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数字化技术在环境艺术设计中的应用效果探究

环境工程 2022年第1期40卷 I0081-I0081页

作者：孙蕾武汉设计工程学院

5G、大数据、传感器、人工智能等数字技术的介入,使得环境艺术空间实现了虚实交互的场所互动,环境艺术设计在“技术-空间-社会”多重耦合下被深刻重构,且环境数字化与数字技术环境化趋势愈发显著。如何在数字化技术提供工具的基础上,让... 详细信息

5G、大数据、传感器、人工智能等数字技术的介入,使得环境艺术空间实现了虚实交互的场所互动,环境艺术设计在“技术-空间-社会”多重耦合下被深刻重构,且环境数字化与数字技术环境化趋势愈发显著。如何在数字化技术提供工具的基础上,让环境艺术设计实现从服务工业文明到服务数字文明的转变,以技术驱动催生新的环境空间特征,具有重要的现实意义。数字化技术在环境艺术设计中的功能效果。以城市街道环境空间为依托,以数字化技术为核心技术,将智能语音交互一体机、智能垃圾箱、无人车等数字化设备引入街道环境空间,打造出了智能照明、智能交通等新子空间体系。显然,数字化技术改善了城市街道空间环境的整体基础设施和运营,有助于维护周围环境的整体健康,达到智慧和绿色的状态。

关键词：数字化技术人工智能虚实交互大数据环境艺术设计数字化设备语音交互智能照明

基于DTW和CNN的仿真驾驶手势识别及交互

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重庆理工大学学报（自然科学） 2021年第2期35卷 144-151页

作者：杨尊俭张淑军青岛科技大学信息科学技术学院山东青岛266061

研究仿真驾驶中的手势识别及自动交互,利用Kinect空间编码技术提取人体运动关节信息,采用DTW与深度学习相结合的方法进行手势识别。提出了一种加权的DTW算法,对提取的骨架信息进行分析,实现对连续手势实时的粗粒度识别;对手部信息,通过... 详细信息

研究仿真驾驶中的手势识别及自动交互,利用Kinect空间编码技术提取人体运动关节信息,采用DTW与深度学习相结合的方法进行手势识别。提出了一种加权的DTW算法,对提取的骨架信息进行分析,实现对连续手势实时的粗粒度识别;对手部信息,通过关节点计算提取ROI,利用7层CNN网络对ROI信息进行特征提取并得到手部行为的细粒度识别。利用Unity3D对驾驶场景进行仿真,虚拟环境与用户手势实时交互,实验结果真实有效。

关键词：手势识别虚实交互深度学习动态时间规整

基于增强现实的武器装备维修系统关键技术研究

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飞航导弹 2017年第9期 74-80页

作者：刘帆刘鹏远徐彬彬陆军工程大学

为了克服武器装备在维修过程中存在的原理结构复杂,缺乏形象性指导等问题,对基于增强现实的装备辅助维修系统及其应用现状进行了研究分析。按功能的不同,将该系统划分为四个模块,并对这四个模块涉及的关键技术进行了分析和介绍,总结归... 详细信息

为了克服武器装备在维修过程中存在的原理结构复杂,缺乏形象性指导等问题,对基于增强现实的装备辅助维修系统及其应用现状进行了研究分析。按功能的不同,将该系统划分为四个模块,并对这四个模块涉及的关键技术进行了分析和介绍,总结归纳了当前最新的研究动态和发展趋势。该系统利用增强现实技术的虚实交互特性,使武器装备的维修过程变得直观形象,可以显著提升维修效果,有很大的发展应用潜力。

关键词：武器装备维修增强现实计算机视觉虚实交互

结合3D打印的民航发动机增强现实移动端实验系统开发

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实验技术与管理 2018年第7期35卷 104-108,120页

作者：张青闫国华郭庆赵洪利吴建民中国民航大学航空工程学院天津300300

基于民航发动机航线维护任务,采用3D打印技术结合移动增强现实技术,开发智能化的民航发动机增强现实移动端实验系统,研究发动机建模、增强现实三维实物识别及基于Android移动端的Unity3D人机交互脚本编辑等技术。通过手机摄像头获取3D... 详细信息

基于民航发动机航线维护任务,采用3D打印技术结合移动增强现实技术,开发智能化的民航发动机增强现实移动端实验系统,研究发动机建模、增强现实三维实物识别及基于Android移动端的Unity3D人机交互脚本编辑等技术。通过手机摄像头获取3D打印的发动机模型实物景象,识别成功后在发动机实物模型上叠加显示各类文字信息、粒子效果、维修方法,提示注意事项及维护拆装动作,以虚实叠加的增强信息呈现在学生视野中,以辅助学生学习认知民航发动机原理和结构,为民航相关专业的实验教学提供便利。

