关键词： 虚拟现实   健身系统   风格迁移   前馈网络  

摘要： 近年来,随着人们的工作压力过大,生活节奏加快,逐渐出现各种亚健康的问题,人们对健身的重视得到了重大提高,到2022年中国的健身市场规模已经达到了2000亿元以上的规模,但是现实生活节奏过快,近年来多变的疫情一直成为中国的大环境,导致很多人没有很多的时间去健身房或者在室外进行健身,本项目设计一种基于虚拟现实技术的全景风格化骑行系统,可以满足用户在居家的状态下进行VR健身,既可以给用户提供舒适的健身骑行,利用虚拟现实技术实现的虚拟交互也为用户的健身提供更多的趣味性、互动性,彻底打破了时间和空间的限制。本项目研究内容如下: 一、搭建虚拟骑行系统的硬件设备;本系统平台包括对骑行台与竞技车的构架,Arduino开发板与多源健身传感器的融合算法设计与硬件架构,利用无线蓝牙传输技术实现软件系统与多源传感器数据之间的数据收发,其中传感数据包括骑行速度数据、人体心率和血氧传感数据和车把角度数据等; 二、设计多人多模态VR联机交互的骑行系统;骑行系统提供多种真实的知名城市景观和虚拟微模型场景进行VR骑行漫游,包括基于全景视频的动漫风格场景。实现了多房间创建和多人远程服务器联机交互,设计VR交互界面,利用凝视交互技术可以在骑行过程中利用头盔自身的射线实现界面交互,界面提供显示用户的健身数据,并提供多人联机的场景互动,包括互相查看基本用户信息和语音通话等; 本项目提出了一种基于前馈网络的风格迁移与虚拟现实技术融合的方法,以解决传统VR场景不丰富、内容单调、真实场景不能二次创作等问题,解决虚拟现实与风格迁移技术融合的技术难题。这是首次将风格迁移技术融入到虚拟现实领域中。主要通过对全景视频进行分帧解码,利用前馈卷积网络的风格迁移方法对全景视频进行风格化,并将风格化后的全景视频与VR骑行场景结合进行应用。

关键词： 虚拟现实技术   历史文化街区   中山路   数字化保护  

摘要： 随着中国城乡建设的快速发展与经济的飞速提升,很多城市开展大规模的城市改造,包括旧城改造、城市拆迁等措施,城市进入高速的现代化发展时期。过度的现代化建设不可避免地造成大量文化遗产被破坏,历史文化街区作为文化遗产的重要研究内容,正在丧失其历史遗产特色。近年来,随着全世界对文化遗产保护意识的增强,人们逐渐认识到历史文化街区的价值与对其进行保护传承的重要性,并随着文化遗产保护的相关理论逐渐完善和相关技术日臻成熟,历史文化街区的保护迎来了新的时代机遇。但是我国历史文化街区保护工作起步不久,存在很多经验不足、理论和技术相结合不充分的问题,仍需要全社会共同贡献力量探索出适合我们自己的保护传承道路。青岛作为历史文化名城,具有极高的历史内涵及文化价值,因此论文选择青岛市历史文化价值极具代表意义的中山路历史文化街区为研究对象。对青岛中山路历史文化街区的发展历程及保护现状中存在的问题进行分析,结合应用调研分析和实地调研考察,总结出虚拟现实应用于中山路保护的必要性、意义和面临的困境。使用多学科交叉的研究方法,以虚拟现实的沉浸式理论为理论研究方法,构建理论研究框架,在此基础上对虚拟化街区的原则和实现方式进行详尽阐释,总结出利用虚拟现实技术对街区进行保护的实践方案,最后利用虚拟现实技术实现青岛中山路街区的虚拟化呈现。期望以此实现城市文化遗产与城市现代化建设的和谐发展,为历史文化街区保护提供新的方法与手段,推动历史文化街区数字化保护进程,并且能为虚拟现实技术的应用进一步拓宽发展,提供新的思路和借鉴经验。

