关键词： 虚拟现实   环境工程   UE4   Blender   卫生填埋场  

摘要： 新工科建设对环境工程专业人才培养提出了新的要求和挑战,而实践教学作为专业培养的重要组成部分,存在师生互动不足、场地条件限制影响教学、时间和空间的限制参观等问题,导致实践教学的教学效果不佳。卫生填埋场作为固体废弃物的最终处置方式,其存在主要结构被垃圾堆体遮盖、工艺无法在同一时间内展示等问题。为了满足环境工程实践教学的顺利开展,本研究利用虚拟现实(VR)技术,开发了卫生填埋场虚拟现实教学软件,辅助实践教学的开展。不同于污水、废气处理设施,卫生填埋场的还原更加困难:1)其水平方向上呈自然地形,地形不平整,占地面积大,作业设施与场景比例差距大,易造成内容单薄;2)主要结构为垂直结构,特别是防渗材料的厚度在防渗结构中比例差距大,不易于观察;3)填埋场在同一空间位置的不同阶段的处理工艺不同,场景变化大,内容设计难度大。本研究选择开源的Blender软件作为建模软件,创建三维模型,桥接Rizom UV辅助处理模型UV,烘焙材质ID和法线贴图;使用Quixel Mixer定制复杂贴图和使用Bridge桥接贴图资源;选择UE4游戏引擎作为VR开发软件,完成环境构建、碰撞体处理、材质制作、光照构建和交互设置、打包输出软件等工作。本研究开发的卫生填埋场虚拟现实教学软件包括垃圾分类、地磅称量、填埋作业、覆盖系统、绿化修复和防渗处理等内容,软件可实现全场景漫游和俯视观察、流程认识、模型抓取和结构展示等常用功能。本研究针对大场景自然地形设计,整理了高度图自动生成和手工绘制两种方法,高度图法生成地形效率高,地形细节程度与高度图密切相关,难点在于高度图信息的获取和生成,手工绘制法虽然制作效率低,但操作自由度高,适应性好。大地图还带来了贴图规律重铺的问题,本研究针对该问题分别使用了像素深度法、向量噪点法和宏观变化法进行改善,通过3种方法的性能消耗比较,选择像素深度法和宏观变化法结合解决该问题。此外,设计了垃圾分类的交互增加软件的趣味性。本研究针对本VR软件教学情况进行了问卷调查,调查结果表明,卫生填埋场VR教学软件能够对实践教学无法开展的内容进行补充,提高学生学习的积极性,实现了颇为理想的教学效果。

关键词： 虚拟现实技术   居家健身   沉浸式体验   场景设计  

摘要： 2021年,国务院办公厅颁布的《全民健身计划(2021—2025年)》中提出为了推动全民健康更高层次发展,支持全民健身中融入虚拟现实技术。居家健身作为全民健身的一种形式,具有时间自由、灵活性高等优点,已逐渐成为了一股新风尚。在虚拟现实技术的嵌入下,居家健身打破了空间的限制,更好地满足人民群众的健身需求。基于虚拟现实技术的沉浸式居家健身是设计者通过先进的技术手段,将居家健身场景与用户的视觉、听觉等多感官进行即时交互,让用户置身于数字化的虚拟健身场景中。在整个健身过程中,用户全身心进入深层次的沉浸式体验,获得极致的健身效果和情感体验。如何让用户在进行居家健身的过程中,全身心投入其中,获得沉浸式健身体验感,是本课题研究的初衷。本研究从现在居家健身的困境出发,结合对虚拟现实技术和沉浸式体验的研究,找到其中相互作用的关系,从而提出基于虚拟现实技术的沉浸式居家健身场景设计方法,并在实践中对理论加以论证。论文通过对居家健身目前的发展现状、沉浸式体验相关理论研究、虚拟现实技术相关理论及实际应用进行分析,论证了虚拟现实技术融入沉浸式居家健身中的意义和价值。对于虚拟现实技术、沉浸式体验和居家健身发展困境的研究,找到三者相互影响的因素,并结合用户健身需求分析,提出了虚拟现实技术引入沉浸式居家健身的理论依据。在基于虚拟现实技术的沉浸式居家健身场景设计中,根据虚拟现实技术和沉浸式体验的理论基础,总结了强化视觉真实感、增加多感官体验、营造交互自然感三种设计方法。最后以居家健身项目“健身操”为例,将理论应用于实践当中。主要以虚幻引擎为开发平台,对沉浸式居家健身场景的设计实践过程进行研究,增加用户居家健身的沉浸体验感,提升用户对居家健身的兴趣。

