关键词： 虚拟现实技术   VR教学资源   小学科学   探究能力  

摘要： 随着信息化技术的高速发展和日益普及,各种新兴技术的浪潮推动着社会各个领域产生新的变革和机遇。虚拟现实技术作为新兴技术的发展前沿,各专家、学者开始重视虚拟现实技术在教育领域的研究。目前研究较多注重理论和教学设计研究上,具体VR资源设计开发及实证研究并不多。小学科学身为一门以实践为主的课程,在课堂中保证学生主动探究尤其重要。利用虚拟现实技术开展虚拟探究学习可以满足学生动手操作需求,增加学生探究兴趣及能力。探究能力是开展探究活动的基本保证。由此,本研究在探究能力培养视角下,将借助虚拟现实技术(VR)设计开发一款小学科学教学资源。第一章,分析国家提出教育信息化要求以及虚拟现实技术在教育领域应用的相关政策。结合小学科学课程标准,对相关的问题进行分析,将研究重点聚焦于VR教学资源的设计与应用,详细描述了研究主要内容和方法。第二章,通过搜集国内外有关虚拟现实技术研究现状、探究能力培养等相关研究文献及书籍。分析得出虚拟技术在基础教育研究中正处于初级阶段,小学科学课程中开展探究活动受限制,难以调动学生的探究兴趣和提升探究能力。笔者对相关理论进行梳理和分析,在此基础上实现设计开发。第三章,以问卷和访谈方式了解师生需求,对虚拟环境中开展探究活动的可行性进行分析,在教学目标、教学内容基础上,对VR教学资源设计进行初步论述,提出VR教学资源设计策略,包括目标、原则、要素、情境、活动设计,并从界面、场景、内容、交互、流程进行具体设计。第四章,本章详细介绍VR教学资源的开发过程,其中包括选取适配工具、开发平台,开发环节及具体步骤。第五章,本章围绕“导学展评测”教学模式,设计教学方案,发放测试问卷收集实验前后测数据,分析得出结论:VR教学资源促进探究知识水平、探究兴趣及态度以及在提高猜想假设能力、制定计划能力、分析验证能力、交流反思能力、归纳总结能力水平具有显著成效,在提出问题能力水平提升上显著性不明显。第六章,对整个研究内容进行总结,提出本研究中的创新点以及不足,为VR教学资源的完善总结经验,并对未来虚拟现实技术在教育中的应用进行展望。

关键词： 虚拟现实   康复训练范式   脑功能连接  

摘要： 脑卒中患者经常出现肢体运动功能障碍,50%-70%的幸存者于卒中后2-4年依然存在手功能障碍。如何更加有效地帮助脑卒中患者恢复手功能,是研究者一直关注的重要内容。基于虚拟现实技术(Virtual Reality,VR)的康复运动训练有助于提高患者主动参与度,是手功能障碍康复的重要手段。本文在开发的手功能障碍康复训练VR康复游戏的基础上,从基于VR的手功能障碍康复训练范式的设计出发,结合功能性近红外光谱技术,量化评估康复运动范式对脑卒中患者的脑功能影响,从而探索有效的手功能障碍康复训练范式,为临床制定康复训练计划提供参考。首先,阐述了基于VR的手功能障碍康复训练范式的设计方法。提出了整个康复训练范式设计的流程,其中包括手功能的评估、康复训练模式的选择以及康复训练周期、频次和总时长的选择方法。并提出了基于VR的手功能障碍康复训练范式设计需要遵循的设计原则。其次,基于Unity3D和传感设备设计了一款VR康复游戏。VR康复游戏设计包括了游戏场景搭建和脚本设计两部分。一是游戏场景搭建:根据康复训练范式的需求,VR康复游戏场景需要对运动频率、运动时间以及活动角度等进行个性化调整,所以选用路程式的场景。二是脚本设计:脚本功能主要包括游戏角色控制和传感器信号读写,通过脚本读取传感器信号,建立起脚本中变量与传感器测量值间的映射关系,从而实现患者控制游戏角色以及游戏数据的采集。第三,提出了基于VR的手功能障碍康复训练范式的评估方法,即使用脑功能检测和运动参数相关性分析相结合的评估方法。患者在VR康复训练时,采集脑血氧信号和VR康复游戏数据。评估时,首先,通过对脑血氧信号进行数据处理分析,得到脑区激活强度和脑区之间的脑功能连接强度,从而评估康复训练范式对脑功能康复的作用。其次,对VR康复游戏数据进行数据处理,计算出运动参数,通过分析运动参数与脑区激活强度的相关性,从而评估康复训练范式中设置的训练周期和频次对康复效果的影响。最后,设计实验验证基于VR的手功能障碍康复训练范式评估方法的有效性。实验验证了基于VR的抓握运动范式,可以提高运动肢体的对侧脑区的激活和脑功能连接强度,同时抑制运动肢体的同侧脑区的脑功能连接,合理调节患者脑资源分配,促进其手功能康复。最终验证了评估方法的有效性。

