(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 110262655 A(43)申请公布日 2019.09.20
(21)申请号 201910424091.4(22)申请日 2019.05.21
(71)申请人 佛山科学技术学院
地址 528000 广东省佛山市禅城区江湾一
路18号(72)发明人 曹明亮 谢天华 钟勇 刘欣
霍颖瑜 (74)专利代理机构 广州嘉权专利商标事务所有
限公司 44205
代理人 谢泳祥(51)Int.Cl.
G06F 3/01(2006.01)G01D 21/02(2006.01)
权利要求书2页 说明书5页 附图1页
(54)发明名称
一种虚实融合仿真实验的数据采集方法及设备
(57)摘要
本发明公开了一种虚实融合仿真实验的数据采集方法及设备，对虚实融合仿真实验数据进行过滤得到过滤仿真实验数据，对过滤仿真实验数据进行挖掘处理得到标准虚实融合仿真实验数据，确保了数据的可靠性和完整性，利用摄像头模块以及动作捕捉模块记录实验用户的操作；利用语音收发模块进行不同实验用户之间进行语音的沟通交流；利用味道发生模块模拟出实验过程以及结果所产生的气味，并利用气味感应模块采集气味浓度信息；利用力反馈传感器模拟出虚实融合实验中的力反馈，本发明确保了数据的完整性和可靠性，过滤掉了大部分的异常数据，提高了数据的实用性和鲁棒性。
CN 110262655 ACN 110262655 A
权 利 要 求 书
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1.一种虚实融合仿真实验的数据采集方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1，通过数据采集设备获取虚实融合仿真实验数据；步骤2，对虚实融合仿真实验数据进行过滤得到过滤仿真实验数据；步骤3，对过滤仿真实验数据进行挖掘处理得到标准虚实融合仿真实验数据；步骤4，输出并存储标准虚实融合仿真实验数据。
2.根据权利要求1所述的一种虚实融合仿真实验的数据采集方法，其特征在于，在步骤1中，所述数据采集设备包括：语音接收模块、气味发生模块、气味感应模块、力反馈模块、动作捕捉模块、处理器模块、电源模块、数据发送模块和摄像头模块。
3.根据权利要求1所述的一种虚实融合仿真实验的数据采集方法，其特征在于，在步骤1中，所述虚实融合仿真实验数据包括但不限于语音数据、气味数据、力感数据、动作数据、视频数据。
4.根据权利要求2或3所述的一种虚实融合仿真实验的数据采集方法，其特征在于，在步骤2中，对虚实融合仿真实验数据进行过滤得到过滤仿真实验数据的方法为，用集合Zn＝(z1,z2,…zn)T表示数据采集设备从k-1时刻的虚实融合仿真实验数据n个不同种类的模块采集的物理量的值，用列向量
表示z1,z2,…zn的导数，数据采集设备的在当前时
刻过滤后的虚实融合仿真实验数据的数据采集值Vi表示为：Vi＝z+(i-n)U，i＝1,2,…n。
5.根据权利要求4所述的一种虚实融合仿真实验的数据采集方法，其特征在于，在步骤3中，对过滤仿真实验数据进行挖掘处理的方法为，令过滤仿真实验数据的I＝{i1,i2,...,im}，其中，ik(1≤k≤m)是一个项目，I的非空子集称为模式P，一个模式P所包含的项目的数量称为该模式的长度，数据集D是一组事务的集合，事务是I的非空子集，数据集D包含的事务的总数记为|D|，数据集D中包含模式P的事务的数量称为P的计数，记为f(P)，P的计数与数据集中事务的总数的比值称为P的支持度，记为s(P)，假定ξ是事先设定的最小支持度，如果s(P)≥ξ，则称P是采集频率的，所有采集频率模式的集合称为采集频率集，记为F，将数据集D均匀分为多个子数据，每个子数包含1/ε个事务，初始子数据编号为1，之后依次递增，其中ε是事先指定的允许误差，采集频率模式集以三元组(set,f,Δ)存储模式，set标识唯一模式，f为模式计数，Δ为计数误差，若子数据中的模式包含于采集频率模式集