关键词：民航发动机增强现实虚实交互

基于增强现实的微创手术机器人术前摆位优化研究

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基于增强现实的微创手术机器人术前摆位优化研究

作者：邱耀哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

机器人辅助微创手术由于手术创伤小,出血量少以及术后恢复快等优点而得到快速发展。但手术机器人结构复杂,有多条自由度冗余的机械臂;同时机器人的工作空间狭小。这些问题造成机器人术前摆位困难,进而对手术的可行性和安全性造成影响。... 详细信息

机器人辅助微创手术由于手术创伤小,出血量少以及术后恢复快等优点而得到快速发展。但手术机器人结构复杂,有多条自由度冗余的机械臂;同时机器人的工作空间狭小。这些问题造成机器人术前摆位困难,进而对手术的可行性和安全性造成影响。因此本文拟解决机器人辅助微创手术中术前摆位这一关键问题。尤其是针对狭窄腔道的微创手术。本文提出依据患者真实体貌特征和身体参数结合多个效能指数的优化方法完成术前摆位优化。同时引入增强现实(Augmented Reality,AR)技术开展手术机器人术前摆位研究。本文首先建立基于患者体表、病灶参数的工作空间模型。然后依据手术切口位置与机械臂远心点重合的关系建立机器人运动学模型。并推导机器人主动关节速度雅克比矩阵。为实现最佳效能的机器人术前摆位提供理论基础。然后从单臂运动性能、多臂协同配合、手术器械和机械臂低碰撞率等方面建立手术机器人优化目标模型,采用基于高斯过程预测的多目标差分进化算法完成机器人术前摆位优化。此外,本文提出基于方向凸包(Oriented Bounding Box,OBB)相交测试的手术机器人实时免碰撞算法以解决术中机械臂碰撞问题。建立各机械臂构件的方向凸包模型,基于OBB相交测试计算各关节最大运动范围,提出碰撞指数的概念以限制各关节运动,最终实现机械臂间免碰撞。其次建立AR环境,以辅助完成机器人术前摆位和模拟手术操作,建立患者的虚拟模型和真实身体之间的位置关系,最终实现AR辅助手术穿刺。此外,本文拟解决AR环境中虚实模型之间交互问题以提升AR环境的沉浸感,包括真实手术器械与虚拟软组织器官,虚拟骨性组织之间的碰撞检测。涉及到软组织形变同时主手产生相应力反馈等。最后针对以上研究内容进行实验验证。首先通过数据对比证明基于高斯过程的多目标优化算法的有效性。其次建立三个不同体型的病人模型,完成术前摆位优化。用真实的手术机器人检验优化结果的性能参数,同时基于虚拟的手术机器人验证手术机器人实时免碰撞算法的有效性。然后建立AR环境,验证AR环境中手术器械的力反馈和软组织形变大小的关系,基于增强现实完成手术切口位置确定,证实AR技术应用于术前摆位的可行性。

关键词：微创手术机器人术前摆位增强现实免碰撞算法虚实交互

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基于生机接口的手部康复系统设计

基于生机接口的手部康复系统设计

作者：房华蕾燕山大学

学位级别：硕士

脑卒中患者80%以上患有手部运动功能障碍,针对不同康复阶段的患者手部运动能力也各不相同,所以不同康复阶段的手部功能障碍患者的康复需求也各不相同。现有手部康复训练系统,通过场景交互或康复机器人辅助等方式对手部功能障碍患者进行... 详细信息

