情景交互式教学系统典型应用.docx
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情景交互式教学系统典型应用.docx
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情景交互式教学系统典型应用
情景交互式教学系统
解决方案
关键词:
⏹液晶电子白板、多媒体教学一体机、交互式电子白板、触控电脑电视一体机
⏹虚拟现实
⏹仿真培训
概述
情景交互式教学系统,首先是对情景的模拟或仿真,然后是交互手段的运用。
教学系统的交互包括,使用者与系统间的交互、使用者之间的沟通等。
根据项目类型和投资规模等,确定合适的解决方案。
整个方案贴近客户实际,整个教学系统能够支持客户脚本,配合完成教学内容的实施。
教学系统的确定性和不确定性分析,确定性内容越多,理论上实施的可行性就越大,而扩展性将会越差。
不确定性,可通过如提供资源库的管理功能(Designer工具等),允许用户根据需要组织编辑自己需要的内容。
通过大量的可能性预测,填补不确定性,必然造成较大的成本。
情景交互式教学系统的研发大致有以下几类:
技术应用领域上的拓展,集成各种硬件设备形成完整技术解决方案,比如录播产品厂商、媒体控制器厂商等。
教育产品提供商,充分利用课件资源和课件制作经验,利用时下各种人机交互手段和技术(如触摸交互系统等),为客户量身打造交互性更强的课件内容,如,水晶石教育等。
虚拟现实厂商,利用其掌握的虚拟现实技术,完成视景仿真、虚拟培训和可行性研究等。
以AB3D(基于三维的应用)为指导,生产具备交互性特点的软件产品。
如,曼拓数字、VR-Platform等。
VR-Platform运用游戏开发思路,提出一整套软件解决方案,人员与系统的交互,传统的人机交互模式或通过各种虚拟现实硬件;人员与人员之间的沟通手段,角色扮演进行文字或语音的交流。
最终实现诸如基地搭建、装备获取和使用、场景发生器等。
综上所述,情景交互式教学系统的实现需要硬件环境的支撑,开发一套软件平台展开应用,在情景造成上采用模拟和仿真两种相辅相成的解决方案,交互性的实现也是多种多样的,在VR平台上有各种VR交互硬件,传统的人机交互方式也发展出触摸交互系统等。
交互性同时又体现在用户的可参与度上是传统软件系统的一个概念。
典型案例
一、ZD-YT互动教学研讨系统
1.系统简介
ZD-YT互动教学研讨系统是由上海复旦聚升信息科技有限公司研发的结构新颖、功能强大、性价比高的先进教育应用系统,该系统通过校园网、城域网可实现对学校的各个授课现场进行教学研讨;参与互动教学研讨的领导或专家通过该系统的授权,可以在自己的办公计算机上对选取学校的教学现场进行音视频收听/观看,并且研讨组成员可以通过即时交流对该课题进行互动教学研讨
2.系统组成
ZD-YT互动教学研讨系统示意图
产品名称
型号
数量
功能描述
智能教学研讨主机
ZD678
N台
互动教学研讨系统核心设备,内置:
音视频采集系统;图像分析跟踪系统;录制系统;流媒体推送系统
高清一体化摄像机
FD1080
N台
在智能教学研讨主机的控制下,实时对教师的授课进行智能跟踪
教师定位摄像机
广角
N台
对教师的授课讲台进行视频覆盖,将教师的授课过程视频传送至智能教学研讨主机,由智能教学研讨主机进行运动图像分析
平面均衡话筒
FD683
N个
具有均衡音频采集特性,可以在教室的各层面均衡的采集音频信息
ZD-YT互动教学研讨系统配置表
3.系统功能
功能
功能描述
视频跟踪采集
在智能教学研讨主机的控制下,通过高清一体化摄像机对教师的授课、板书、走下讲台等授课过程进行跟踪摄像,在整个教学过程中,教师授课过程始终被跟踪采集
音频采集
平面均衡采集话筒具有在60平方米、100平方米、120平方米三个规格的平面均衡采集特性,保证在60、100、120平方米的范围内音频均衡采集,使得教师讲课、教师走下讲台所采集的声音均保持均衡优质,并将采集的音频传输至智能教学研讨主机
教师跟踪
对教师授课进行实时跟踪
1、教师在讲台上运动授课
2、教师通过板书授课
