實驗室虛擬仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示，包括模型構(gòu)建模塊、場景構(gòu)建模塊、場景控制模塊、交互模塊和存儲模塊，

所述模型構(gòu)建模塊用于對實驗室設(shè)備進(jìn)行三維建模，生成對應(yīng)的三維模型；

所述場景構(gòu)建模塊用于接收用戶發(fā)送的選擇指令，根據(jù)所述選擇指令從預(yù)先構(gòu)建的至少一個虛擬實驗場景中生成目標(biāo)虛擬實驗場景；

所述場景控制模塊用于接收用戶發(fā)送的環(huán)境控制指令，按照所述環(huán)境控制指令調(diào)整所述目標(biāo)虛擬實驗場景的環(huán)境參數(shù)；

所述交互模塊用于獲取用戶與所述三維模型的交互動作，在所述目標(biāo)虛擬實驗場景中模擬所述三維模型、所述交互動作以及所述交互動作對應(yīng)的實驗效果，并生成實驗報告和實驗評分；

所述存儲模塊用于存儲所述三維模型。

上述實施例中，將學(xué)校實驗室設(shè)備進(jìn)行實物3d建模并實現(xiàn)虛擬仿真操作，從而實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)與具體實驗場景的結(jié)合，將有限的有形實驗設(shè)備轉(zhuǎn)換為無限的共享資源，不僅可以通過虛擬仿真實驗熟悉具體實驗的操作過程與結(jié)果，而且逼真度高，解決了高危險、高成本、高要求的實驗難以實際操作的問題；同時上述實施例中在虛擬現(xiàn)實中融入智能控制技術(shù)，實現(xiàn)環(huán)境的智能控制，滿足不同實驗的應(yīng)用需求，提高了本發(fā)明的適用范圍。

圖5為本發(fā)明實施例5提供的共享式實驗室虛擬仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖5所示，所述共享式實驗室虛擬仿真系統(tǒng)還包括預(yù)約模塊，所述預(yù)約模塊具體用于當(dāng)用戶的實驗評分滿足預(yù)設(shè)條件時生成預(yù)約指令，根據(jù)所述預(yù)約指令生成并顯示與所述用戶對應(yīng)的實驗室信息和實驗時間信息；以及用于接收用戶發(fā)送的確認(rèn)指令，并根據(jù)所述確認(rèn)指令生成與所述實驗室信息和實驗時間信息對應(yīng)的門禁控制指令，并將所述門禁控制指令發(fā)送至實驗室的門禁控制系統(tǒng)。當(dāng)前在其他的實施例中，還可以設(shè)置獨立的實驗室管理系統(tǒng)，當(dāng)用戶的實驗評分滿足預(yù)設(shè)條件并生成預(yù)約指令后，將所述預(yù)約指令發(fā)送至實驗室管理系統(tǒng)，實驗室管理系統(tǒng)根據(jù)所述預(yù)約指令生成與所述用戶對應(yīng)的實驗室信息和實驗時間信息，并把所述實驗室信息和實驗時間信息發(fā)送給本實施例的仿真系統(tǒng)進(jìn)行顯示，當(dāng)接收到用戶的確認(rèn)指令后，將所述確認(rèn)指令發(fā)送至實驗室管理系統(tǒng)，實驗室管理系統(tǒng)根據(jù)所述確認(rèn)指令生成與所述實驗室信息和實驗時間信息對應(yīng)的門禁控制指令，然后將所述門禁控制指令發(fā)送至實驗室的門禁控制系統(tǒng)。

在一優(yōu)選實施例中，所述模型構(gòu)建模塊具體用于對所述實驗室設(shè)備進(jìn)行人工測量或者三維掃描，獲取所述實驗室設(shè)備的建模參數(shù)，然后根據(jù)所述建模參數(shù)生成與所述實驗室設(shè)備尺寸比例一致的三維模型；以及用于獲取所述實驗室設(shè)備的物理屬性，根據(jù)所述物理屬性構(gòu)建物理引擎，并采用所述物理引擎賦予所述三維模型對應(yīng)的物理屬性。所述建模參數(shù)包括實驗設(shè)備的物理特性、顏色、材質(zhì)和/或尺寸；所述三維模型包括所述實驗室設(shè)備的整體三維模型、零件三維模型、成品三維模型和/或半成品三維模型。上述優(yōu)選實施例中，根據(jù)已有的特定實驗室設(shè)備進(jìn)行仿真三維建模，建模設(shè)備為已有設(shè)備，建模尺寸按照實物比例建模，以人為測量加三維掃描裝置相結(jié)合完成。同時，本發(fā)明的方法融入了與實驗設(shè)備的物理特性對應(yīng)的物理引擎，例如光學(xué)透鏡模型中是賦予了焦距、折射、反射等物理引擎，從而在不同的實驗進(jìn)行應(yīng)用時，不需要單獨做開發(fā)編程，直接拿過來就能使用并形成實驗結(jié)果，因此解決了應(yīng)用的通用性問題。同時，由于三維模型具有實物一致的物理屬性，因此通過本發(fā)明的共享式實驗室虛擬仿真方法完成的實驗可以與不同廠家的真實儀器做對接，不受限制，不僅實現(xiàn)通用性也符合實際實驗儀器的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