关键词： 履带车辆   雪地通过性   履带地面力学   计算机仿真  

摘要： 东北林区作为我国最大的天然林区,木材资源十分丰富。东北地区全年温差较大,冬季约占全年的三分之一,冬季降雪量大,积雪较深,容易造成车辆通行困难。履带行走系统相对于轮式行走系统具有接地比压小、通过性好等优点,因此履带车辆的雪地行走能力对于林区冬季作业有着重要影响。为此,本文研究了LF1352森林运载车在雪地的行走能力,运用了理论分析、多体动力学和有限元软件对履带车辆在雪地不同工况的通过能力进行研究。对履带车辆的横坡、纵坡行驶的平稳性和越障能力进行理论分析,建立单块履带板的雪地推力模型,分析履带车辆的挂钩牵引力。通过多体动力学软件对履带车辆进行建模,对其在雪地行驶时的紧急加速和制动、斜坡、纵坡、越障和转向等雪地工况的行走能力进行多体动力学仿真,对三种不同转弯半径的履带车辆雪地转向工况进行分析,可知原地正反转向时的质心转动角加速度波动大于单侧制动转向和小半径转向时的质心转动角加速度,在实际行驶时应避免原地正反转向,并对不同雪地工况下负重轮所受垂直载荷分析。仿生设计出具有较好雪地通过性的仿北极熊熊爪履带板,通过有限元仿真与理论模型对比验证其有效性,经过BBD试验方法研究履带板主要结构参数对于雪地推力的影响,其中履带板节距和履刺高度是影响履带板雪地推力的显著因素。为减小履带板的结构质量,以履带板的履带板节距、履刺高度为设计变量,对履带板的履刺高度、履带板节距进行优化。对履带板在紧急加速和制动、斜坡行驶、纵坡行驶、越障和转向等雪地工况下进行有限元仿真,得到履带板在不同雪地工况下的应力和位移云图,结果表明履带板在跨越垂直壁时受到的应力最大。履带板受到的最大应力符合安全系数的要求,具有可靠性。综上所述,本文通过多体动力学软件对LF1352森林运载车在雪地不同工况的通过能力进行分析,结合仿生学和计算机仿真技术,仿生设计出具有较好通过性的履带板,对履带板在雪地的运动过程进行分析,探究影响履带板雪地推力的结构参数,分析不同工况下的履带板的应力和位移云图。研究成果对于增强履带车辆在雪地的行驶通过性,促进林区冬季作业现代化具有重要意义。

关键词： 虚拟现实技术   传统农具   传统文化   交互设计  

摘要： 随着数字化时代的到来,虚拟现实技术作为一种新兴的电子科学技术,以其能够在虚拟环境中创造出足以媲美现实环境的崭新表现特点迅速发展,跨领域与多学科相结合,诞生出许多虚拟现实应用。然而,虚拟现实技术的发展仍然处于新生阶段,还不是很成熟,许多问题亟待解决。现如今,为追求效率与精度,各式各样的现代化工具投入使用,这种现代化趋势增加了农业工业的生产效率,但也使得我国的传统农具文化受到了巨大的冲击,在这种背景下,为迎合虚拟现实技术的发展,再现与保留传统农具,传承传统文化,作为设计研究者应当对问题与现状进行分析与挖掘并作出科学的理解与设计研究。文章的主要内容为:一、对虚拟现实技术以及传统农具文化进行论述分析,对虚拟现实技术的概念、发展历程和应用现状以及传统农具的背景与现状做总结分析,引出将虚拟现实技术与传统农具相结合的思路。二、分析虚拟现实技术的跨学科优势并对部分传统文化领域的虚拟现实应用进行案例总结,根据案例应用特点归纳要素,进而制定基于虚拟现实技术的传统农具应用设计策略。三、通过设计实践及用户评估得出结论,对文章主体进行深化总结,通过分析其可行性以实现对虚拟现实农具的探索。

关键词： 双眼复视   眶壁骨折   眼外肌功能障碍   眼动训练   虚拟现实  

摘要： 目的:研发基于虚拟现实(Virtual reality,VR)技术的眼动训练系统,并评估其在眼眶爆裂性骨折(Orbital blowout fractures,BOFs)术后眼动训练中的临床疗效。方法:本研究设计并开发了一个基于VR技术的眼动训练系统。前瞻性收集自2021年08月至2021年10月于吉林大学第二医院眼眶病与眼整形科就诊的双眼复视患者,应用Kappa一致性检验评估VR眼动训练系统的准确性,组内相关系数(Intraclass correlation coefficient,ICC)评估VR眼动训练系统训练结果中命中率(有效击中数与总射击数的比值)的稳定性。在此基础上,继续收集2021年10月至2022年10月于吉林大学第二医院眼眶病与眼整形科就诊,确诊为BOFs相关性双眼复视(排除神经源性),并由同一术者行眶骨骨折整复术治疗的患者。依据随机数字表法将纳入患者分为实验组与对照组。对所有纳入患者采取为期12周的眼动训练,实验组应用VR眼动训练,对照组应用传统眼动训练。于训练前、训练后2周、训练后6周以及训练后12周时比较实验组和对照组患者的Hess面积比(Hess area ratio,HAR)和双眼单视范围(the field of binocular single vision,BSVF)评分。应用重复测量方差分析评估实验组和对照组患者在训练前后的HAR、BSVF评分以及实验组患者在训练前后命中率的差异。独立样本t检验用于比较实验组和对照组患者的训练依从性差异。采用Spearman等级相关系数(Spearman’s rank correlation coefficient,r)评价VR眼动训练组患者的命中率与复视分级之间的相关关系,P<0.05被认为具有统计学意义。结果:(1)VR眼动训练系统的精确度和稳定性实验:本研究共纳入25名受试者,其中16名男性和9名女性,平均年龄为(39.00±12.42)岁,范围:19-58岁。VR眼动训练系统和红玻璃试验在检测复视类型方面的一致性较好(Kappa=0.808,P<0.001),VR眼动训练系统命中率的稳定性良好(ICC=0.893,P<0.001)。(2)VR眼动训练和传统眼动训练的疗效对比研究:本研究共纳入33名受试者,2名受试者在随访过程中失访,最终31名受试者完成实验,其中21名男性和10名女性,平均年龄为(41.45±13.42)岁,范围:19-69岁。与传统眼动训练组相比,VR眼动训练组患者的HAR和BSVF评分恢复更快,差异具有统计学意义(P<0.05)。VR眼动训练组患者的训练依从性更高(P=0.024),其训练结果中的命中率在训练后增加(P<0.05),且与复视分级存在负相关关系(|r|>0.6,P<0.05)。结论:(1)VR眼动训练系统的精确度和稳定性良好。(2)VR眼动训练疗法在改善BOFs相关性双眼复视(非神经源性)患者术后HAR和BSVF评分方面的疗效优于传统眼动训练,依从性可能是导致二者差异性显著的原因之一。(3)VR眼动训练系统的命中率可以被用来初步评估双眼复视的严重程度。(4)本研究打开了数字化复视治疗的关键一步,并为其在远程医疗中的应用提供了方向。