，则按在子数据中的出现次数更新那些被包含模式的f值；若不包含于采集频率模式集，则判断模式在子数据中的出现次数是否大于采集频率度阈值，若大于采集频率度阈值则将该模式加入采集频率模式集，新加入模式的Δ值为当前子数据编号减1，算法实时遍历采集频率模式集，若模式的(f+Δ)的值小于当前编号，则将模式从采集频率模式集中删除；采集频率模式集中包含所有真实计数大于N的模式，N是当前数据流中的事务数，如果一个模式包含于采集频率模式集，其真实计数在f与(f+Δ)之间，输出采集频率模式集中f值大于(s-ε)N的所有模式，最终得到的数据集作为标准虚实融合仿真实验数据。
6.根据权利要求5所述的一种虚实融合仿真实验的数据采集方法，其特征在于，在步骤4中，输出并存储标准虚实融合仿真实验数据的方法为：输出并存储标准图像数据到包括服务器、台式电脑、手机、笔记本、平板电脑、POS机或车载电脑中。
7.一种虚实融合仿真实验的数据采集设备，其特征在于，所述设备包括：语音接收模块、气味发生模块、气味感应模块、力反馈模块、动作捕捉模块、处理器模块、电源模块、数据
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权 利 要 求 书
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发送模块和摄像头模块。
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说 明 书
一种虚实融合仿真实验的数据采集方法及设备
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技术领域
[0001]本公开涉及数据采集仪器与设备领域，具体涉及一种虚实融合仿真实验的数据采集方法及设备。
背景技术
[0002]本发明涉及一种数据采集设备，尤其涉及一种虚实融合仿真实验的数据采集方法及设备。现有关于实验数据采集设备主要是以测量记录为主，并没有很好地记录整个实验过程的重要数据。但是，在虚实融合仿真实验中，实验过程数据尤为重要。若实验数据采集以及虚实融合过程出现问题，则会导致实验结果出现错误，并且会满足不了虚实融合仿真实验的用户需求。因此，设计一种设备对虚实融合仿真实验过程中的数据进行采集，是虚实融合仿真实验尤为关键的一点。
发明内容
[0003]为解决上述问题，本公开提供一种虚实融合仿真实验的数据采集方法及设备的技术方案，对虚实融合仿真实验数据进行过滤得到过滤仿真实验数据，对过滤仿真实验数据进行挖掘处理得到标准虚实融合仿真实验数据，确保了数据的可靠性和完整性。[0004]为了实现上述目的，根据本公开的一方面，提供一种虚实融合仿真实验的数据采集方法，所述方法包括以下步骤：[0005]步骤1，通过数据采集设备获取虚实融合仿真实验数据；[0006]步骤2，对虚实融合仿真实验数据进行过滤得到过滤仿真实验数据；[0007]步骤3，对过滤仿真实验数据进行挖掘处理得到标准虚实融合仿真实验数据；[0008]步骤4，输出并存储标准虚实融合仿真实验数据。[0009]进一步地，在步骤1中，所述数据采集设备包括：语音接收模块、气味发生模块、气味感应模块、力反馈模块、动作捕捉模块、处理器模块、电源模块、数据发送模块和摄像头模块；所述虚实融合仿真实验数据包括但不限于语音数据、气味数据、力感数据、动作数据、视频数据；
[0010]其中，语音收发模块与处理器模块相连接，主要实现对语音的收发控制功能；气味发生模块与处理器模块相连接，主要实现控制气味的发生功能；气味感应模块与处理器模块相连接，主要实现虚实融合仿真实验中的气味监测功能；动作捕捉模块与处理器模块相连接，主要实现在虚实融合实验中的实际物理操作动作的捕捉功能；摄像头模块与处理器模块相连接，主要实现以视频形式记录实际物理操作动作；数据收发模块与处理器模块相连接，主要是现实数据的收发功能；电源模块与处理器模块相连接，为整个设备提供电源；力反馈(force feedback)模块是在人机交互过程中，计算机对操作者的行为做出反应，并通过力反馈设备作用于操作者的过程；作为未直接接触真实环境的操作者和真实环境的交互接口，力反馈设备将机械臂所处环境生成的力感实时反馈给操作者，使操作者获得和触摸真实物体相同的力感，力反馈模块与处理器模块相连接，主要实现虚实融合仿真实验中
