关键词： 航天器   再入监测   计算机仿真   解体预报  

摘要： 进入21世纪以来,中国先后制定了天宫计划、嫦娥工程、中国行星探测工程;伴随着工程的展开,大量航天器被发射到太空。大部分大型航天器达到使用寿命终期时,会进行轨道衰降并重返地球,例如2011年发射的天宫一号空间实验室,在2018年到达使用寿命后重返地球并坠落在南太平洋中部区域。大型航天器重返地球往往不能在大气层完全燃烧销毁,碎片可能会掉落地球,从而对地球造成环境、财产和人员伤害。研究与设计一套大型航天器再入计算监测仿真系统,用于辅助分析大型航天器再入解体过程和落区分布,具有较大的现实意义。论文以此为背景,研究与设计了一套大型航天器再入监测仿真系统。主要工作如下:1)系统核心算法由不同部门人员实现,采用不同开发语言如Fortran、Matlab、C++等;涉及的计算模块如雷达计算、摄动算法、机器学习雷达预测等。为保证系统的一致性,设计了文件接口规范+exe调度方式实现多语言结合的解决方案。2)系统算法模块计算所需的结构和非结构网格模型文件,无法直接在Unity3D引擎使用。为了实现计算与仿真的无缝结合,通过研究网格文件与obj文件特性,设计了一种将结构与非结构网格文件转换成为obj格式文件的方案。3)为了保证算法代码和接口一致性,针对直接积分轨道计算、摄动法轨道计算、跨流域气动一体化计算、结构熔融烧蚀解体数值预报、残骸碎片落区散布评估等核心空气动力学算法进行代码重构,实现了更好的计算调度性能。4)根据设计需求,设计并实现了大型航天器再入监测仿真系统,验证了本文的研究内容。该系统实现了大型航天器再入预报分析和仿真能力,以天宫一号为原型,进行落区计算并与实际落区进行了对比,落区范围基本一致,证明该系统具有较强的分析预测能力。

关键词： 虚拟现实   全景漫游   鱼眼图像拼接   最佳缝合线方法   碰撞检测  

摘要： 随着全景漫游的日益普及,全景图的拼接成为研究重点,图像拼接的效果直接影响全景漫游的真实感受。传统的图像拼接技术使用的普通相机受镜头视角范围的限制,需要拍摄多张有重叠区域的照片,拍摄难度大,图像拼接复杂,鱼眼相机因其焦距短、超广角被广泛应用。然而,鱼眼图像的畸变与全景图呈现的立体效果增加了图像拼接的难度。本文采集了五台山景点的鱼眼图像,研究了图像拼接技术,改进了最佳缝合线方法,优化了全景图拼接效果;改进了碰撞检测算法,提高了移动平台漫游系统中碰撞检测的效率和精度;研究了景点漫游系统的设计方法与实现。本文的主要研究内容与成果如下:（1）针对鱼眼图像出现的畸变,进行了图像校正,并利用球面投影与反映射平面展开图解决了从不同方位采集图像造成的拼接畸变问题。针对图像拼接过程中出现的图像拼接缝明显的问题,改进了最佳缝合线方法,改进后的拼接图像过渡平滑,拼接缝消除。（2）针对移动平台内存小,运行速度慢等问题,运用LOD技术,建立多层次细节模型,减少了系统渲染时间;提出了将OBB包围盒、LOD技术和粒子群优化方法相结合的碰撞检测算法,提高了移动平台碰撞检测的效率和精度。（3）设计并实现了五台山景点漫游系统,设计了两种模式与多种功能,保证了系统的实用性、趣味性与交互性,全方位展示五台山的历史文化,使用户有多重体验感。