3、教师走下讲台授课
流媒体音视频
采集的音频被智能教学研讨主机流化后,形成WMV流媒体视频流,并在本机上实时发布与录制,同时推送至远程教育局流媒体直播服务器发布,供学校、教育局教学研讨人员进行互动教学研讨
互动教学研讨
登录:
参与研讨人员使用用户名和密码登录
现场观看:
在打开界面的视频窗口,观看现场教学视频
选择交流人:
在界面的右侧选取交流人
组内交流:
在界面的文字交流框中与选取的交流人进行文字交流
ZD-YT互动教学研讨系统功能表
4.系统设备参数
产品名称
产品图片
品牌型号
主要参数
智能教学研讨主机
正捷
ZD678
1、内置音视频采集系统;支持1080P、720P高清视频采集,输出流媒体格式WMV,音频采样率48KHZ
2、内置图像分析跟踪系统
3、内置流媒体推送系统
4、内置实时音视频发布系统
5、2U标准工业机箱
高清一体化摄像机
FD1080
1、40倍放大(10倍光学变焦,4倍数码变焦)
2、电子开关倒立和360度旋转
3、水平分辨率:
1080p(1080*1920)
4、信号制式NTSC/PAL
5、视频输出CVBS:
1.0Vp-p/75Ω
6、扫描频率H:
15.625KHZ/V:
50HZ
7、快门速度1/2to1/10000自动手动可设
8、摄像机控制接口:
RS-232(VISCA协议)/RS-422(VISCA协议)PELCO:
P/D
9、高清接口HD:
Y,Pb,Pr模拟分量
教师定位摄像机
广角
1、90度广角
2、水平解析度520线
3、制式:
PAL/NTSC
4、信噪比≥48dB
5、镜头:
2.8mm
6、DC12V供电
平面均衡话筒
FD683
1、类型:
背极式驻极体电容传声器
2、最大输入声压级:
120dB(THD≤1%,2500Ω负载)
3、指向性:
超心型(120°拾声)
4、信噪比:
72dB(1KHz@1Pa)
5、频响:
40~16000Hz
6、灵敏度:
40mV/Pa(-28dB±2dB,@1KHz2500Ω负载,0dB=1v/Pa)
7、输出阻抗:
200Ω(@1KHz)
8、供电:
48V幻象供电
二、数字法庭综合解决方案
华夏科技数字法庭系统是一套紧密结合法院庭审业务,以自主知识产权产品为核心的整体解决方案。
该系统涵盖了从法庭庭审信息的采集、编码、控制,到庭审信息的存储、发布、统计和查阅的整个业务流程,通盘考虑了法院数字法庭、数字审委会、庭审直播、庭审点播、公网发布、远程司法等应用需求,覆盖了法院庭审业务的全过程。
华夏科技的数字法庭综合解决方案在法院拥有重多的客户,在法院行业的细分市场占有率名列前茅。
同时,该解决方案在专利复审和劳动仲裁等新领域的应用也在陆续推广。
整体解决方案示意图
单个法庭解决方案示意图
三、情景化培训系统
客户:
中国网通集团北京市分公司
项目背景
中国网通集团是国内最大规模的电信运营商之一,以北京2008年奥运会合作伙伴的身份承担着奥运期间通讯及相关服务的保障工作。
作为一家在海外上市的超大规模企业,网通集团需要一套适应企业需要的员工培训体系以保障企业开展大规模、深层次的学习。
如何以更为新颖的形式、更加有效的传播方式将枯燥的理论知识、严密的操作流程与庞杂的管理制度传达给每一位员工,成为了网通人力资源部门考虑已久的问题。
针对客户需求,我们细致分析,为其度身定制了情景化培训体系这一模式的课件,将我们领先的三维技术通过Flash作为媒介与网通工作流程、管理体制有机地结合起来,为网通员工提供了一套便捷的学习途径。
通过我们的培训体系,网通员工可自行决定学习的方向与进度,有效解决长期存在的工学矛盾问题,同时学员可通过实操演练与上机考核模块检验学习成果,极大地提高了员工学习的积极性。
同时本项目是水晶石公司与网通在奥运背景下的一次良好的合作,为今后双方的深入合作奠定了基础。
项目实施情况
网通情景化培训系统按照企业工种进行划分,共涉及交换、传输、测量、动力、线路、宽带、数据、无线等专业内容,项目一期完成其中动力环境篇。
根据客户实际需要,我们在动力环境篇下分内容讲解、实操演练与上机考核三部分内容。