关键词： 虚拟现实技术   初中语文   文言文教学   虚拟情境   教学设计  

摘要： 随着科技时代的到来,现代信息技术成为了教育领域不可或缺的重要组成部分。初中语文课程中文言文的学习内容与白话文有很大差异,具有骈骊对仗、抽象晦涩等特点,学生学习难度较大。当前语文课堂借助信息技术辅助文言文教学已然成为教育领域的发展趋势。本文在情境认知理论、建构主义和沉浸理论的指导下,依据八年级学生的认知特点,利用Unity3D开发虚拟学习场景,借助虚拟现实技术的沉浸性、交互性等特点,设计研究方案并开展教学准实验。本研究选取的内容为人教版八年级下册的文言文《桃花源记》,有针对性地将虚拟现实技术引入到其中,探究虚拟现实技术与文言文融合的可行性,分析在初中文言文教学中创建虚拟学习场景的创新之处。并对虚拟学习场景的实践效果进行研究。通过对虚拟现实技术在教育教学领域的国内外研究现状分析,并对VR技术运用于初中语文教学的理论基础进行了较为系统的总结,笔者对《桃花源记》虚拟学习场景进行了具体的设计与开发,详细阐述了主要功能模块的实现与使用。根据当前初中语文教学的需求设计教学方案,并将《桃花源记》虚拟学习场景在教学中运用。在此基础上进一步探究了虚拟现实技术对初中语文文言文教育水平的促进与提高。在对现阶段初中语文的课程特点与教育情况做出剖析的同时,详细说明了VR技术的应用对初中语文课堂的实际重要性。第一章绪论部分的内容阐述了研究内容的相关背景,确定了本次研究的目的,总结了中国国内外的研究情况并归纳了研究的意义和相关研究方法。第二章则界定了虚拟现实的基本概念,总结了虚拟现实研究中运用于语文教育的重要思想理论依据。第三章分析了虚拟现实与初中语文结合的可行性分析。研究基于课标的要求、语文学科特征、当前文言文教学现状、虚拟现实在初中语文教学中可运用的价值和使用方式,归纳了虚拟现实技术在文言文教学中运用的可行性。第四章详细介绍了《桃花源记》虚拟学习场景的具体设计与制作。根据初中语文教学的需求,研究教学方案,阐述主要功能模块的实现。第五章对设计开发的虚拟学习场景进行了实践应用,探究学生的使用情况。之后根据实践应用情况进行了效果分析。第六章对本研究进行了总结。研究表明:虚拟现实技术对学习初中文言文、培养语文核心素养、促进教学信息化的发展等方面有着重要价值。本文研究结论如下:针对学生学习文言文的兴趣较低、VR技术的使用没有得到较好的推广以及技术操作方面存在的问题,笔者借助VR技术把虚拟学习场景运用于初中语文教学实践当中,得出了相对具体的策略:做好适时的引导,让学生主动学习、表达感受,不可过多打断学生;避免只重教学形式的新颖而忽视了学生的学习;学校教师还要加强信息技术方面的技能培训。通过虚拟学习场景在语文教学中的应用,教学效果明显:首先,学生学习文言文的积极性有所提高,课堂氛围得以改善;其次,具体的学习场景使学习内容生动直观,更有助于学生理解;最后,师生都非常认可VR技术引入课堂,教师也愿意接受相关技能培训并尝试新的授课方式。