关键词： 虚拟现实   起重装备培训   逆向工程   LOD模型   Unity  

摘要： 起重机作为广泛应用的特种装备,运行危险性大,极易发生安全事故。随着智能化起重机的不断升级,起重机操作难度也在加大,为降低由操作不当引起的安全事故,国家高度重视起重机的安全培训工作。目前培训操作多为传统的示教式培训,培训成本高、效果差。虚拟现实作为一种可以模拟真实场景、提供高度交互、带来沉浸式体验的新一代技术,可以让用户在虚拟条件下直观的感受到现场的氛围、探究实验的合理性和降低实验成本,因此被广泛应用到各行各业中。基于此,本文基于虚拟现实技术,搭建了智能化起重机虚拟现实仿真系统,并综合常规作业功能,为用户提供起重机车间漫游、操作培训、事故还原、培训考核等功能,然后利用HTC Vive让用户在沉浸式仿真环境中研究起重机相关操作规范,大幅提升工人培训效果。首先,通过现场调研卫华、东起起重机厂的相关培训流程及行业痛点,结合查阅相关起重机操作规范等材料,以河南某智能桥式起重机车间为原型,通过行业需求分析,对本次虚拟现实仿真系统进行系统框架和功能设计,并制定合理的开发路线。其次,在模型的建立及优化上,为还原起重机真实使用场景,采用逆向工程技术对起重机及起重机厂房进行建模。对于研究中起重机车间点云数据降噪问题,结合统计去噪和半径去噪算法,提出了一种基于迭代滤波模型的KD近邻距离去噪方法,能够有效剔除75%左右的噪声点云数据。针对此次三维虚拟场景模型数量大、交互模型复用性差和模型加载速度慢等问题,采用细节层次模型(levels of detail,LOD)技术构建起重装备几何模型,并对桥机结构组织进行重构,从而优化系统的真实感和实时性。然后,依据模型空间变换及几何变换,将建立好的模型导入到Unity平台,对场景进行综合性的优化。利用UGUI开发系统的人机交互界面,制作用户主菜单、登录和注册等界面,结合C#面向对象语言实现了起重装备的三维场景漫游、认知操作、路径可视化和考核培训等功能。基于My SQL数据库,实时存储用户培训数据以及起重机重要参数数据。使用HTC Vive虚拟现实头戴式显示器作为虚拟现实仿真的硬件交互设备,利用VRTK等脚本实现沉浸式的虚拟现实体验。最后,利用Unity平台将系统发布到Windows系统中,并结合现有起重机平台对本次开发的虚拟现实仿真系统进行验证,结果显示该起重机虚拟现实培训系统可以在降低培训成本的同时大幅度提升培训感官,实验效果良好。本次起重机虚拟现实仿真系统的开发,不仅适用于智能化起重机的相关培训,也是智能化起重机数字孪生车间平台的基础,具有较好的发展前景。