总共涉及动力环境所需7大设备系统,涉及理论知识、操作流程、日常维护以及基础管理等多项内容。
整套系统采用模块化设计,同时为日后的其他专业内容的制作留有接口,以保证系统完整性。
“内容讲解”部分划分为设备篇和基础管理篇。
设备篇以三维的表现形式展开教学,将每种设备的基本原理、结构组成、品牌型号、操作步骤、52周期日常维护以及工具仪表使用的内容逐一予以展现,直观的形式加深了学员对实际工作内容的理解。
“实操演练”部分在系统虚拟搭建的与实际工作吻合的环境下,对动力专业设备进行操作步骤演练以及故障分析与检查的演练。
通过课件完成虚拟操作在实际的培训工作中是一次创新,可以解决实机操作练习环境紧张,尤其适用于解决部分设备在投入运行状态下无法反复操作,不便供学员模拟操作和演练的难题。
“上机考核”部分根据实际需要划分为理论知识和实际操作两部分内容,考试内容及考试成绩统一由后台数据库管理。
考核成绩合格的,将颁发北京网通内部承认的合格证书,与员工的技能合格上岗、技能鉴定等员工管理相结合,进一步体现了培训的科学化管理。
水晶石公司项目组分为设计、三维与制作三个小组,其中设计小组针对项目积极与客户进行沟通并完成了内容整理、框架设计与美术设计。
三维小组根据每一型号设备资料搭建模型,并完成渲染工作。
制作小组依据设计思想完成了全部Flash结构搭建与动画制作工作。
项目全部工作在一个半月内完成,团队多次受到客户各级领导、专家的赞扬。
项目完成后,在专家评审会上本项目得到了各方专家的一致认可,被认定为一套创意新颖、设计精良、可操作性强的培训体系,切实满足企业培训需要。
全部内容在北京网通内部网上线,测试运行良好,现已投入使用。
四、虚拟教学
虚拟教学就是利用虚拟技术模拟难以讲解的教学场景,并使之可视化和可参与性,让学员在可视化和参与性下能更好的学习到相关技能。
数虎图像的虚拟现实技术可以使枯燥表格、数字和程序,手术,安装流程等变得生动而有趣,另一方面,虚拟实验能将若干知识点串联起来,起到汇总和系统化的作用。
提供教学质量,降低教学成本。
虚拟教学具有以下优点:
1、教学内容视觉化
2、学习中的交互性好
3、沉浸感真实感强
数虎图像的虚拟教学技术,可以为以下行业提供解决方案:
医学领域
医学领域是使用最多的领域,因为新学员如果实际操作,会导致病人很多的痛苦,如果事先在电脑前模拟好这些程序,就会对操作的步骤轻车熟路,可以为虚拟医学领域做到以下场景:
1).内窥镜操作虚拟训练系统
2).腹腔镜操作虚拟训练系统
3).基础子宫镜操作虚拟训练系统
4).心血管操作虚拟训练系统
5).上、下消化道及支气管镜操作虚拟训练系统
机械设备行业虚拟安装拆卸
在机械设备行业的应用也很多,因为大型设备的拆卸,安装维修都很困难,培训新维修安装工人在实际操作的话,一是费用高,二是浪费时间,数虎图像为机械行业制作的虚拟维修安装培训系统,可以更轻松的让新的安装工人熟悉操作的流程。
数虎图像可以为机械行业提供如下虚拟培训系统:
1)、虚拟制造系统
2)、虚拟安装系统
3)、虚拟拆卸系统
4)、虚拟维修系统
能源勘探领域
矿业人员技术培训:
数虎图像的虚拟现实技术创造出的矿山生产环境具有逼真、交互作用的特点,可以直观模拟采矿环境及其作业过程,供采矿工程专业的学生实习,这样既可以降低实习费用,又可缩短教学时间,让更多的人接受高等教育。
意外情况逃生培训:
同时还可对井下工人进行上岗前的操作及安全教育培训,如虚拟井下的各种工况及险情,使被训练者身临其境地去体验,并学会采取有效的应急措施去处理各种险情,使每一名下井的人员都清楚矿井的结构和逃生技巧,消除事故隐患。
电网仿真培训
1、电力设备安装培训;
2、电力设备操作仿真培训;
3、变电站巡视检查路线项目培训;
4、电力事故预防演练培训。
数虎图像电力仿真系统可以全过程仿真电力系统动态行为,可用于电力系统运行方式研究、安全稳定分析、事故重演和分析等。
对运行人员进行正常操作、事故判断和处理、系统恢复的培训等;对运行人员的各种操作能力、事故判断和处理能力进行鉴定与考核;对保护定值和自动装置定值进行校验
在培训教育课件上的应用
在实验教育上的应用