关键词： 脑卒中   康复   偏瘫   平衡   镜像疗法   虚拟现实技术  

摘要： 目的:通过比较镜像疗法(Mirror Therapy MT)、虚拟现实技术(virtual reality therapy VR)及镜像疗法联合虚拟现实技术这三种不同治疗方式对卒中平衡障碍患者的治疗效果,观察探讨三种不同的康复治疗方式对脑卒中偏瘫患者平衡能力的影响,为临床上选择制定康复治疗方案提供新的思路。方法:该实验是一项前瞻性随机实验,于2020年10月-2021年10月在我院进行了12个月的时间,患者达到纳入排除标准就被逐一引入治疗,并签署知情同意书,选出共96例作为研究对象,使用SPSS软件将患者随机分为3组,镜像组,VR组,联合组,每组32人,镜像组采用常规康复训练、常规平衡训练结合镜像疗法,VR组采用常规康复训练、常规平衡训练结合VR训练,联合组采用常规康复训练、常规平衡训练结合镜像疗法及VR训练,分析比较三组患者基线资料(年龄、性别、脑卒中类型、偏瘫侧、病程)有无差异,是否具有可比性,以及治疗3周前后患者的计时起立行走测试(TUGT)、Berg平衡量表(BBS)、Fugl-Meyer下肢评定(LE-FMA)量表、重心轨迹长度、左/右体重分配差异、前/后体重分配差异的变化。结果:1.治疗前3组患者的TUGT评分、BBS评分、LE-FMA评分、重心轨迹长度、左/右体重分配差异、前/后体重分配差异等6项评定指标均无显著差异(P>0.05),具有可比性。***评分比较:治疗后三组患者的TUGT评分均较治疗前减少,联合组明显低于镜像组及VR组(P<0.01),VR组低于镜像组(P<0.05)。***评分比较:治疗后三组患者BBS评分均较治疗前增加,镜像组与VR组无差异(P>0.05),联合组明显高于镜像组和VR组(P<0.01)。***-FMA评分比较:治疗后三组患者LE-FMA评分均较治疗前提高,镜像组与VR组无差异(P>0.05),联合组明显高于镜像组和VR组(P<0.01)。5.重心轨迹长度评分比较:治疗后三组患者重心轨迹长度均较治疗前降低,镜像组与VR组无差异(P>0.05),联合组明显低于镜像组和VR组(P<0.01)。6.左/右体重分配差异评分比较:治疗后三组患者左/右体重分配差异均较治疗前减低,镜像组与VR组无差异(P>0.05),联合组明显低于镜像组和VR组(P<0.01)。7.前/后体重分配差异评分比较:治疗后三组患者前/后体重分配差异均较治疗前减低,镜像组与VR组无差异(P>0.05),联合组明显低于镜像组和VR组(P<0.01)。结论:1.本研究表明镜像疗法(Mirror Therapy MT)和虚拟现实技术(virtual reality therapy VR)联合使用,较单独使用其中一种康复训练方式更能明显改善脑卒中偏瘫患者的平衡障碍。2.同时研究发现,两者联合较单独一种治疗方式更能改善患者的移动、步行能力,降低跌倒风险的发生。3.此种联合方案值得临床推广应用,为脑卒中平衡障碍患者提供一种新的联合治疗方式,更有效的改善患者的平衡障碍问题。

关键词： 虚拟现实技术   戏剧   探索  

摘要： 网随着科技的进步，VR技术和全息投影技术慢慢进入到了人们的日常生活，同时也渗透进了许多领域，使得更多的产业因为这些虚拟现实技术得到突破瓶颈的发展，尤其是在艺术与娱乐方面体现更加明显。而戏剧作为中华文化瑰宝之一，其发展历史悠久，有着非常深厚的文化底蕴，但随着时代的发展，戏剧产业已经到了瓶颈期，而虚拟现实技术就是其助推力。本文就戏剧产业而言，讨论虚拟现实技术对戏剧产业的影响，以及虚拟现实技术下戏剧创作的发展前景。

