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： 计算机仿真   高强度聚焦超声   有限元法  

摘要： 冬季公路结冰问题严重威胁到车辆和行人的安全。本课题组设计的高强度聚焦超声(High-Intensity Focused Ultrasound,HIFU)除冰系统使用少量清洁能源驱动HIFU换能器,在不造成大面积热熔的前提下,从冰层内部进行碎冰除冰,具有低能耗、环保、高效的特点,解决了传统除冰方法多次冻融损害路面、耗能过大以及污染周围土壤等问题。HIFU除冰系统的关键技术就是碎冰,碎冰技术离不开两个重要的环节:HIFU换能器设计,以及HIFU换能器的选择与应用。上述两个方面,均需要HIFU换能器仿真实验提供设计指导。可见,HIFU换能器仿真在HIFU除冰系统设计过程中起关键作用。在现有的HIFU换能器仿真算法中,有限元HIFU仿真技术使用最广泛。其主要步骤为,将声场仿真介质离散成精细、互连的四面体或六面体单元,并对每个单元近似计算声场能量值,进而推导整个仿真空间的声场能量分布。然而,在实际应用中,即使有限元HIFU仿真算法以足够细粒度地划分离散单元,模型中介质边界仍由单独的空间体组成。这与实际场景中单薄的面片边界不同。该问题影响仿真算法对边界处声波追踪的精确度。此外,声波在声场中的传递带有振动方向,而现有算法仅限于声压、热量等标量仿真对象,无法对声场中不同时刻的振动方向进行动态仿真。为解决上述问题,本文的创新点和贡献点如下:(1)本文首次提出一种优化边界仿真的HIFU有限元仿真算法。该算法首先通过有限元方法将仿真介质离散成大量精细的等六面体,并建立介质仿真模型。其次,按介质仿真模型的体元分布,将介质的边界面分割,并将每个单元子边界面简化为平面,保存边界法向量,进而建立边界面模型。最终,通过边界面模型与介质仿真模型叠加,在保证声波路线灵活追踪的同时实现边界优化。此外,边界面模型存储介质边界信息,避免反复判断边界,降低边界处反、透射计算冗余。(2)本文首次提出实现瞬态声场声波振动分析的仿真算法。该算法引入“虚点源”的概念,对采样点产生有效振幅累积的声波进行标记,忽略声波穿过采样点前的复杂反透射过程,提炼声波信息,并将其以振动方程和向量的形式存储。该算法降低了存储数据维度,以较小的空间复杂度,实现不同时刻焦点平面各点振动分析,以及声场能量分布仿真分析。本研究对已有典型的HIFU换能器及传播介质样本进行建模与仿真,并将本研究的声场声压分布仿真结果与前人在相同环境下的实际测量结果进行对比。通过对比实验结果,验证声场中声压分布的一致性,进而验证本研究算法的可行性。

关键词： 虚拟现实技术   环境设计   应用  

摘要： 随着科学技术的不断进步，虚拟现实技术也在飞速发展，并被广泛地运用到各个专业领域，环境设计方面也不例外。虚拟现实技术的融入，使得环境设计焕发“新生”。本文对虚拟现实技术做了简单的概述，其次阐述其特征，并对其在环境设计中的意义进行了分析，最后探讨了其在环境设计中的实践运用。虚拟现实技术在设计中的运用使得科技与美学得到完美融合。在未来，虚拟现实技术肯定会在环境设计领域开辟一片新天地，因此，设计师也应该在这方面不断研究创新。