实验教育的核心,在于充分鼓励公众亲自动手进行探索与实践,通过实践培养创造性思维,传播科学思想和科学方法。
以往由于科技馆各种软硬条件的限制下,这一点往往是最难实现或者代价最大的。
而数虎图像科技虚拟现实技术进行的虚拟实验,不但能产生视觉效果,还能够处理实时交互图形,具有图形以外的声间和触感,完全可以在虚拟世界充分感知信息,并做出选择或相应的动作。
而且在不同的实验间切换,只需输入不同的处置方案即可。
不需大量的置换外部元件。
五、虚拟现实实验室解决方案
虚拟现实(VirtualReality,简称VR,又译作灵境、幻真)是近年来出现的高新技术,是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统,它利用计算机技术生成一个逼真的、具有视、听、触等多种感知的虚拟环境,用户通过使用各种交互设备,同虚拟环境中的实体相互作用,使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真和信息交流,是一种先进的数字化人机接口技术。
与传统的模拟技术相比,虚拟现实技术的主要特征是:
沉浸感(Immersion)
交互性(Interactivity)
构想性(Imagination)
为了更好的应用虚拟现实技术,使其更好的应用于教学、科研和生产实践活动,北京易用视点公司推出全面的虚拟现实实验室整体系统建设方案。
该方案已被广泛应用于各大高校、军方和科研院所虚拟仿真实验室。
方案分类:
1.桌面虚拟现实实验室解决方案
2.沉浸式虚拟现实实验室解决方案
3.分布式虚拟现实实验室解决方案
4.增强型虚拟现实实验室解决方案
系统组成:
1.面向应用对象的虚拟现实应用开发平台
2.高性能图像生成及处理系统
3.沉浸感的虚拟现实三维立体显示系统
4.6自由度虚拟现实交互系统
5.中央集成应用控制系统
典型项目客户(排名不分先后)
北京邮电大学
北京理工大学
北京印刷学院
北京航空航天大学
深圳大学
上海交通大学
哈尔滨工程大学
南京邮电大学
南京理工大学
山东科技大学
华南理工大学
中国农业大学
应用领域:
桌面式虚拟现实实验室建设
沉浸式虚拟现实实验室建设
分布式虚拟现实实验室建设
增强式虚拟现实实验室建设
洞穴式虚拟现实实验室建设
数字多媒体实验室建设
虚拟现实,三维仿真,三维可视化,视景仿真
六、变电站仿真培训综述
摘 要
在阐述仿真培训的意义和发展历史之后,从变电站仿真培训系统的模式、所选择模拟的变电站和系统、仿真培训的主要内容和功能这3个方面进行综述,并对今后系统的发展方向和需要完善的内容提出看法,认为应在智能培训、多媒体、系统建模、新技术运用以及加强反馈等方面做进一步的工作。
关键词 电力系统 变电站 仿真培训
分类号 TM743 TM764
SUMMARYOFSUBSTATIONSSIMULATIONANDTRAINING
ZhangDongying,YangYihan
(NorthChinaElectricPowerUniversity,100085,Beijing,China)
Abstract Thispaperintroducesthesignificationandhistoryofsimulationandtrainingfirst.Thenthreesectionsonmodeofsubstationssimulationandtrainingsystem,substationandsystemselectedtosimulate,maincontentandfunctionofsimulationandtrainingaresummarized.Finally,theimprovementanddevelopmentofsubstationssimulationandtrainingsystemareputforwardfromtheaspectsofintelligenttraining,multi-media,systemmodeling,applicationofnewtechnologyandusersfeedbacketc.