关键词： 《中国概况》   虚拟现实技术   教学设计   留学生  

摘要： 本文旨在解决以下两个问题:一、虚拟现实技术是否可以应用于《中国概况》课程中,是否有效提升留学生的学习兴趣?二、虚拟现实技术怎么运用到《中国概况》课程中?作为来华留学生了解中国实际情况的必修课程,高校应根据来华留学生的需求,安排充足、合适的《中国概况》课程。而虚拟现实技术（VR）中的桌面虚拟现实（Desktop VR）,目前在网络上已具有大量资源,为《中国概况》课堂教学提供了技术支持。鉴于此,本文以虚拟现实技术和《中国概况》教材为研究对象,以时空压缩、经验之塔和教学设计等为理论基础指导,采用问卷调查法、访谈法等方法对教师和学历留学生进行研究。主要研究的内容为:1.本文从虚拟现实技术教学的应用优势、《中国概况》教材和课程、留学生特点等,分析《中国概况》课程中运用虚拟现实技术的现实性。2.根据虚拟现实技术的不同导航方式和交互的灵活程度出发,将其分为五种类型:展示型、漫游型、过程型、操作型和游戏型,并将其运用在不同教学环节的建议。3.基于微信公众平台,整合网络中的虚拟现实技术,将其按照《中国概况》教材内容进行划分,为后续教学展开提供便利。4.根据留学生调查问卷感兴趣的章节,将“丝绸之路”这一课作为教学设计,给授课教师以参考。最后主要解决并实现虚拟现实技术与《中国概况》课程的紧密结合。1.利用微信公众账号与虚拟现实技术进行链接,让虚拟现实技术与教材紧密结合;2.微信公众账号中教材的关键词回复、消息群发、自定义菜单等的实现;3.用具体的教案“丝绸之路”来运用微信公众账号中的虚拟现实技术。

关键词： 职业教育   教育信息化   虚拟现实技术   创新发展  

摘要： 职业教育是我国技能型人才的主要培养渠道。深入探讨职业教育现阶段存在的教材质量不佳、教师结构性矛盾、师资能力不足、专业设置不合理、课程枯燥等问题，提出将虚拟现实技术与职业教育结合的方法，改善职业教育发展现状，为我国培养高水平、高素质的技能型人才。针对职业教育目前存在的短板，推进教育信息化大环境下虚拟现实技术与职业教育的融合创新发展，使职业教育能够发挥其最大作用。鉴于此，提出了三个改善创新的方向：向传统教材注入VR技术，实现虚拟现实课程；将虚拟现实技术应用于教师培训领域，提高职前教师培训质量；应用虚拟教学代理，开发沉浸式生态课程等高品质课程。最后得出虚拟实训平台的开发将是今后虚拟现实技术与教育结合的主要发展方向这一结论。

关键词： 书法文化   空间生产理论   虚拟现实技术   虚拟空间建构  

摘要： 书法代表着华夏几千年的文明史,是国人的骄傲。技术一直赋能于传播,虚拟现实技术作为一种新兴媒体技术,其构想性、沉浸性、交互性和趣味性特征使传播形式更加丰富、情感表达更加丰满、传播效果更加深刻。将虚拟现实技术与书法文化的传播相结合,具有研究的必要性及前沿性。本文结合新媒体时代背景,从系统结构模式、空间生产理论、文化时空沉积理论、虚拟现实技术等多学科维度,关注传统书法在新媒体时代下的传播现状与问题,分析书法文化传播问题的成因,探索虚拟现实技术解决书法文化传播问题的可能性,进而提出基于虚拟现实技术的书法文化传播策略。系统视角分析下的书法文化传播呈现传受双方信息不对等、政策推动效果不显著、书法传播形式单一三大问题。本文借助列斐伏尔的空间理论对书法的四大矛盾空间(历史与当代、物质与精神、虚拟与现实、生产与消费)进行分析,得出当前书法文化传播问题产生的四大原因:传承不连续、功能与情感性缺失、理解与接触渠道上存在障碍、受众消费动力不足。基于虚拟现实技术属性特征和空间生产理论,本文认为虚拟现实技术具有解决书法文化传播问题的可能性,在此基础上对受众在这方面的意见进行了汇总吸纳。在策略部分通过文化时空沉积理论得出书法文化的虚拟传播空间优化思路,结合虚拟现实技术从功能性回归和情感性重建两方面重构书法文化传播空间,旨在通过构建虚拟书法文化空间更好的传播书法文化,为其他类型的传统文化的传播提供参考。