关键词： 虚拟现实技术   智能制造   实践教学体系  

摘要： 虚拟现实技术在职业教育中的应用场景不断拓展，助推职业院校实训教学模式创新。本文针对高职智能制造专业群实践教学中存在的问题，提出了虚拟现实技术融入智能制造专业群实践教学体系的路径。通过构建虚实结合的智能制造专业群实践教学体系，建设虚实结合的智能制造实训基地，开发虚拟仿真实训教学云平台和实训课程资源，实施理虚实一体化实训教学改革，建立科学合理的考核方式与评价体系等，可有效提升智能制造专业群实践教学的育人成效。

关键词： 虚拟现实  

ISBN: (纸本)9787561875537

摘要： 本书就环博会云展览所基于的技术进行理论阐述和仔细研究，以我国环保行业相关博览会的办展模式为参考，对环博会云展览进行分析和构想，对环博会云展览的发展前景进行展望。

摘要： 随着科技的不断进步,虚拟现实技术在文物博物行业中的应用正逐渐引起人们的关注。然而,在探索虚拟现实技术在文物展示与保护方面的潜力时,我们也面临着一些挑战。其中,用户接受度和参与度不稳定、文物真实感的欠缺以及虚拟现实与文物保护之间的冲突问题尤为突出。为了解决这些问题,我们需要寻找合适的对策,以提高虚拟现实技术在文物博物馆中的应用效果,实现更好的文物保护和体验传承。

关键词： 智能工厂   数字化制造   虚拟现实   数字孪生   仿真优化  

摘要： 为了全面达成国家“中国制造2025”十年行动纲领的战略部署,传统飞机制造业正在向数字化、信息化和智能化的方向迭代优化,飞机制造智能工厂得到了广泛的发展和应用。在目前的飞机零部件生产过程中,物理生产与信息系统之间缺乏多维度的互通,而虚拟现实技术和数字孪生技术在飞机制造智能工厂中的应用,将打通数据间的隔阂,有效帮助企业更好地应对智能制造中的新问题和挑战。本文以飞机制造智能工厂虚拟现实平台的设计开发作为研究对象,主要研究内容如下:(1)飞机制造智能工厂总体设计:提出了智能工厂虚拟现实平台总体架构和智能生产管控逻辑架构,研究了智能工厂虚拟仿真、数字孪生管理和方案优化的功能应用;完成了智能工厂智能生产单元方案和总体布局规划方案的设计。(2)飞机制造智能工厂虚拟现实平台开发:通过虚拟现实引擎开发了飞机制造智能工厂虚拟现实模型、场景与交互;基于互联网通信协议构建了智能工厂数据对接及接口定义方法,统一虚拟现实平台下的数据建设标准;在虚拟现实场景和数据链路建设的基础上,实现了飞机制造智能工厂虚拟现实平台的驱动与交付。(3)飞机制造智能工厂虚拟现实平台应用:通过对智能工厂生产资料管理系统与NCSIMUL仿真模块的集成开发,实现了智能工厂生产资料的离线虚拟现实数字仿真,有效修正了仿真错误结果并使加工效率优化提升了 19%;提出了基于系统集成管控机制架构的数字孪生构建方法,以三坐标测量机生产单元实例,验证了智能装备数字孪生管理系统在虚实映射交互和集中管理控制中的应用效果;提出了基于优化A*算法的智能物流路径规划算法导航方案,结合三次方贝塞尔曲线优化方法应用于虚拟现实平台下的测试验证,智能物流综合效率提升了 30%。

关键词： 虚拟现实技术   师范生   技术接受模型3   使用意愿   影响因素  

摘要： 随着虚拟现实技术在教育领域的广泛应用,VR教学实验也得到了飞速发展。虚拟现实技术已从上世纪90年代起被广泛应用于各大研究领域,但在教师教育领域的发展仍然比较缓慢。在后现代知识观影响下,教师教育的基础也逐渐从注重理论转化为注重实践,提高教师培养的质量需要注重教学实践和反思已成为全球共识。作为明日之师的师范生队伍,同样需要掌握丰富的教学实践技能才能满足当今教育发展的需求。以往的研究表明,基于虚拟现实环境的未来教师培训和专业发展取得了较好的效果。因此,将虚拟现实技术应用于师范生技能训练是提升未来教学质量的重要举措。目前国内虚拟现实技术在师范生培训领域的研究还比较初步,需要进一步探索师范生的技术接受程度以及虚拟现实系统的应用效果。基于此,本文以虚拟现实未来教师实训系统中师范生的持续使用意愿为基础开展研究。本研究基于技术接受模型TAM3,综合信息成功模型、心流体验理论,探讨影响VR实训系统中师范生使用意愿的影响因素。通过对相关研究主题的国内外28篇实证研究进行元分析,明晰各变量之间的相互影响关系。同时综合专家学者建议、对师范生进行访谈,构建了以感知有用性、感知易用性、心流体验为中介变量;虚拟学习效能感、整合技术的教学法知识、内容质量、促进条件、组织影响、逼真度和交互性为外部变量;使用意向为结果变量;专业、使用经验及学段为调节变量的VR实训系统师范生持续使用意愿影响因素模型。研发了关于11个潜变量,44个问卷观测题项的李克特(Likert)五点量表,以淮北某高校教育学院参加VR未来教师实训系统的本科生和研究生为研究对象,收集和整理有效问卷。统计分析工具采用SPSS26.0,AMOS25.0,通过信度分析、效度分析、结构方程模型,检验研究假设及阐明11项潜变量的相关关系,验证了模型的可靠性和稳定性。研究结果证明整合技术教学法知识、内容质量、组织影响、感知易用性会通过直接显著影响感知有用性从而间接影响其使用意向;而虚拟学习效能感、促进条件通过直接正向影响感知易用性从而间接影响感知有用性;系统的内容质量、逼真度、交互性、促进条件会通过直接影响心流体验从而间接影响其持续使用意向。其中有用性感知和心流体验能够作为两个中介变量,中介效果成立,且心流体验的显著性高于感知有用性。感知易用性直接作用于使用意向的中介效果被推翻。最后根据研究结论提出了“优化VR实训系统软硬件设施、提高师范生信息素养整合能力、协同各方营造良好使用环境”等建议。