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说 明 书
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的力反馈作用。
[0011]进一步地，在步骤2中，对虚实融合仿真实验数据进行过滤得到过滤仿真实验数据的方法为，用集合Zn＝(z1,z2,…zn)T表示数据采集设备从k-1时刻的虚实融合仿真实验数据n个不同种类的模块采集的物理量的值(例如：语音接收模块、气味发生模块、气味感应模块、力反馈模块、动作捕捉模块、摄像头模块采集到的语音数据、气味数据、力感数据、动作数据、视频数据则n＝5)，k为当前时刻，用列向量
表示z1,z2,…zn的导数，数据采
集设备的在当前时刻过滤后的虚实融合仿真实验数据的数据采集值Vi表示为：Vi＝z+(i-n)U，i＝1,2,…n。
[0012]进一步地，在步骤3中，对过滤仿真实验数据进行挖掘处理的方法为，令过滤仿真实验数据的I＝{i1,i2,...,im}，其中，ik(1≤k≤m)是一个项目(过滤仿真实验数据的数据类型，即一种模块采集的数据种类)，I的非空子集称为模式P，一个模式P所包含的项目的数量称为该模式的长度，数据集D是一组事务的集合，事务是I的非空子集，数据集D包含的事务的总数记为|D|，数据集D中包含模式P的事务的数量称为P的计数，记为f(P)，P的计数与数据集中事务的总数的比值称为P的支持度，记为s(P)，假定ξ是事先设定的最小支持度(默认5％，取值范围为1％～10％)，如果s(P)≥ξ，则称P是采集频率的，所有采集频率模式的集合称为采集频率集，记为F，将数据集D均匀分为多个子数据，每个子数包含1/ε个事务，初始子数据编号为1，之后依次递增，其中ε是事先指定的允许误差，远远小于通常使用的采集频率度阈值(取值范围为整数1到10)，采集频率模式集以三元组(set,f,Δ)存储模式，set标识唯一模式，f为模式计数，Δ为计数误差，若子数据中的模式包含于采集频率模式集，则按在子数据中的出现次数更新那些被包含模式的f值；若不包含于采集频率模式集，则判断模式在子数据中的出现次数是否大于采集频率度阈值，若大于采集频率度阈值则将该模式加入采集频率模式集，新加入模式的Δ值为当前子数据编号减1，算法实时遍历采集频率模式集，若模式的(f+Δ)的值小于当前编号，则将模式从采集频率模式集中删除；采集频率模式集中包含所有真实计数大于N的模式，N是当前数据流中的事务数，如果一个模式包含于采集频率模式集，其真实计数一定在f与(f+Δ)之间，如果用户以采集频率度阈值5查询采集频率模式，算法输出采集频率模式集中f值大于(s-ε)N的所有模式，最终得到的数据集作为标准虚实融合仿真实验数据。[0013]进一步地，在步骤4中，输出并存储标准虚实融合仿真实验数据的方法为：输出并存储标准图像数据到包括服务器、台式电脑、手机、笔记本、平板电脑、POS机或车载电脑中。[0014]本发明还提供了一种虚实融合仿真实验的数据采集设备，所述设备包括：语音接收模块、气味发生模块、气味感应模块、力反馈模块、动作捕捉模块、处理器模块、电源模块、数据发送模块和摄像头模块。[0015]本公开的有益效果为：本发明提供一种虚实融合仿真实验的数据采集方法及设备，现有的数据采集设备中，在实际物理操作中，(1)利用摄像头模块以及动作捕捉模块记录实验用户的操作；(2)利用语音收发模块进行不同实验用户之间进行语音的沟通交流；(3)在虚实融合仿真实验中，利用味道发生模块模拟出实验过程以及结果所产生的气味，并利用气味感应模块采集气味浓度信息；(4)利用力反馈传感器模拟出虚实融合实验中的力反馈，本发明确保了数据采集的完整性和可靠性，过滤掉了大部分的异常数据，提高了数据的实用性和鲁棒性。