关键词： 虚拟现实技术   APP交互设计   水墨画   千里江山图   沉浸式应用   接受美学   情感化设计  

摘要： 艺术与技术的融合是当代文化创新的一个重要趋势,也是数字时代的一个重要特征。数字化技术为水墨画的创新与传承提供了新的途径和可能性。VR技术作为当今数字化手段的一种,具有沉浸性和交互性的特点。将VR应用至水墨领域,有利于扩宽水墨画在当代的创作思路。此外,将水墨作品的展示传播与VR融合,可以打破传统艺术展示的空间限制,实现更加生动、真实、立体的艺术呈现方式。近年来随着“元宇宙”概念的盛行,VR市场规模得到了迅速的增长,越来越多的虚拟现实应用程序(VR APP)也被开发出来。 本文以VR APP交互设计理论在水墨画中的应用为中心,提出了VR以及VR APP在水墨领域中的应用价值研究与VR沉浸式水墨画APP的交互设计流程,结合《千里江山图》个案研究,进行了VR沉浸式水墨APP《千里江山境》的交互设计创作,并通过可用性测试对设计方案与设计效果进行评估。主要研究内容如下: 一,对VR技术在艺术创作、艺术传播以及观众审美方面的理论与研究进行归纳与分析,解读VR技术和VR APP在水墨画领域的应用价值,包括创作价值、传播价值与用户体验价值;二,根据VR特性,以双钻模型为设计流程规范,结合Donald Norman的情感设计理论,探索VR沉浸式水墨APP的交互设计原则与设计流程;三,根据交互设计流程进行《千里江山图》的案例分析,包括对《千里江山图》原作研究与《千里江山图》再创作作品分析;四,根据交互设计流程进行用户定量与定性研究,归纳用户群体特征,探索用户需求;五,运用亲和图对调研信息进行归纳与分析,将需求目标转化为具体的产品形式,最终进行视觉设计;六,利用可用性测试对交互设计作品进行检验与分析,验证前文理论与设计预期构想的可行性。

关键词： 虚拟现实技术   景观设计   沉浸式教学  

摘要： 高校景观设计课程教学中，对学生的空间感知、预设及组织能力的培养非常重要，沉浸式教学有助于调动学生积极性，提升感知功能，获取更好的空间感知。文中介绍了虚拟现实技术在高校景观设计沉浸式教学中的应用情况，并结合景观设计课程特征对虚拟现实技术的建模功能、人机交互、信息储存与数据处理、系统应用等方面作了较细致的分析，还探索了虚拟现实技术在景观设计课程教学及工程实践中的应用前景。

关键词： 医宗金鉴   虚拟现实技术   游戏化理念   新型中医教育   Unity3D  

摘要： 目的:中医作为中国传统文化重要组成部分,在日常生活中拥有广泛应用。但由于中医知识体系复杂,且传统中医教育往往以理论为主,学习者常感枯燥乏味,这给中医教育方式带来了新挑战。本文旨在以《医宗金鉴》为研究对象,以增强中医药学习趣味性为目的,通过虚拟现实技术(Virtual Reality,VR)结合游戏化理念构建《医宗金鉴》文化小镇,为新型中医教育系统的建立提供技术框架。方法:(1)基于文献研究法分析研究中医知识传承教育需求与游戏化理念场景设计的模式和方法,对《医宗金鉴》文化小镇场景功能与非功能需求进行系统化分析;(2)基于需求分析结果对场景划分功能模块,并采用MVC(Model View Controller)框架设计模式对各功能模块界面、业务逻辑及数据存储展开系统设计;(3)以Unity3D引擎为核心,C#作为编程语言,SQLite作为数据管理平台,《医宗金鉴》妇科心法要诀和刺灸心法要诀作为数据基础对场景各功能模块进行UI设计及编码实现,开发新型中医教育系统原型。结果:(1)场景功能设计划分为4个大模块,8个小模块,并利用SQLite数据库完成知识数据的整理与存储;(2)利用Unity3D引擎结合C#语言完成场景各功能模块的UI设计与脚本编写,并实现交互效果;(3)对系统进行功能测试、性能测试、稳定性和兼容性测试,运行及测试结果表明《医宗金鉴》文化小镇系统满足预期要求。结论:通过虚拟现实技术结合游戏化理念的应用,构建出《医宗金鉴》文化小镇新型中医教育系统原型,更好推广中医教育普及和应用。

关键词： 新工科建设   铁道工程   BIM技术   虚拟现实技术   沉浸式教学模式   课程建设  

摘要： 铁道工程作为高等院校土木工程专业的一门核心专业必修课程，对培养土建领域具有国际视野的高等工程应用复合型人才意义重大。本文针对该课程教学过程中存在的突出问题以及面临的新形势、新挑战，通过对现有教学内容更新提质、多渠道寻求课程增效措施以弥合学时偏少的矛盾、持续突破传统教学限制并研究沉浸式课程实践方案、不断融入思政元素的同时赋予课程崭新内涵等教研教改探索，开发了一种能够有效提升教学效果的数字虚拟工地穿越与场景漫游沉浸式教学模式，并实现思政教育在教学全过程的无痕植入。该模式可为新工科建设背景下的土木工程专业人才培养、沉浸式教学模式改革以及课程建设提供有益借鉴。