《一种基于数字孪生的虚拟仿真教育系统及其交互方法》
宙思科技发明专利证书
专利发明背景
随着VR（Virtual Reality，虚拟现实）技术的发展，越来越多的学校和教育机构使用VR技术进行教学和实训。特别在工业领域，VR技术能让学生不再受时间和地域的限制，随时随地进入虚拟工厂进行沉浸式的学习和实训。
然而，目前VR实训仿真课程制作普遍存在着教学内容和实际脱节的问题，主要体现在两个方面：
一是时间脱节，一个VR仿真课程的开发时间往往比较长，而后更新速度也比较慢，这就导致了虚拟仿真教学中的场景、工艺、生产逻辑都远远落后于数字化工厂情况，仿真教学的工艺可能是数年前甚至是被淘汰的。
虚拟仿真实训对于教育领域具有巨大的促进作用，
但要注意控制开发周期，紧跟企业和工厂的实际运作状况
另外一个是教学内容与工厂的实际运行情况脱节，这是因为一个仿真软件往往是由老师和仿真技术实施团队一起完成的，老师对理论和教学方法很熟悉，开发团队只对VR技术熟悉，两者都缺乏在工厂实际的经历及对工厂工艺、管理的经验，这就导致做出来VR仿真教学内容往往似是而非，没有体现其核心意义。
面对上述瓶颈般的问题，仅仅识别和指出它们是远远不够的。要真正的解决这些问题，不仅需要深入了解虚拟仿真教育的实际需求，还需要有技术上的突破和创新。
专利发明的技术基础
长期以来，宙思科技致力于为各行业提供VR虚拟仿真软件、数字孪生系统、三维数字化营销的综合解决方案。产品广泛应用于数字工厂、数字新基建、教育培训、展览演示、互动营销、三维可视化等众多领域，为全国数十家高等院校和智能制造型企业提供数字化三维仿真解决方案。经过多年积累，对于解决VR实训仿真课程制作普遍存在着的“教学内容和实际脱节”的问题，产生了独到和深刻的见解，即：
通过引入数字孪生技术，对现有的虚拟仿真教育方式进行改进，提供一种实时性、真实性更强的实训教学方案。
智能制造数字孪生系统案例合集，宙思科技
“数字孪生”（Digital Twin），简而言之，是通过将真实世界的物理对象和过程转化为数字化模型来实现的。这种模型不仅能够实时反映真实环境的状态和行为，而且还可以预测未来的变化和发展。其核心特点在于其实时性、动态性和互动性。
数字孪生系统重现车间生产流程
在虚拟仿真教育当中引入数字孪生技术，不仅能有效克服教学软件与真实环境脱节的问题，确保教学内容的实时性和真实性。同时教育者可以为学生提供一个既真实又安全的学习环境，学生能在此环境中进行各种实训，得到即时的反馈，深化理解。此外，数字孪生的动态和互动特点也使得学习过程更为生动和有趣，增强了学生的学习兴趣和积极性。
在这个思路引导之下，宙思团队经过严密的可行性评估、反复的“头脑风暴”交流、详尽的技术方案撰写，以及应用于实践的检验和调试，最终产出“一种基于数字孪生的虚拟仿真教育系统及其交互方法”，并于2023年7月成功取得发明专利，有效破解了当前VR实训仿真课程制作普遍存在着的“教学内容和实际脱节”的问题，为推动高职院校的虚拟仿真教学贡献出自己的力量。
专利内容介绍及应用案例
总体而言，该发明提供了一种基于数字孪生的虚拟仿真教育系统及其交互方法，涉及虚拟现实技术领域，系统包括数字化工厂、数字孪生系统、仿真教育后台和客户端。它的基本逻辑是：
一、通过数字化工厂采集实时数据，通过数字孪生系统建立数字化工厂的3D场景模型并确定实时数据的特征事件数据，基于特征事件数据将实时数据保存为历史数据；
二、仿真教育后台基于特征事件数据建立行为树数据；
三、通过客户端调用数字化工厂的3D场景模型，对3D场景模型进行渲染，得到数字化工厂的3D虚拟场景，从数字孪生系统中获取历史数据驱动3D虚拟场景中的虚拟物体运动，并从仿真教育后台拉取行为树数据，以对用户在3D虚拟场景中的操作行为进行模拟反馈。
为了让读者更为直观地理解该技术在实际操作中的效用，我们将分享几个具体的应用案例：
1.微波远场测试仿真虚拟实训系统。该软件为用户提供了基于数字孪生技术的微波远场测试体验，介绍了微波远场测试实验室的各项部件，通过构建三维虚拟场景帮助用户系统掌握微波远场测试的各项操作流程。
2.AR数字孪生系统。在该软件中，用户仅需通过手机或平板电脑上的操作界面，即可实时控制现实中的小车进行前后左右的移动。该软件依托数字孪生技术，能够捕获小车的实时数据，为用户呈现出直观的3D虚拟场景，让用户能够在一个高度仿真的环境中学习和实践工业机器人的简单操作。
3.PERC单晶硅太阳电池生产工艺虚拟仿真实训软件。该软件深度应用了基于数字孪生的虚拟仿真教育系统原理，将Perc太阳电池制造的完整流程三维化，使学习者能够实时地观察和参与从多晶硅片的制绒技术、扩散工艺，到PECVD镀膜，以及单晶硅的激光开槽、丝网印刷和电池的分拣包装等各环节。
结语
随着科技的快速发展，教育领域亦迎来了前所未有的变革。宙思科技基于数字孪生技术开发的虚拟仿真教育系统，为虚拟教学带来了一场革命。可以预见，随着更多先进技术的涌现和应用，教育将不再受限于传统框架，而是走向一个更加开放、灵活和智能的未来。