关键词： 语言学习   虚拟现实环境   认知因素   ERP  

摘要： 借助于虚拟现实技术,先前研究对语言学习进行了初步的探讨,发现虚拟现实技术是促进新语言学习的重要工具。然而,先前的研究发现主要是基于英语母语者,尚不清楚虚拟现实对新语言学习的作用是否也适用于我国的教育体系。因此,本研究基于沉浸式学习的认知情感模型(CAMIL),借助虚拟现实技术和事件相关电位(ERP)技术,以传统的图-词匹配学习作为参照,重点探讨虚拟现实环境对成年人的新语言词汇学习的影响及其认知机制。同时,本研究也关注个体认知差异在沉浸式新语言学习中的潜在作用。首先,研究一修订了西方文化背景下的3D客体数据库,共包括147个适用于虚拟现实场景的标准化3D客体。研究一通过命名任务和熟悉度、视觉复杂度等评定任务获得所有3D客体的中文名称、H值、命名一致性、表象一致性、熟悉性、视觉复杂性等指标。结合前人相关研究的标准,最终保留了133个3D客体,并对相关指标进行分析。结果发现,H值与命名一致性之间存在显著的负相关,表象一致性和命名一致性之间的显著正相关性,表明这一数据库也适用于我国文化背景。研究二基于研究一所修订的3D客体数据库,利用沉浸式虚拟现实技术构建了高互动性、高沉浸性的仿真学习环境,并通过与传统图-词匹配学习相对比,探讨了学习环境对新语言学习的影响及其认知机制。研究二要求被试分别在虚拟现实环境和传统图-词匹配环境下学习德语词汇,然后利用翻译任务测试其学习效果,并记录脑电数据。行为结果显示,虚拟现实环境下的词汇学习效果显著好于传统的图-词匹配条件,表现为翻译速度更快,正确率更高。脑电结果进一步揭示,虚拟现实环境下的新语言学习优势主要体现在P200成分,表现为虚拟现实环境相较于传统环境下诱发的P200波幅更大。此外,为了探讨虚拟现实环境下新语言学习与个体的认知能力之间的关系,本研究采用Flanker任务的变式测试被试的抑制能力、警觉能力和定向能力,并与新语言的翻译任务指标进行相关分析。结果显示,P200成分与抑制能力和警觉能力呈显著相关,说明了虚拟现实环境对新语言学习的影响与个体的认知能力存在一定的关系,这可能是因为虚拟现实环境的高负荷特点激活了学习者抑制和警觉能力的参与。总之,本研究揭示了虚拟现实环境影响成年人新语言学习的认知机制,也发现了学习环境在外语词汇学习中的重要作用,支持了CAMIL理论,为外语教育改革提供了新思路,也为虚拟现实技术与外语教育的有机结合提供了基础。

关键词： 虚拟现实技术   注意缺陷多动障碍   康复训练  

摘要： 目的:探究虚拟现实儿童注意力训练技术对注意缺陷多动障碍儿童康复训练的效果。方法:选取随机选取2021年3月—2022年1月杭州市第七人民医院及衢州市第三医院儿童心理科门诊及住院病房的ADHD患儿作为研究对象,随机分为对照组和研究组,对照组选用哌甲酯缓释片进行药物治疗,研究组在对照组基础上实施虚拟现实儿童注意力训练技术干预,干预为期3个月。本次研究采用儿童注意力评定量表（SNAP-Ⅳ）、Conners父母症状问卷（PSQ）、持续性操作测验（CPT）、儿少主观生活质量问卷（ISLQ）等问卷及量表分别于干预前、干预后进行调查,用于评价干预效果。结果:本研究共纳入60例研究对象,资料收集完整,无脱落。（1）在干预前,对照组患者的SNAP-Ⅳ量表评分情况在注意缺陷、多动冲动、对立违抗以及26项均与研究组患儿对比,差异不具有统计学意义（P＞0.05）;在干预实施后,对照组患儿注意缺陷、多动冲动、对立违抗以及26项均高于研究组患儿,差异具有统计学意义（P＜0.05）。（2）在干预前,对比两组患儿PSQ量表评分情况,在品行问题、学习问题、心身障碍、冲动-多动、焦虑、多动指数等维度方面差异均不具有统计学意义（P＞0.05）;在干预结束后,对比两组患儿PSQ量表评分情况,研究组患儿在品行问题、学习问题、心身障碍、冲动一多动、焦虑、多动指数等维度方面均低于对照组患儿,差异具有统计学意义（P＜0.05）。（3）干预前,对比两组患儿CPT测试结果,虚报数、漏报数及反应时间等方面两组患儿差异不具有统计学意义（P＞0.05）;干预后,研究组患儿虚报数、漏报数以及反应时间低于对照组,差异具有统计学意义（P＜0.05）。（4）干预前,对比两组患儿ISLQ量表评分情况,研究组患儿在家庭生活、同伴交往、学校生活、生活环境、自我认识、抑郁体验、焦虑体验以及躯体情感等维度与对照组患儿差异不具有统计学意义（P＞0.05）;在干预后,研究组患儿在家庭生活、同伴交往、学校生活、生活环境、自我认识、抑郁体验、焦虑体验以及躯体情感等维度均低于对照组患儿,差异具有统计学意义（P＜0.05）。结论:虚拟现实儿童注意力训练技术能够改善ADHD患儿的症状表现,提高生活质量。