Keywords powersystems substation simulationandtraining
0 引言
电力系统运行人员的岗位操作技能是影响电力系统运行安全可靠性的重要因素之一。
电力系统的操作不允许随意进行,电力系统的事故又很少发生,不能将运行的系统当做试验品,不能在真实设备上进行实际操作试验,更不允许人为设置一些事故让学员观察并进行处理。
这些都使运行人员难以在电力系统的正常操作和事故处理中得到充分的训练。
传统采用的方法是通过书本讲授,在图纸或模拟板上练习操作和进行模拟演习,以培养运行人员的操作技能以及处理事故的能力,虽都起了一定的作用,但因缺乏真实感,培训效果不佳。
一旦事故来临,因运行人员见得不多,往往手忙脚乱,不知所措,常常因处理不当,造成事故扩大。
电力系统首先在火电厂和核电厂开展了培训仿真系统的研究和试验,取得了很好的效果。
现在核电厂和火电厂配备培训仿真系统的必要性已被国内外所公认,我国电力领导部门规定核电厂和300MW及以上的火电机组,都必须配备培训仿真系统。
接着兴起电网调度培训仿真系统,我国几个跨省网调几乎都配备了电网调度培训仿真系统,省网调度中配备培训仿真的也日益增多。
变电站容量分散、数目众多,是否要在变电站也配备培训仿真系统,开始还不能确定,经过几年摸索之后,很多供电部门也开始认识到配备变电站运行培训系统也很有必要。
随着电力系统的发展,高电压、大容量变电站相继投入运行,在电力系统中占有重要地位,同时先进的自动化技术的应用,都对变电站运行人员的素质提出了更高的要求。
为了适应这种要求,近年来国内有关科研单位和高等院校与运行单位相结合,已开发出了相应的变电站运行人员培训仿真系统。
最初研制的变电站仿真系统沿用电厂仿真的模式,带硬件盘台,计算机也采用工作站,投资很大。
后来逐渐采用PC机代替工作站,还出现了纯软件的仿真模式,并针对变电站培训的内容和特点,增加了智能培训和知识学习的功能,为用户提供了多种选择。
本文就变电站仿真培训系统模式、所选择模拟的变电站和系统、仿真培训的主要内容和功能这3个方面进行综述。
1 变电站仿真培训系统模式
从仿真系统组成模式上,主要分为盘台模式和纯软件模式。
盘台模式是指用与实际变电站1∶1的开关控制屏和保护屏硬件组成变电站仿真培训系统的主控室和保护室,主要由后台计算机支持这些硬件的操作和显示。
屏柜上的开关量和模拟量(操作开关把手、投退压板、小开关、保险和按钮等)的变化,通过数据采集卡,送到总线,最后送给后台计算机,后台计算机上的仿真模型实时计算,将计算结果通过总线和数据转换卡,刷新屏柜上的模拟量(表计指示)和开关量(光字牌、信号灯等)。
后台计算机采用多台工作站或微机,它们组成网络,并按功能分为:
a.工程师台,用于仿真模型的修改和系统维护、调试;
b.教员台,用于设置培训任务、控制和管理培训过程;
c.图形台,用图形界面的方式仿真没有硬件的设备,如主接线图、模拟屏、保护屏界面(有的仿真系统没有保护屏硬件,就用软件仿真保护屏)、室外主设备的多媒体界面等;
d.仿真模型计算台,接收硬件屏柜上和图形台界面上的操作数据,仿真模型进行实时计算,计算结果送到屏柜和图形台界面上。
在实际仿真系统中,可根据需要将上述功能合并或分解,配置给后台机。