关键词： 肾虚血瘀   膝骨性关节炎   便携式   步态分析   筋柔骨正   虚拟现实技术  

摘要： 研究背景:中医学认为,膝关节骨性关节炎（knee osteoarthritis,KOA）属“痹病”范畴,KOA其内因是主要是肝肾亏虚,外因是风寒湿等邪气侵袭,而血瘀痹阻则是主要的病理因素,因而肾虚血瘀型KOA是临床中较为常见的证型。引起KOA的确切机制尚不清晰,但研究表明,关节内部负荷应力改变对于KOA的发生和发展密切相关,关节压力的不恰当变化导致软骨退变,是KOA的重要病理特征,患者会由于疼痛,以及下肢稳定性下降,产生避痛机制,致使其步态发生明显改变,同时也会出现下肢肌肉的功能障碍。临床研究中,小型便携式的测试设备有益于临床研究的展开,故本文主要利用一种便携式步态分析系统和软组织肌张力测试系统,研究肾虚血瘀证型KOA人群与正常人群的步态参数以及肌张力的变化,设计KOA运动康复处方,并结合虚拟现实技术,完成对肾虚血瘀型KOA运动处方的演示设计,使虚拟现实技术（Virtual Reality Technology,VR）技术更好地应用用于KOA的治疗康复领域,更好地服务于人类社会。研究目的:实验一:利用便携式步态分析系统和软组织张力测试仪探究肾虚血瘀型KOA患者与健康人群在步行过程中步态参数和膝关节周围肌张力的变化,分析其核心肌群发病特点。实验二:基于实验一KOA发病的核心肌群,设计肾虚血瘀型KOA患者的运动康复动作,运用虚拟现实技术,完成对肾虚血瘀型KOA患者运动康复训练的演示设计,促进虚拟现实技术在医学中的应用。方法:实验一:选取2021年3月～2022年3月在天津中医药大学第一附属医院骨伤科科门诊及住院部接受治疗的肾虚血瘀型KOA患者40例及下肢功能活动正常的人群40例,两组受试者年龄均在40到70岁之间,皆符合纳排标准。通过便携式步态分析系统在平地进行行走试验,对其进行步态参数收集记录,选取部分步态参数,同时利用肌张力测试仪测量膝关节周围肌张力,用统计学软件评估步态参数与肌张力的差异性,P＜0.05具有统计学意义。实验二:设计KOA患者的运动康复处方,招募一名下肢功能活动正常的志愿者以及一名具有临床经验的骨伤科医师,由医师其进行KOA运动康复动作指导,对康复动作演示与解说指导进行素材录制,基于虚拟现实技术,通过AE人物抠像、3D Max三维建模、Adobe Premiere Pro VR视音融合与后期制作、Nibiru Creator VR交互设计,依靠相关传感设备,完成运动处方康复训练演示设计。结果:实验一:1.肾虚血瘀KOA人群与健康人群的对称性系数存在差异性,肾虚血瘀型KOA患者的步速、步幅、步频、着地角度、离地角度、离地高度、最大摆动速度、健侧支撑相、健侧摆动相、双支撑相、足偏角与正常人存在差异性（P＜0.05）。2.肾虚血瘀型KOA患者健侧与患侧的步速、步幅、步频、最大摆动速度无差异性（P＞0.05）,着地角度、离地角度、离地高度、支撑相、摆动相存在差异性（P＜0.05）。3.肾虚血瘀型KOA患者健侧的离地角度、离地高度与正常组无差异性（P＜0.05）,患侧摆动相与正常组摆动相无差异性（P＞0.05）。4.肾虚血瘀型KOA患者患侧与正常人的VM、VL、RF位移值比较有显著差异性（P＜0.001）。实验二:根据实验一的结论完成了KOA患者运动康复处方的制订,并成功对运动康复动作现场视频音频的采集,运用AE、3D Max、Adobe Premiere Pro、Nibiru Creator等软件完成了基于虚拟现实技术运动处方康复视频演示设计。结论1.便携式步态分析可以评价肾虚血瘀型KOA患者的运动学特征改变,肾虚血瘀KOA人群的对称性系数低于正常人群的对称性系数,肢体肌肉和身体协调性较正常人差,步速、步幅、步频、离地高度、着地角度、离地角度、最大摆动速度较正常人出现降低,支撑相、双足支撑相在步态周期中占比增加,摆动相占比降低,足偏角较正常人增加。2.肾虚血瘀型KOA患者的VM、VL、RF肌张力较正常组位移值较小,肌张力高于正常组,肌力功能下降。运动康复动作可以改善下肢步态和肌张力,与虚拟现实技术结合,完成运动康复动演示设计,交互式设计带来了体验互动性。