在另一優(yōu)選實施例中，所述場景構(gòu)建模塊具體包括：

構(gòu)建單元，用于獲取至少一個諾貝爾實驗對應(yīng)的實驗信息，根據(jù)所述實驗信息構(gòu)建至少一個諾貝爾實驗中每個諾貝爾實驗對應(yīng)的虛擬實驗場景；

顯示單元，用于按照時間順序動態(tài)顯示所述每個諾貝爾實驗對應(yīng)的實驗信息；

目標(biāo)生成單元，用于接收用戶發(fā)送的選擇指令，根據(jù)所述選擇指令從所述至少一個諾貝爾實驗中選擇目標(biāo)實驗，并獲取所述目標(biāo)實驗對應(yīng)的虛擬實驗場景從而生成目標(biāo)虛擬實驗場景。

上述優(yōu)選實施例中，以諾貝爾實驗為主線構(gòu)建進(jìn)入場景，采用時空穿梭方式在時空隧道中動態(tài)浮現(xiàn)諾貝爾實驗對應(yīng)的歷史諾貝爾獲獎?wù)呒跋嚓P(guān)的背景知識，并可以采用語音的方式進(jìn)行講解，模擬時空穿梭機(jī)由歷史回到現(xiàn)實，從而增強實驗的真實感及文化背景和氛圍，提高人文知識及吸引力。

另一優(yōu)選實施例中，所述場景控制模塊還用于通過所述環(huán)境控制指令調(diào)整顯示所述目標(biāo)虛擬實驗場景的真實實驗室的環(huán)境參數(shù)，比如通過所述環(huán)境控制指令對真實實驗室的設(shè)備，比如窗簾、照明燈、空調(diào)等的運行參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而調(diào)整真實實驗室的窗簾開關(guān)程度、照明燈亮度、空調(diào)運行模式等等，從而使真實實驗室的光線、溫度、風(fēng)速、濕度等環(huán)境參數(shù)與虛擬實驗室的環(huán)境參數(shù)保持一致，提高用戶身臨其境的感覺，也便于更加方便觀察實驗現(xiàn)象、記錄實驗結(jié)果等等。

另一優(yōu)選實施例中，所述交互模塊具體用于根據(jù)用戶發(fā)送的模式選擇指令從預(yù)設(shè)的至少一個實驗?zāi)Ｊ街猩蓪?yīng)的目標(biāo)實驗?zāi)Ｊ?，并顯示與目標(biāo)實驗?zāi)Ｊ綄?yīng)的實驗內(nèi)容，然后獲取用戶根據(jù)所述實驗內(nèi)容生成的與所述三維模型的交互動作，并在所述目標(biāo)虛擬實驗場景中模擬所述三維模型、所述交互動作以及所述交互動作對應(yīng)的實驗效果，并生成實驗報告和實驗評分。具體的，所述交互模塊獲取用戶采用體感設(shè)備、語音控制設(shè)備、手柄、觸摸屏、鍵盤鼠標(biāo)和vr成像設(shè)備中的至少一個設(shè)備操作所述三維模型時生成的交互動作，并在所述目標(biāo)虛擬實驗場景中模擬所述三維模型、所述交互動作以及所述交互動作對應(yīng)的實驗效果，并生成實驗報告和實驗評分。

本發(fā)明實施例的共享式實驗室虛擬仿真系統(tǒng)采用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持跨平臺應(yīng)用，可實現(xiàn)多屏互動、在線預(yù)習(xí)、在線預(yù)約、在線操作與評測以及實驗室智能管理等等。同時，所述共享式實驗室虛擬仿真系統(tǒng)不僅融合了多學(xué)科的理論知識與計算方法，通過實驗數(shù)據(jù)的記錄及填寫可快速計算得出實驗結(jié)果，完成實驗后可立即提交實驗報告進(jìn)行存檔、分析，而且該系統(tǒng)可在電腦、平板、手機(jī)等多個終端上均可使用，應(yīng)用不受時間和空間限制，提高了本發(fā)明共享式實驗室虛擬仿真系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。

讀者應(yīng)理解，在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為了描述的方便和簡潔，上述描述的裝置和單元的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應(yīng)過程，在此不再贅述。

在本申請所提供的幾個實施例中，應(yīng)該理解到，所揭露的裝置和方法，可以通過其它的方式實現(xiàn)。例如，以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如，單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現(xiàn)時可以有另外的劃分方式，例如多個單元或組件可以結(jié)合或者可以集成到另一個系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。

作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網(wǎng)絡(luò)單元上。可以根據(jù)實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現(xiàn)本發(fā)明實施例方案的目的。

另外，在本發(fā)明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以是兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。上述集成的單元既可以采用硬件的形式實現(xiàn)，也可以采用軟件功能單元的形式實現(xiàn)。

集成的單元如果以軟件功能單元的形式實現(xiàn)并作為獨立的產(chǎn)品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機(jī)可讀取存儲介質(zhì)中。基于這樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分，或者該技術(shù)方案的全部或部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計算機(jī)軟件產(chǎn)品存儲在一個存儲介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺計算機(jī)設(shè)備(可以是個人計算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個實施例方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質(zhì)包括：u盤、移動硬盤、只讀存儲器(rom，read-onlymemory)、隨機(jī)存取存儲器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。

以上，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到各種等效的修改或替換，這些修改或替換都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。