为处理后台机与硬件屏柜间的数据输入和输出,一般还要根据硬件的规模配置一台或几台前置机。
纯软件模式是指变电站内的所有开关控制屏、保护屏、模拟屏、室外和室内的主设备及主接线等全都用软件仿真,除计算机外没有任何硬件。
像盘台模式一样,仿真系统是一个由多台工作站或微机组成的网络,根据每台计算机上配置的软件资源不同,可构成以下模式的仿真系统:
a.分布式,即图形界面软件可按主控室、保护室和室内外电气设备等的划分,分布在一台或几台计算机上,其他仿真模型、教员管理、工程维护也可分布在一台或几台计算机上。
一般图形界面软件分布在1台~2台计算机上,作为一组学员台,这样可配置多组学员台,同时对多个学员培训。
但学员台的数量受仿真模型计算台的响应速度限制,一般只能配置3个~4个。
b.网络教室模式[1,2],即仿真培训系统由一个教员台和多个学员台组成,学员台个数可达20个~30个,不受仿真模型计算速度的限制。
这时,图形界面软件和仿真模型计算软件必须放在同一台计算机上,这样每个学员台都有自己的界面和仿真计算软件,相对独立,而教员台的设置功能,也可放在学员台上,使培训学员的方式更灵活,学员既可以自学,也可在教员指导下学习,达到同时培训不同层次学员的目的。
纯软件模式组成灵活,并可应用其他新计算机技术,提高仿真培训的效果。
如1台PC主机带2个显示器的分屏卡;由专用网线和图像声音传输卡组成的多媒体教学网络,应用在网络教室模式时,可广播、监视、控制教员台和学员台的界面操作和声音。
两种模式特点比较结果如表1所示。
表1 两种模式特性比较
Table1 Characteristiccomparisonofthetwomodes
对比项目
盘台模式
纯软件模式
视觉直观、操作逼真的效果
由于有与实际变电站1∶1的硬件,它给学员带来的这种真实感受是软件模拟所不能达到的。
需要切换画面,查找操作设备,与实际操作有些差别,需要学员适应一段时间。
造价
硬件投资很高,尤其一次性投资高,一般为纯软件模式的几倍至十几倍。
硬件只有计算机及其网络配件,造价低,可根据资金情况分期投资。
可维护性
硬件接线复杂、设备和零配件众多,运行维护需要投入的人力和资金较大。
计算机和网络的维护比较简单方便,只需兼职人员即可。
可扩充性、适应性
电网自动化的快速发展,要求仿真培训系统能跟上实际需要,由仿真传统变电站转到仿真综合自动化站、仿真新型成套微机保护,都要修改和扩充仿真系统,由于硬件的修改很困难,这就限制了系统的发展和维护。
可按用户要求,修改软件,方便地进行系统扩充,既能仿真培训传统变电站的运行人员,又能仿真培训新型变电站的运行人员。
现在有的系统对保护屏的微机保护装置面板仿真得相当细腻,除了面板界面做得非常逼真,还可操作面板上按键或拨轮调整整定值,液晶窗口显示的相应文字与实际装置一样。
可以说,用软件能够仿真的范围和能达到的逼真程度,在计算机技术允许的条件下,只要想得到就能做得到。
培训效率
只能同时有一名学员操作
能同时面
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- 情景 交互式 教学 系统 典型 应用
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