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附图说明
[0016]通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明，本公开的上述以及其他特征将更加明显，本公开附图中相同的参考标号表示相同或相似的元素，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，在附图中：
[0017]图1所示为一种虚实融合仿真实验的数据采集方法的流程图；[0018]图2所示为一种虚实融合仿真实验的数据采集设备图。
具体实施方式
[0019]以下将结合实施例和附图对本公开的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本公开的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0020]如图1所示为根据本公开的一种虚实融合仿真实验的数据采集方法的流程图，下面结合图1来阐述根据本公开的实施方式的一种虚实融合仿真实验的数据采集方法。[0021]本公开提出一种虚实融合仿真实验的数据采集方法，具体包括以下步骤：[0022]步骤1，通过数据采集设备获取虚实融合仿真实验数据；[0023]步骤2，对虚实融合仿真实验数据进行过滤得到过滤仿真实验数据；[0024]步骤3，对过滤仿真实验数据进行挖掘处理得到标准虚实融合仿真实验数据；[0025]步骤4，输出并存储标准虚实融合仿真实验数据。[0026]进一步地，在步骤1中，所述数据采集设备包括：语音接收模块、气味发生模块、气味感应模块、力反馈模块、动作捕捉模块、处理器模块、电源模块、数据发送模块和摄像头模块；所述虚实融合仿真实验数据包括但不限于语音数据、气味数据、力感数据、动作数据、视频数据；
[0027]其中，语音收发模块与处理器模块相连接，主要实现对语音的收发控制功能；气味发生模块与处理器模块相连接，主要实现控制气味的发生功能；气味感应模块与处理器模块相连接，主要实现虚实融合仿真实验中的气味监测功能；动作捕捉模块与处理器模块相连接，主要实现在虚实融合实验中的实际物理操作动作的捕捉功能；摄像头模块与处理器模块相连接，主要实现以视频形式记录实际物理操作动作；数据收发模块与处理器模块相连接，主要是现实数据的收发功能；电源模块与处理器模块相连接，为整个设备提供电源；力反馈(force feedback)模块是在人机交互过程中，计算机对操作者的行为做出反应，并通过力反馈设备作用于操作者的过程；作为未直接接触真实环境的操作者和真实环境的交互接口，力反馈设备将机械臂所处环境生成的力感实时反馈给操作者，使操作者获得和触摸真实物体相同的力感，力反馈模块与处理器模块相连接，主要实现虚实融合仿真实验中的力反馈作用。
[0028]进一步地，在步骤2中，对虚实融合仿真实验数据进行过滤得到过滤仿真实验数据的方法为，用集合Zn＝(z1,z2,…zn)T表示数据采集设备从k-1时刻的虚实融合仿真实验数据n个不同种类的模块采集的物理量的值(例如：语音接收模块、气味发生模块、气味感应模块、力反馈模块、动作捕捉模块、摄像头模块采集到的语音数据、气味数据、力感数据、动作
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数据、视频数据则n＝5)，k为当前时刻，用列向量表示z1,z2,…zn的导数，数据采