关键词： 眼动追踪   虚拟现实技术   情感识别   基线校正   随机矩阵理论  

摘要： 情感在人的生活中扮演着重要角色,识别人类的多样性情感也是目前人工智能研究的潮流。目前情感识别的研究主要依据生理信号的使用,其中眼动信号应用日益广泛。眼动信号的获取大多通过眼动追踪技术来获取,同时伴随着虚拟现实技术的兴起,近年来结合眼动追踪的虚拟现实技术使得眼动情感认知分类研究具有更广阔的发展前景。目前结合虚拟现实技术的眼动信号情感识别研究较少,在大多数研究中采用多生理信号识别,但是由于多生理信号的复杂性,很难保证情感识别的准确性。并且在目前大多数情感识别系统中很少结合虚拟现实场景进行情感诱发实验范式。本文针对以上问题,使用结合眼动追踪的虚拟现实技术,单独采用眼动信号进行情感识别研究,并实现了眼动信号情感识别系统。主要工作如下:1)提出了一种基于静息态基线校正和随机矩阵理论的情感识别研究方法,该方法主要通过设计虚拟现实平台设计刺激实验,并获取实时眼动数据,将静息态眼动数据作为基线数据,使用减去基线校正方法减弱瞳孔随机波动的影响。同时使用随机矩阵理论方法筛选出无效图片数据。最后,利用统计方法和信号处理方法获得的时域和频域情感特征,再通过支持向量机（SVM）、决策树、随机森林三种分类算法进行情感分类,训练出情感分类模型,其中单个被试数据分类结果最高达到78.1%。2)提出了一种基于活动态基线校正和Spearman相关性分析的情感识别研究方法,该方法通过虚拟现实平台设计刺激实验,并获取实时活动态眼动数据,将活动态100ms-220ms的眼动数据作为基线数据,使用减去基线校正方法减弱瞳孔随机波动的影响。同时根据数据特性使用Spearman相关性分析方法去除部分被试的无效数据。最后采用信号处理方式获得了 PSD等频域特征,并通过支持向量机（SVM）的分析计算实现情感分析,训练出情感分析模型,其中对单个被试的情感分析结果最高超过了83.3%。3)部署了一个眼动情感识别应用系统,该系统能够通过被试操作刺激平台实验获取眼动数据,并通过数据预处理和分析操作,识别被试情感,同时将情感识别结果显示在三维图像中。

关键词： 战争环境   心智模型   系统转化   虚拟现实技术  

摘要： 自人类诞生的那一天起,战争也随之诞生,两者就像是咬合在一起的齿轮互相带动着徐徐向前,纵观人类的发展史,从来都是伴随着流血与牺牲,哪怕是在强调和平与包容的今天战争也从未离开我们的身边。为了应对各种突发情况人类组成军队保护自己,意图通过少数人的流血来代替更大面积的牺牲,而在科技飞速发展的今天,未来战争中要面对的一切事物都可能是未知数,但我们能通过对过往经历的回溯找到其中会影响军队作战能力的客观因素,挖掘出这些要素再结合特定的培养方法就能在前期的训练过程中对未知的风险有一个基本的认识,在遭遇这些情况时能够保持自身的理智,更好的化解可能到来的风险。本文主要采用数据量化、心智模型等方法解析战争环境中所具备的各种因素,对战争环境中所具备的共性进行解析得出一个符合战争环境基本要素的训练任务框架,再结合虚拟现实系统的沉浸感优势通过UE4引擎还原一个具备战争环境共性因素的体验系统,降低因为训练系统开发问题带来的负反馈,让体验者以第一人称视角感受战争中会出现的各种可能,带给体验者更丰富的体验,逐步的提升自己的心理抗压能力,通过在前期训练中进行不断地重复训练以消解未来真正投入战斗中会产生的一切不利因素,保证战斗力不被简单的心理问题影响,也是为未来战争结束顺利回归社会提供助力。

关键词： 新文科   视觉传达设计   虚拟现实技术  

摘要： 20世纪90年代以来，视觉传达设计经历了高速发展期，当前发展趋势已经趋于平缓。在新文科建设背景下，视觉传达设计顺应潮流，根据其专业特性寻求突破。立足于新文科建设的发展和特点，分析视觉传达设计学科建设存在的问题，进而在学科资源整合的思路下，从设计空间的多维化、设计视角的多元化和综合化、设计感官的多重化、设计展示的互动化、教学内容的可视化等五个方面研究视觉传达设计与虚拟现实技术之间的跨学科融合发展趋势，探讨视觉传达设计与虚拟现实技术跨学科创新结合的意义，以促进视觉传达设计的创新发展。

关键词： 视觉触觉手术仿真   非线性质点弹簧模型   软组织建模   解剖虚拟现实  

摘要： 随着医学的发展,能提供视觉反馈和触觉交互的视觉触觉手术仿真系统会变得越来越有价值,其将在手术模拟、手术培训和手术计划等各个方面发挥重要的作用。本文通过引入弹性弹簧提出了一种软组织形变算法即非线性质点弹簧模型,并以其为基础开发了一套可触摸的解剖教学虚拟现实系统。该质点弹簧模型基于弹簧长度和曲率来度量软组织变形,在三角形表面网格上运行良好。通过与其他两种质点弹簧模型相比,无论是在基于位置和基于外力的驱动方式下该模型都展现出了卓越性能,对软组织非线性和不可压缩性等生物力学特性的模拟也更为合理,很好地实现了精度和效率的平衡。本文以所提出的模型作为物理引擎,将人内脏诸多器官进行网格重建并输入系统作为初始数据,借助OpenGL和OpenHaptics库以及力反馈装置(TOUCH设备)实现了一定的人机交互和力反馈感知,完成了可触摸的解剖教学虚拟现实系统的构建。此外,在系统中,形变的刷新率可以达到33帧/秒,能够保障实时性。