关键词： 实验能力   初中物理电学实验   HTC VIVE   虚拟现实技术  

摘要： 虚拟现实技术因其强大的功能和特性在教育教学领域获得了较高的关注度,近些年来,在教育信息化的步伐不断向前迈进下,基于虚拟现实技术的虚拟实验系统逐渐应用于各个学科教学中。电学实验在整个初中物理实验的构成中占据了较大的比重,然而在实际的实验教学中,由于电学实验本身存在的危险性、高耗材性以及容易受到课堂时间、场所的限制,学生的实验过程难以保证,相关的实验技能也得不到有效的提升。因此,为了解决初中物理电学实验教学中存在的各种问题,保障学生的实验过程从而锻炼他们的实验能力,本文充分利用了虚拟现实技术以及HTC VIVE设备的优势,为学生构建了一个电学虚拟实验系统,该系统可以使学生不受时间、地点的限制,在相对安全的环境下学习电学基础知识并开展相关的电学实验,除此之外,相较于一般的桌面式虚拟实验系统,该系统不仅提升了沉浸性,也提供了更加多样化的反馈方式和更具真实感的交互体验。本文的主要研究工作如下: (1)设计具有代表性的初中物理电学虚拟实验。在义务教育物理课程标准的指导下深度挖掘初中物理教材,从中选取了“连接串联电路和并联电路”、“练习使用电流表”、“练习使用电压表”、“练习使用滑动变阻器”、“伏安法测电阻”5个基础实验,并结合HTC VIVE的优势和特点,在相关目标和原则指导下进行虚拟实验设计。 (2)针对电学实验过程中的常见错误操作,利用提供了基于视觉、听觉、触觉上的多种反馈。整理了实验过程中学生容易出现的错误操作以及这些错误操作可能引起的后果,并利用HTC VIVE为学生提供集视觉、听觉、触觉为一体的反馈,旨在帮助学生养成符合规范的操作习惯,提高他们的实验能力和安全意识。 (3)基于HTC VIVE设计并开发了具有多功能、多资源、多反馈的初中物理电学虚拟实验系统。根据初中物理电学实验的相关内容并制作了多维度、多表现形式的学习资源并将其嵌入到系统中,根据实验教学的一般流程和相关需求设计并实现了初中物理电学基础知识学习模块、初中物理电学实验方案展示模块、初中物理电学虚拟实验操作模块以及学习成果检测模块。

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： 潜伏期   舒芬太尼   虚拟现实   分娩镇痛   皮质醇   白介素-6  

摘要： 目的探讨潜伏期虚拟现实(VR)技术联合活跃期罗哌卡因-舒芬太尼硬膜外阻滞行阶梯式分娩镇痛对初产妇围产期镇痛效果、焦虑抑郁情绪及分娩应激的影响。方法将130例初产妇按随机数字表法分为两组(每组65例):活跃期硬膜外镇痛组(A组)、潜伏期VR联合活跃期硬膜外镇痛组(B组)。A组潜伏期不进行镇痛;B组于潜伏期宫口开至1 cm时行VR镇痛30 min,两组均于活跃期宫口开至3 cm时行硬膜外罗哌卡因-舒芬太尼镇痛。记录产妇宫口开至1 cm时(T)、宫口开至1 cm后30 min(T)、宫口开至1 cm后1 h(T)、硬膜外给药前(T)、给药后10 min(T)、30 min(T)、1h(T)、2h(T)、宫口开全(T)各时间点疼痛数字评定量表(NRS)评分;T、T、T、产后2h(T)各时间点状态-特质焦虑(STAI)评分;T、T、T、产后3d(T)各时间点爱丁堡产后抑郁量表(EPDS)评分;收集检测T、T、T唾液皮质醇(COR)及白介素-6(IL-6)水平;胎儿娩出后即刻脐动脉血COR及IL-6水平;记录镇痛药物使用量、自控镇痛(PCA)次数、产程时间及产后满意度等。结果与A组相比,B组T及T时NRS评分、T及T时S-AI评分、T时T-AI评分、T及T时EPDS评分、T时唾液COR及IL-6水平均明显降低(P<0.05);B组产后满意率明显高于A组(P<0.05);两组产程时间、脐动脉血COR及IL-6水平、镇痛药物使用量、PCA次数差异及产后满意度均无统计学意义(P>0.05)。结论潜伏期应用VR技术联合活跃期罗哌卡因-舒芬太尼硬膜外阻滞行分娩镇痛,可有效缓解初产妇围产期疼痛、焦虑抑郁及分娩应激,提高产妇产后满意度。

关键词： 虚实结合   虚拟现实技术   BIM技术   土木工程专业   实践教学  

摘要： 目前，土木工程专业教学中，实践教学是一大薄弱环节，主要是受现实条件制约，导致部分实践活动无法开展或是未达到应有的教学效果。本文首先针对我国土木工程专业实践教学面临的问题进行分析，其后详细探讨了“虚实结合”的土木工程专业实践教学模式的构建，最后围绕此教学模式的应用效果加以分析，以期提供参考。

关键词： 肾结石   输尿管软镜   评分系统   结石清除率  

摘要： 回顾性分析我院收治的120例行输尿管软镜（FURS）治疗肾结石患者的临床资料,虚拟现实技术测量的影像学相关数据。单因素分析结果显示结石表面积（S）、肾盂容积（P）、肾盏漏斗部长度（L）、肾盂肾盏高度（H）和结石密度（E）与结石清除率密切相关。根据上述因素构建H.L.P.E.S.评分系统,预测FURS术后结石清除率。H.L.P.E.S.、S.O.L.V.E.评分系统的受试者工作特征曲线下面积分别为0.921、0.754,新的H.L.P.E.S.评分系统具有更高的预测价值。