《一種基于數字孿生的虛擬仿真教育系統及其交互方法》
宙思科技發明專利證書
專利發明背景
隨著VR（Virtual Reality，虛擬現實）技術的發展，越來越多的學校和教育機構使用VR技術進行教學和實訓。特別在工業領域，VR技術能讓學生不再受時間和地域的限制，隨時隨地進入虛擬工廠進行沉浸式的學習和實訓。
然而，目前VR實訓仿真課程制作普遍存在著教學內容和實際脫節的問題，主要體現在兩個方面：
一是時間脫節，一個VR仿真課程的開發時間往往比較長，而后更新速度也比較慢，這就導致了虛擬仿真教學中的場景、工藝、生產邏輯都遠遠落后于數字化工廠情況，仿真教學的工藝可能是數年前甚至是被淘汰的。
虛擬仿真實訓對于教育領域具有巨大的促進作用，
但要注意控制開發周期，緊跟企業和工廠的實際運作狀況
另外一個是教學內容與工廠的實際運行情況脫節，這是因為一個仿真軟件往往是由老師和仿真技術實施團隊一起完成的，老師對理論和教學方法很熟悉，開發團隊只對VR技術熟悉，兩者都缺乏在工廠實際的經歷及對工廠工藝、管理的經驗，這就導致做出來VR仿真教學內容往往似是而非，沒有體現其核心意義。
面對上述瓶頸般的問題，僅僅識別和指出它們是遠遠不夠的。要真正的解決這些問題，不僅需要深入了解虛擬仿真教育的實際需求，還需要有技術上的突破和創新。
專利發明的技術基礎
長期以來，宙思科技致力于為各行業提供VR虛擬仿真軟件、數字孿生系統、三維數字化營銷的綜合解決方案。產品廣泛應用于數字工廠、數字新基建、教育培訓、展覽演示、互動營銷、三維可視化等眾多領域，為全國數十家高等院校和智能制造型企業提供數字化三維仿真解決方案。經過多年積累，對于解決VR實訓仿真課程制作普遍存在著的“教學內容和實際脫節”的問題，產生了獨到和深刻的見解，即：
通過引入數字孿生技術，對現有的虛擬仿真教育方式進行改進，提供一種實時性、真實性更強的實訓教學方案。
智能制造數字孿生系統案例合集，宙思科技
“數字孿生”（Digital Twin），簡而言之，是通過將真實世界的物理對象和過程轉化為數字化模型來實現的。這種模型不僅能夠實時反映真實環境的狀態和行為，而且還可以預測未來的變化和發展。其核心特點在于其實時性、動態性和互動性。
數字孿生系統重現車間生產流程
在虛擬仿真教育當中引入數字孿生技術，不僅能有效克服教學軟件與真實環境脫節的問題，確保教學內容的實時性和真實性。同時教育者可以為學生提供一個既真實又安全的學習環境，學生能在此環境中進行各種實訓，得到即時的反饋，深化理解。此外，數字孿生的動態和互動特點也使得學習過程更為生動和有趣，增強了學生的學習興趣和積極性。
在這個思路引導之下，宙思團隊經過嚴密的可行性評估、反復的“頭腦風暴”交流、詳盡的技術方案撰寫，以及應用于實踐的檢驗和調試，最終產出“一種基于數字孿生的虛擬仿真教育系統及其交互方法”，并于2023年7月成功取得發明專利，有效破解了當前VR實訓仿真課程制作普遍存在著的“教學內容和實際脫節”的問題，為推動高職院校的虛擬仿真教學貢獻出自己的力量。
專利內容介紹及應用案例
總體而言，該發明提供了一種基于數字孿生的虛擬仿真教育系統及其交互方法，涉及虛擬現實技術領域，系統包括數字化工廠、數字孿生系統、仿真教育后臺和客戶端。它的基本邏輯是：
一、通過數字化工廠采集實時數據，通過數字孿生系統建立數字化工廠的3D場景模型并確定實時數據的特征事件數據，基于特征事件數據將實時數據保存為歷史數據；
二、仿真教育后臺基于特征事件數據建立行為樹數據；
三、通過客戶端調用數字化工廠的3D場景模型，對3D場景模型進行渲染，得到數字化工廠的3D虛擬場景，從數字孿生系統中獲取歷史數據驅動3D虛擬場景中的虛擬物體運動，并從仿真教育后臺拉取行為樹數據，以對用戶在3D虛擬場景中的操作行為進行模擬反饋。
為了讓讀者更為直觀地理解該技術在實際操作中的效用，我們將分享幾個具體的應用案例：
1.微波遠場測試仿真虛擬實訓系統。該軟件為用戶提供了基于數字孿生技術的微波遠場測試體驗，介紹了微波遠場測試實驗室的各項部件，通過構建三維虛擬場景幫助用戶系統掌握微波遠場測試的各項操作流程。
2.AR數字孿生系統。在該軟件中，用戶僅需通過手機或平板電腦上的操作界面，即可實時控制現實中的小車進行前后左右的移動。該軟件依托數字孿生技術，能夠捕獲小車的實時數據，為用戶呈現出直觀的3D虛擬場景，讓用戶能夠在一個高度仿真的環境中學習和實踐工業機器人的簡單操作。
3.PERC單晶硅太陽電池生產工藝虛擬仿真實訓軟件。該軟件深度應用了基于數字孿生的虛擬仿真教育系統原理，將Perc太陽電池制造的完整流程三維化，使學習者能夠實時地觀察和參與從多晶硅片的制絨技術、擴散工藝，到PECVD鍍膜，以及單晶硅的激光開槽、絲網印刷和電池的分揀包裝等各環節。
結語
隨著科技的快速發展，教育領域亦迎來了前所未有的變革。宙思科技基于數字孿生技術開發的虛擬仿真教育系統，為虛擬教學帶來了一場革命?？梢灶A見，隨著更多先進技術的涌現和應用，教育將不再受限于傳統框架，而是走向一個更加開放、靈活和智能的未來。