关键词： 观光茶园   景观设计   虚拟体验技术   行为观察  

摘要： 在乡村振兴战略的大背景下,农业观光园作为推进乡村产业振兴和农业现代化的核心载体,迎来了历史性的发展机遇。运用第三产业带动一二产业革新,体验型农业景观的营造便成了观光农业场地规划设计的关键部分,传统规划设计方法对设计者的专业经验和空间想象力有着较高要求,设计过程中无法预见性地获取基于游客需求的客观数据作为设计依据,因此,构建一套基于游客体验感受的规划设计方法用以指导农业观光园等现代农园的规划具有十分重要的意义。为探索一种能够科学结合游客行为需求的规划设计方法,论文立足于“行为观察”的方法理论,以位于济南市长清区的观光茶园作为研究基地,运用问卷调查、访谈等收集数据,将虚拟现实技术交互性、沉浸感与构想性的技术特点引入到观光茶园空间的规划设计中,从农业体验的视角,在理论上初步搭建了基于游客游览需求的观光茶园规划设计的方法框架,并通过实证研究验证了其在实际操作过程中的可行性。本文将以九省御道茶文化生态园为例,从以下三步,结合实践操作方法对方法框架进行详细描述:(1)初步方案设计。对茶园进行实地调研,走访周边农户了解居民开发意愿,跟随当地企业及高校专家收集茶园立地条件信息,采用无人机航拍、摄像机录制、人工测量等方式对茶园现状数据进行统计与整理。经过对茶园初步设计,形成了御道茶园“一廊三区五花园”的整体景观布局方案,“一廊”指九省御道文化商业步行街是贯穿全园的主题文化廊道,三个体验片区是指在茶文化品鉴区“闻茶香”、在茶科技科普区“寻茶源”、在茶景观体验区“行茶间”,五个精品花园包括拼布茶田、大师茶园、茶果采摘园、茶田花园、芳香花园。功能分区为出入口服务区、九省御道文化街区、茶科技科普区、茶文化品鉴区和花园茶田区五个部分。(2)虚拟茶园场景的搭建及预体验。本研究中虚拟茶园场景中的数字模型采用Sketch Up软件搭建,虚拟茶园场景的构建及渲染采用Twinmotion软件,在此基础上,运用HTC-VIVE系列的头戴式VR系统进行虚拟茶园场景的预体验,观察和记录体验者的行动模式和行动轨迹,结合体验后的访谈和问卷调查,得到游客对茶园方案中入口方案、道路系统、主要景观节点的体验感受。结果表明,两套入口方案中,B入口方案更受游客欢迎;在初步方案的道路系统中,一级道路和二级道路交叉的路段最容易出现重复游览现象;游客对御清街的评价低,其原因在于街道空间的导向性差及标识系统不清晰。(3)方案调整与优化。基于游客行动轨迹和体验后反馈数据,对观光茶园初步方案中不符合游客行为习惯的部分进行调整和优化。首先,根据体验者反馈数据,选择B入口作为最终的入口方案,通过在茶园入口与景点的衔接空间设置小型集散广场,加大了入口的开放程度,提高了入口的集散能力。其次,针对游客体验后反馈道路系统的层级不明确且标识系统不清晰的问题,从优化整体的道路层级和针对提高特定路段道路空间的导向性两方面入手,对茶园整体道路系统进行调整与提升。最后,对方案中的重点景点“御清街”的设计进行提升,提升方案包括对街道北立面的竖向界面进行重新设计、通过抬高地形增加出口以及增加指示标识、丰富标识系统三部分。本研究以游客需求的角度出发,阐明现有规划方法的不足,通过将虚拟现实技术作为辅助设计手段引入规划设计方法体系,构建了基于虚拟现实的观光茶园规划设计方法,使验证景观规划设计方案是否科学的方式从单纯依靠设计者专业经验拓展到对虚拟方案场景进行专业感知。在对实际项目方案规划过程中,本研究证实了能够在一定程度上解决体验型农业景观的空间规划方案与游客行为需求不匹配的问题,为今后的农业体验性景观的规划设计提供了有益启示。