关键词： 高功率电磁脉冲   电磁暴露   计算机仿真   安全评估  

摘要： 核电磁脉冲是高功率电磁脉冲的一种,通过核爆炸产生并且具有很强的破坏力。核电磁脉冲所能覆盖的半径范围与核爆炸的爆炸高度是有关的,即高度越高,覆盖范围越广。高空核电磁脉冲(High Electromagnetic Pulse,HEMP)的主要特点是:(1)辐射范围广,一枚100万吨当量的核弹在距离地面100千米的高空爆炸时,影响范围的半径可达上千公里。(2)上升时间短,高空核爆炸产生的电磁脉冲的上升时间约为10秒,比雷电电磁脉冲的上升时间快100倍。(3)频谱范围宽,核电磁脉冲从k Hz到几百MHz都有所分布。多年来,学术界和工程界广泛关注核电磁脉冲对设备的影响。近年来高空核电磁脉冲对人体健康产生的影响,是一个新的领域。本论文首先分析高空核电磁脉冲的频谱特性并得到其主要谐波分布。利用偶极子天线建立核电磁脉冲一次谐波、二次谐波电磁暴露等效辐射源,研究核电磁脉冲远场电磁环境。在COMSOL有限元软件中建立成人、儿童人体模型,其中头模型是由头皮,颅骨、大脑三层球构成。计算了偶极子天线辐射下不同距离处成人、儿童的电磁暴露水平,得到了人体组织中感应电场强度和比吸收率(SAR)的分布,并将计算结果与国际非电离辐射防护委员会ICNIRP制定的电磁暴露限值进行对比。结果显示,高空核电磁脉冲早期波形一次谐波和二次谐波的频率分别为10 MHz和20MHz,电场强度为15.883 k V/m和8.829 k V/m。在频率为10 MHz的一次谐波辐照时,距离等效偶极子天线10 km处成人模型中感应电场强度的最大值为10.9 V/m,为ICNIRP公众电磁暴露限值的39%,比吸收率SAR最大值为5.66×10 W/kg,为ICNIRP公众电磁暴露限值的0.3%。儿童人体模型的感应电场强度的最大值为13.9 V/m,比吸收率SAR最大值为4.07×10 W/kg,分别为ICNIRP公众电磁暴露限值的49%和0.2%。对于频率为20 MHz的二次谐波辐照时,距离等效偶极子天线10 km处成人模型中感应电场强度的最大值为6.79 V/m,为ICNIRP公众电磁暴露限值的24.3%,比吸收率SAR最大值为1.68×10 W/kg,为ICNIRP公众电磁暴露限值的0.08%。儿童人体模型的感应电场强度的最大值为6.81 V/m,比吸收率SAR最大值为1.17×10 W/kg,分别为ICNIRP公众电磁暴露限值的24.3%和0.06%。成人和儿童在此电磁脉冲环境下所受到的感应电场强度和SAR值均低于ICNIRP公众电磁暴露标准限值。因此,在距离核电磁脉冲10 km处人体遭受的电磁暴露水平风险较小。

关键词： 眼眶爆裂性骨折   复视   VR   Hess屏检测   红玻璃试验  

摘要： 目的:基于虚拟现实(Virtual Reality,VR)技术构建双眼复视检测系统(Virtual Reality Test,VRT),并将其与Hess屏检测和红玻璃复视检测试验对比分析,为VR技术应用于临床复视检测提供理论依据和实践基础。方法:首先构建VRT软件系统,利用Unity引擎创建VRT前端项目及模型。动态编写Unity增删改查XML文件,并检查BUG,测试完毕,确认无误之后,转成VR模式。在PC端创建项目,放置UI及添加代码,读取本地XML用户信息文件。VRT硬件系统为头戴HTC Vive头显设备,VRT依托Steam VR运行,分别于距患者双眼不同距离1米、3米和5米远的平面上出现检测视标,并在周边8个诊断眼位方向移动检测并判定复视阳性区域。最终以复视阳性角度量化复视程度。接下来收集自2021年9月-2021年12月于吉林大学第二医院眼科中心眼眶病与眼整形科就诊的眼眶爆裂性骨折(Orbital blowout fracture,BOF)患者,利用VRT复视检测系统量化评估眼眶爆裂性骨折中复视。同时对比分析VRT、Hess屏及红玻璃试验等方法对复视检测的灵敏度、稳定性与检测时间。结果:我们成功构建了VRT软件检测系统,并利用头戴HTC Vive设备形成VRT复视检测仪。前瞻性对比研究了41名眼眶爆裂性骨折复视情况,VRT、Hess屏检测和红玻璃试验的灵敏度分别为95.12%、87.80和68.29%,VRT与红玻璃试验相比,差异具有统计学意义(P<0.05);VRT、Hess屏检测和红玻璃试验的平均检测时间为2.65±0.52分钟、2.17±1.23分钟和5.34±0.25分钟;VRT对复视检测稳定性良好(ICC=1.00),优于Hess屏检测(HAR ICC=0.974;Hess评分ICC=0.960)及红玻璃试验(ICC=0.972);VRT的结果与Hess评分(r=0.681,p<0.05)呈正相关,和HAR(r=-0.742,p<0.05)呈负相关,与红玻璃试验(r=0.488,p<0.05)也有较好的相关性;双眼复视组的VRT结果与健康组的结果具有显著性差异(P<0.05),VRT系统对复视检测具有良好特异性。结论:研究证明利用VRT系统可以完成对复视定量检测。VRT综合性能优于目前临床所用的Hess屏检测和红玻璃试验复视检测方法,具有良好稳定性、高灵敏度、检测覆盖视野范围广和检测时间优越等特性,且检测结果不受头部运动影响。此外,VRT可利用虚拟环境实现对不同空间距离复视的检测评估。本研究为VR技术应用于临床复视检测提供实践和理论基础。