关键词： 移动边缘计算   资源管理技术   移动视频业务   虚拟现实技术   凸优化  

摘要： 随着通信技术的进步,以4K/8K高清视频、虚拟现实(Virtual Reality,VR)和增强现实(Augmented Reality,AR)等应用为代表的移动视频业务蓬勃发展,移动视频流量急剧增加,给移动网络带来了沉重的负担。移动视频业务具有时延敏感、计算密集以及数据量巨大的特征,对移动网络的计算、缓存和通信能力提出了更高的要求。传统中心式网络架构因其回程链路拥堵、响应时延长等弊端,难以满足上述移动视频业务低时延、高计算以及大带宽的需求。移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)作为一种新型范例被引入到移动视频业务的性能优化中,旨在通过将计算能力与缓存单元下沉至靠近移动用户的边缘节点来缓解网络压力,降低视频内容响应时延,提高用户体验质量(Quality of Experience,QoE)。在MEC网络中,科学管理和合理分配网络资源,是满足各类移动视频应用服务需求的有效手段。由于MEC网络中各类资源之间存在复杂的依赖和耦合关系,单独优化某一资源的管理方案并不能使网络性能得到明显提升。因此,非常有必要对计算、缓存和通信等多维资源联合优化的资源管理技术进行深入研究。针对MEC网络中移动视频业务存在的时延长、网络开销大以及用户QoE要求高等问题,本文结合不同移动视频业务的特点,分别研究了面向视频点播业务、可移动VR游戏业务以及交互式全景VR视频业务的多维资源联合管理方案。针对视频点播业务的时延优化问题,提出一种时延感知的自适应视频流转码方案。首先,将MEC技术和自适应码率(Adaptive Bitrate,ABR)视频流技术引入到视频点播业务中,通过在网络边缘提供内容缓存和视频转码服务,减轻回程链路压力,提升网络性能。其次,在考虑当前网络环境和用户设备性能的基础上,提出一种用户接入、带宽分配以及缓存放置等多策略联合优化的视频转码方案,并以最小化用户端到端时延为目标,将该方案建模为一个非凸的组合优化问题。再次,为了降低求解复杂度,将原始问题划分为两个子问题,分别利用方向交替乘子算法(Alternating Direction Method of Multipliers,ADMM)和模拟退火算法(Simulated Annealing,SA)进行求解。最后,仿真结果表明,所提方案可以降低用户端到端时延,避免视频卡顿、加载缓慢等问题,从而为用户提供流畅的视频观看体验。针对可移动VR游戏的网络开销优化问题,提出一种渲染感知的VR服务模块动态放置方案。首先,将MEC技术引入到可移动VR业务中,并建立MEC网络中面向可移动VR游戏的网络开销模型,该模型中包含渲染成本、通信成本以及VR服务模块放置和迁移成本。其次,在考虑边缘节点资源有限性和用户移动性的基础上,将VR服务模块动态放置方案建模为一个高阶非凸的最优化问题,通过联合优化各时隙内的渲染、存储和用户接入策略,以及相邻时隙间的服务模块迁移方案,最小化长期网络开销。再次,为了解决上述问题,提出了一种基于最大流-最小割理论与凸优化的两阶段迭代算法来求解目标函数。最后,仿真结果证明,所提方案可以在满足用户端到端时延约束的基础上,最小化总体网络开销。针对交互式全景VR业务的用户QoE优化问题,提出一种基于视点(Field of View,FoV)预测的瓦片复用方案。首先,将MEC技术和瓦片技术引入到交互式全景VR业务中,通过在网络边缘提供计算和缓存服务,以及降低所需传输的视频数据量,有效降低了用户的运动到呈相(Motion to Photon,MTP)时延。其次,为降低计算冗余和提高资源利用率,将瓦片复用方案建模为一个混合整数非线性规划问题,通过联合优化缓存、渲染和用户接入策略,最大化MTP时延约束下的总体用户QoE。再次,为解决这一问题,利用带有门控循环单元(Gated Recurrent Unit,GRU)架构的神经网络(Recurrent Neural Network,RNN)模型,动态地预测用户在下一时隙的FoV,并在预测结果的基础上,利用基于强化学习的近端策略优化算法(Proximal Policy Optimization,PPO),最大化总体用户QoE。最后,仿真结果表明,该方案在提高总体用户QoE和降低MTP时延方面优于其他方案。

