技术领域
[0001] 本发明涉及一种仿真实验教学系统，属于教学设备领域。
相关背景技术
[0002] 当前校园里建设的实验室或教室多采用普通多媒体方式进行教学讲解，学生的观看视野与视力情况会影响学生的听课状况。同时，进行实际操作实验时，教师需要进行巡视，并对学生进行点对点指导，存在教学效率低、教学标准不能完全统一的问题。
[0003] 现有技术，如公开号为CN106952520A的专利《基于无线局域网和智能移动终端的交互式实验教学系统》通过创建交互式实验教学管控模块，将实验过程控制模块、实验数据处理模块、实验过程视频监视模块等与教师、学生联系起来，操作员可以利用自带移动终端监视和控制实验过程，实验员可以利用自带移动终端完成实验前预习、实验中数据记录和实验后数据分析。针对一些大型、稀缺、贵重、复杂的实验教学系统，本系统极大地提高了学生对实验信息的个性化获取能力；针对一些噪声大、污染大、干扰大、风险高的实验教学系统，本系统极大地保证了教学效果、提高了实验的安全。但该专利只是简单地将实验过程显示在综合显示屏中，则教师观看学生的实时操作影像时，无法全面关注到每一个学生的状况，教学质量有待进一步提高。
具体实施方式
[0034] 下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。
[0035] 实施例一
[0036] 参照图1和图2，一种仿真实验教学系统，包括：控制器1、监视屏3、显示设备4和若干个实验教学终端2。在实际使用时，实验教学终端分为学生用实验教学终端和教师用实验教学终端。
[0037] 所述控制器分别与监控屏和各实验教学终端通信连接，用于控制监控屏和各实验教学终端开启或关闭。
[0038] 各所述实验教学终端之间通信连接，且均与监控屏通信连接；各实验教学终端均设置有摄像头、显示屏、投影仪和扬声器。
[0039] 实验教学终端通过所述摄像头录制用户操作视频，并传输用户操作视频至其他实验教学终端或监视屏。
[0040] 实验教学终端通过投影仪投射3D仿真实验影像。用户可通过手势控制3D仿真实验影像的播放。实验教学终端的摄像头获取用户手势图像并将其发送至图像处理服务器；
[0041] 图像处理服务器根据用户手势图像识别用户手势，并将用户手势识别结果返回至实验教学终端；实验教学终端预存有交互指令(如，下一步、暂停、放大等)，并根据用户手势识别结果执行交互指令。
[0042] 所述监视屏播放一个用户操作视频，或监视屏划分为多个显示窗口同时播放多个用户操作视频。
[0043] 本实施的进步之处在于，实验教学终端将用户操作或实验过程(即用户操作视频)实时同步至监控屏并通过多个显示窗口播放，则教师可以同时关注到多位学生，增强对学生的实验过程的监督管理，无需教师的巡视检查，提高教学效率。
[0044] 实施例二
[0045] 进一步的，实验教学终端传输多个用户操作视频至图像处理服务器；图像处理服务器根据用户操作视频进行静态手势识别或动态手势识别，得到用户的手势形状特征或运动轨迹；图像处理服务器根据用户的手势形状特征或运动轨迹，得到用户手部动作的准确性结果并将其返回至相应的实验教学终端。
[0046] 若所述准确性低于第一阈值，则实验教学终端通过显示屏显示预警信息和正确操作演示视频。
[0047] 在本实施例中：图像处理服务器从用户操作视频抽取若干帧图像进行静态手势识别；在图像上建立平面坐标系，记录图像中手部的位置坐标和姿势信息(即手势形状特征)；
[0048] 图像处理服务器以用户操作视频当前播放设备为原点建立空间坐标系，根据视频播放时间建立时间轴；进行动态手势识别，记录在此空间坐标系中不同时间节点手部的位置坐标与动作信息(即运动轨迹)。
[0049] 图像处理服务器中存储有与多个不同实验一一对应的的手势位置坐标预设值、姿势信息预设值与动作信息预设值。根据实验类别，将由用户操作视频得到的手势位置坐标、姿势信息、动作信息与其相应的预设值一一进行比较。根据实际需求选择不同的评分标准。根据其与预设值的偏差值计分，偏差值越大，准确性得分越低。或判断其与预设值的偏差值是否超过阈值，若超过阈值，则判断操作错误；否则操作正确。
[0050] 实施例三
[0051] 更进一步的，各实验教学终端或图像处理服务器发送准确性结果至控制器；控制器根据所述准确性结果，控制监视屏中用户操作视频显示窗口的位置(按准确性从小到大进行排序，或者将准确性最低的用户操作视频放置在中央位置)和大小，参见图4和图5。
[0052] 本实施例的进步之处在于，图像处理服务器分析处理所述用户操作视频并进行异常提醒，同步展示正确操作演示，实现对用户操作的的正确引导，减少教师的点对点指导。且通过图像处理服务器得到的准确性结果，标准更加统一，且标准度要高于人工点对点教学。
[0053] 同时，监视屏显示窗口的位置与大小根据用户操作的准确度而调整，有助于教师更快发现学生的误操作，进一步提升教学效率和质量。
[0054] 实施例四
[0055] 参见图3，本实施例以茶学院茶艺实验课为例：
[0056] 课程开始，教师使用控制器控制教师用实验教学终端(简称为教师端)、学生用实验教学终端(简称为学生端)、控制器、监视屏等设备开机。
[0057] 进行广播教学，教师通过控制器选择广播教学的方式：
[0058] 教学视频演示：教师通过控制器选择茶艺实验的演示视频，学生端同步播放该演示视频。
[0059] 教师操作演示：教师端摄像头录制茶艺操作演示视频，并实时传输至学生端。
[0060] 学生操作演示：教师通过控制器选择进行演示操作的学生，该学生端摄像头录制茶艺操作演示视频，并实时传输至其他学生端及教师端。
[0061] 广播教学期间，学生端可以在学生端发出提问信息至控制器但无法进行其他操作；控制器收到学生的提问信息，在教师端进行弹框提示。
[0062] 广播教学结束，教师选择开始进行实验操作，学生端显示实验内容。学生根据实验内容进行每一步实验操作，学生端摄像头录制操作过程。监视屏同步展示所有学生的实验操作，教师也可以通过控制器选择仅展示某一学生的实验操作。
[0063] 图像处理服务器计算手部动作准确性。若所述准确性低于第一阈值(在本实施例中，第一阈值为90％)，则实验教学终端通过显示屏显示预警信息和正确操作演示视频，学生重新进行实验操作。
[0064] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