关键词： EEG   VR   建筑空间信息   人体感知反馈   空间环境主观评价  

摘要： 随着电子信息技术的发展,建筑师通过计算机对建筑物理环境进行模拟研究,如日照模拟,荷载模拟等,获取到的物理环境参数,在建筑设计中逐渐起到决定性的作用。这些模拟以准确的数据结果指导设计方向,而建筑设计中最为重要的空间设计的评价标准的直观性尚存在改进空间。虚拟现实技术能快速完成大量空间及环境元素的构建及模拟,将建筑空间各类信息参数以直观的方式,即以虚拟建成的形式提供给进行沉浸式体验的人。但虚拟环境与现实环境的差异程度还需要标度量化。为了得到空间环境影响下,人体生理信号与人体主观感受对应关系的基本规律,本研究通过对比虚拟与现实场景下人对空间环境的主观感受的差异,探究差异作用下空间环境与使用者生理和心理的关联性关系。研究设置虚拟环境评价与真实环境评价对照实验方法。形成一套通过语义解析法与人脑信号分析技术,探讨人对空间环境的认知关系的实验方法。通过进行真实环境与虚拟环境下的主观评价对比,进行主观评价与人体生理信号相关性分析,从而探究人对空间环境的主观评价、人体知觉的生理、心理对环境的反应三项指标的变化情况。研究通过对主观问卷和脑电信号数据的分析,探讨空间环境主观评价与生理信号间的相关性,最终得到空间环境对人主观感受影响的量化分析的基本方法。研究方法和结论可用于建筑空间设计阶段的主观反馈,进而精确优化建筑空间环境设计。

关键词： 虚拟现实技术   酒类容器包装   虚幻引擎   虚拟体验平台  

摘要： 随着科学技术的进步,社会经济的发展,酒类企业越来越认识到容器包装设计的重要性,设计是企业获得利益的核心优势。CAD类软件辅助酒类容器包装设计的方式,当前已经不能满足消费者对酒类容器包装的感性化需求。虚拟现实技术可以使消费者和设计师以及企业紧密联系起来,通过虚拟现实技术,消费者可以参与到设计中,使企业的酒类容器包装尽可能地符合消费者的期望。首先对酒类容器包装的历史以及酒文化的发展演变进行了分析。概括性描述了现代酒类容器包装设计的大致流程。这种设计流程在前期设计阶段可以非常快速的给出产品方案,但这种方式设计出的产品完全取决于设计师和企业决策者的主观判断,不能完全满足消费者的需求。其次,通过对虚拟现实技术的研究,发现以虚拟体验为基础的虚拟感性工学可以使消费者在产品生产出物理实体前便可提前体验产品。将虚拟现实技术引入酒类容器包装设计流程中,可以改善这种主观性的设计决策。汽车,房地产,航空航天,机械制造等领域早已引入虚拟现实技术辅助设计。因此,将虚拟现实技术应用于酒类容器包装设计领域也具有一定的可行性。最后,通过实践案例,使用Create VR实现了酒类容器包装在虚拟空间中的三维建模,应用虚幻引擎实现了酒类容器包装设计方案虚拟体验平台的制作,实际验证了基于虚拟现实技术在酒类容器包装设计流程是可行的。基于虚拟现实技术的设计流程,从企业角度出发可以加快研发周期,节约成本,获得更多的实际效益。从消费者角度出发,让消费者参与到设计中,使产品在功能,审美,文化品位上更加符合消费者的需求。随着软硬件技术的进步,酒类容器包装的设计将拥有更多的想象空间,提出的基于虚拟现实技术设计流程,为酒类容器包装设计提供了新的创新创作思路和一定参考价值。