关键词： 虚拟现实技术   思想政治教育   高校思想政治教育   技术赋能  

摘要： 在教育数字化转型的时代背景下,运用有效的新技术和新方法提升高校思想政治教育实效性是实现立德树人要求的必要途径,而虚拟现实技术正是当前信息技术革新的焦点之一。虚拟现实技术已被证明对于教育教学有积极效果,国家相关规划已明确利用该技术促进我国思想政治教育发展,相关研究亟待深入。本研究运用文献研究法、案例研究法和交叉学科研究法,分析了虚拟现实技术在高校思想政治教育中运用的价值、挑战和优化路径。首先,本研究界定了虚拟现实技术和高校思想政治教育这两个核心概念。其次,本研究介绍了在教育数字化转型和国家意识形态安全挑战的背景下高校思想政治教育运用虚拟现实技术的基础条件和现实需要。随后,本研究概括了虚拟实践理论和心流理论作为论证虚拟现实技术赋能沉浸式高校思想政治教育的理论基础。研究发现,虚拟现实技术是一种沉浸式、互动式和创想式的数字化环境,能够通过构建数字化载体与场景,提升高校思政课堂教学的质量和效果,并增强实践育人和文化育人的实效性。同时,由于虚拟现实技术具有强烈的感官刺激和沉浸感等技术特性,在运用中也会给高校思想政治教育带来诸多挑战,包括挑战教育者引导能力和主导地位,为师生带来身心安全风险,干扰学习内容和传统思想政治教育评价失效等方面。最后,研究提出通过确立原则锚定虚拟现实技术在高校思想政治教育中运用的价值目标,通过完善管理、加强培训和优化评估等途径,优化该技术在高校思想政治教育中的运用。

关键词： 虚拟现实   供热系统   光滑流体粒子动力学   流体热传导  

摘要： 国内经济发展迅速,人民在工业生产与日常生活中对能源的需求日益增加。随之而来的能源浪费与环境污染问题日益严重。我国供热企业仍采用集中供热的方式,每年的供暖期都会造成大量的资源浪费。随着信息技术和物联网技术的发展,为供热行业带来了变革。现有的供热系统监控与管理平台,无法使用三维的方式将供热系统的运行状态呈现给用户,并且无法根据不同的供热环境对供热系统的运行进行预演。针对上述问题,本文工作如下:首先,本文设计的供热模拟系统,用户可通过修改天气状态来改变室外环境温度,以此来改变供热环境,使供热模拟系统能够在不同的供热环境下对供热系统的运行进行预演:用户可以改变加热注水位置并对一次网入水位置的温度进行测量,使供热模拟系统能预演不同加热注水位置的热传导状态;本文设计的供热模拟系统能够根据当前热用户的温度与需求温度对供热系统的运行进行干预,热用户的温度若高于需求温度,则降低加热功率,反正,则增大加热功率。其次,与现有的供热系统监控与管理平台不同,基于虚拟现实技术的供热模拟系统,能够以三维的方式表现出供热系统的运行状态。因此,需要对供热系统中的供热设备以及供热站点周边的场景进行建模。除了上述三维模型,为了以三维的方式表现出水箱内部的流体运动状态,需要对水箱内部的流体进行动态模拟。使用光滑流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)算法对流体的运动进行模拟:(1)对流体粒子进行邻近粒子搜索;(2)对流体粒子进行受力分析;(3)遍历邻近粒子并进行受力计算;(4)计算出流体粒子速度;(5)处理流体粒子与容器壁的碰撞并更新流体粒子速度。最后,为了能够直观的对供热系统中温度变化的过程进行表现,将热传导系数以及SPH算法的相关内容应用到流体粒子温度的计算中,并制定相应的颜色图谱与颜色映射函数来完成流体粒子温度值与颜色值的映射,完成流体热传导的三维可视化。