集设备的在当前时刻过滤后的虚实融合仿真实验数据的数据采集值Vi表示为：Vi＝z+(i-n)U，i＝1,2,…n，过滤后的数据滤出了大部分的异常数据和数据噪声。[0029]进一步地，在步骤3中，对过滤仿真实验数据进行挖掘处理的方法为，令过滤仿真实验数据的I＝{i1,i2,...,im}，其中，ik(1≤k≤m)是一个项目(过滤仿真实验数据的数据类型，即一种模块采集的数据种类)，I的非空子集称为模式P，一个模式P所包含的项目的数量称为该模式的长度，数据集D是一组事务的集合，事务是I的非空子集，数据集D包含的事务的总数记为|D|，数据集D中包含模式P的事务的数量称为P的计数，记为f(P)，P的计数与数据集中事务的总数的比值称为P的支持度，记为s(P)，假定ξ是事先设定的最小支持度(默认5％，取值范围为1％～10％)，如果s(P)≥ξ，则称P是采集频率的，所有采集频率模式的集合称为采集频率集，记为F，将数据集D均匀分为多个子数据，每个子数包含1/ε个事务，初始子数据编号为1，之后依次递增，其中ε是事先指定的允许误差，远远小于通常使用的采集频率度阈值(取值范围为整数1到10)，采集频率模式集以三元组(set,f,Δ)存储模式，set标识唯一模式，f为模式计数，Δ为计数误差，若子数据中的模式包含于采集频率模式集，则按在子数据中的出现次数更新那些被包含模式的f值；若不包含于采集频率模式集，则判断模式在子数据中的出现次数是否大于采集频率度阈值，若大于采集频率度阈值则将该模式加入采集频率模式集，新加入模式的Δ值为当前子数据编号减1，算法实时遍历采集频率模式集，若模式的(f+Δ)的值小于当前编号，则将模式从采集频率模式集中删除；采集频率模式集中包含所有真实计数大于N的模式，N是当前数据流中的事务数，如果一个模式包含于采集频率模式集，其真实计数一定在f与(f+Δ)之间，如果用户以采集频率度阈值6开始查询采集频率模式，算法输出采集频率模式集中f值大于(s-ε)N的所有模式，最终得到的数据集作为标准虚实融合仿真实验数据，通过挖掘处理可以使得到的数据鲁棒性好，数据的可信度更高，可以直接用于虚拟现实模型的构建。[0030]进一步地，在步骤4中，输出并存储标准虚实融合仿真实验数据的方法为：输出并存储标准图像数据到包括服务器、台式电脑、手机、笔记本、平板电脑、POS机或车载电脑中。具体实施案例：
[0031]在虚实融合仿真实验中，通过语音收发模块实现学生之间、以及学生与教师之间进行语音的沟通交流。在进行有气味产生的实验中，利用味道发生器模块模拟出对应的气味，同时利用气味感应模块实验气味的检测与控制，从而进一步体现出仿真实验的虚实融合特点。利用动作捕捉模块和摄像头模块，记录实验过程中的实际物理操作，即动作捕捉模块采集手部的实际操作，摄像头模块是记录实验者空间上的位置信息以及空间运动信息，如：身体位置、位置移动等。这些数据会直接影响虚拟实验的过程，因此，对位置信息的采集，是为了与虚拟实验中的位置信息数据进行结合，从而进一步的达到虚实融合的特点。利用力反馈模块是模拟出虚拟实验中的力作用效果，在虚拟实验中产生的力，不能直接直观地感受出来，因为通过力反馈模块进行模拟。
[0032]本公开的实施例提供的一种虚实融合仿真实验的数据采集设备，如图2所示为本公开的一种虚实融合仿真实验的数据采集设备图，该实施例的一种虚实融合仿真实验的数据采集设备包括：语音接收模块、气味发生模块、气味感应模块、力反馈模块、动作捕捉模
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块、处理器模块、电源模块、数据发送模块和摄像头模块，所述设备也可以称作系统、装置，包括有可以运行在硬件设施上的虚拟模块或实体硬件模块。
[0033]尽管本公开的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，而是应当将其视作是通过参考所附权利要求考虑到现有技术为这些权利要求提供广义的可能性解释，从而有效地涵盖本公开的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本公开进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本公开的非实质性改动仍可代表本公开的等效改动。
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说 明 书 附 图
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