脑卒中患者80%以上患有手部运动功能障碍,针对不同康复阶段的患者手部运动能力也各不相同,所以不同康复阶段的手部功能障碍患者的康复需求也各不相同。现有手部康复训练系统,通过场景交互或康复机器人辅助等方式对手部功能障碍患者进行康复训练,但是只适用于某一康复阶段的手部功能障碍患者,无法满足手部运动功能障碍患者康复训练的不同时期,并且康复训练过程缺乏主动性、康复效率较低,无法满足不同时期患者的康复训练需求。所以,满足不同康复阶段的脑卒中手部功能障碍患者的康复训练系统显得尤为重要。本文针对以上问题,设计了一种基于生机接口的手部虚拟康复系统,在现有生机接口技术用于手部康复训练的研究现状上,将生机接口技术与虚拟现实以及康复机械手技术相结合,形成一种虚实交互的康复训练手段,具备三种覆盖手部康复训练不同时期的康复训练功能以满足不同患病程度的脑卒中手部功能障碍患者,并搭建了基于生机接口的手部虚拟康复系统,并通过实验对三种策略进行了验证,同时对系统进行了测试,并验证了系统的有效性,本文的主要内容描述如下:首先,本文设计了一种基于肌电惯性信号的手部康复训练策略,主要受众是脑卒中恢复期有基本运动能力的患者,即通过场景诱导,对患者进行肌电惯性信号同步采集与分析,通过健侧肌电控制穿戴康复机械手的患侧进行辅助训练,同时通过对惯性信号的分析对患侧患侧手部运动功能进行评估,利用Leap Motion手部追踪技术与患者进行人机交互,提高了患者康复训练的积极性,即通过一种主被动结合的方式提高了脑卒中恢复期手部功能障碍患者康复训练的效率。其次,本文设计了一种基于运动想象的手部康复训练策略,主要受众是脑卒中软瘫期丧失基本运动能力的患者,即通过设计的多场景刺激诱导患者进行运动想象,对采集到的运动想象信号进行预处理、特征提取及意图识别,将识别结果发送至康复机械手,辅助患者进行抓握训练,同时通过设计虚拟场景与患者运动想象进行交互,不仅提高了患者大脑运动功能区神经激活程度,同时通过机械手辅助患者进行训练,为脑卒中软瘫期手部功能障碍患者提供了一种神经康复和物理疗法相结合的康复训练方式。再次,本文针对脑卒中软瘫期到恢复期的过渡期,设计了一种基于双主动模式的康复训练策略,包括肌电、脑电两种康复模式,患者使用其中一种模式进行训练时,系统通过场景参数与人机交互的识别率等反馈结果进行虚拟场景自切换,进而控制康复模式的切换,选择更适合患者的康复训练模式。同时在脑电康复模式下提出了一种针对运动想象的神经功能康复评估方式,以脑地形图的形式显示大脑神经激活程度,更直观的得到患者的康复训练情况。为脑卒中过渡期的手部功能障碍患者提供了一种有效的康复训练手段。最后,本文对于提出的三种康复训练策略搭建了基于生机接口的手部虚拟康复系统,该系统包括硬件平台的搭建和软件平台的功能实现。然后针对三种康复训练策略分别进行了患者和健康受试者的实验测试与验证,通过实验前后的患者和健康受试者的康复训练数据分析及评估结果对比,可得患者和健康受试者的手部运动功能得到明显改善,大脑神经激活程度明显增强,同时肌电和脑电的识别率得到了明显提高,验证了本文提出的三种康复策略的有效性及本系统的实用性。

关键词：手部康复虚实交互生机接口康复机械手康复评估

基于视觉的手势检测与识别算法及其在人机交互中的应用

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基于视觉的手势检测与识别算法及其在人机交互中的应用

作者：张鹏青岛科技大学

学位级别：硕士

随着人机交互技术向着“以人为中心”的多媒体、多模式交互的方向发展,传统的基于键盘、鼠标的交互方式越来越显示出自身的局限性;将基于计算机视觉的手势识别方法融入到新一代人机交互模式中,成为完善人机交互手段的一种新的思路。本... 详细信息

随着人机交互技术向着“以人为中心”的多媒体、多模式交互的方向发展,传统的基于键盘、鼠标的交互方式越来越显示出自身的局限性;将基于计算机视觉的手势识别方法融入到新一代人机交互模式中,成为完善人机交互手段的一种新的思路。本课题面向人机交互应用,针对复杂背景下交互手势的检测方法、手势的特征描述方法、手势识别方法做了深入研究,并在上述研究基础上选取虚拟现实环境为应用背景,建立了一个基于用户手势输入的虚实交互系统,实现了人机之间的友好交互。在手势检测方面,针对实际应用中背景复杂多变的特点,提出基于肤色分割前端优化的Viola-Jones手势检测方法。为排除光照强度变化的影响,在肤色分割模块中实现了在非线性转换YCbCr颜色空间中的手势建模。肤色分割模块的引入,有效地解除了复杂背景对手势检测问题的制约,在一定程度上降低了算法的误检率。在算法实现环节分别通过复杂背景下测试、分类器性能测试、实时性能测试对上述方法进行验证,实验结果表明本文方法对复杂背景下的手势检测较为鲁棒,表现出良好的整体性能。在手势识别方面,选取Hu不变矩作为手势的特征描述,提出结合Hu矩特征和支持向量机(SVM)分类的手势识别算法。Hu矩特征不易受噪声干扰,对检测手势在尺度、旋转角度等方面的变化有较强的适应性。实验环节中上述识别方法在测试样本集上取得了理想的识别率,从而进一步证明选取SVM用于特征分类,可有效地解决手势识别研究中面临的小样本、分类模型推广能力差及参数难以优化等问题。最后在上述研究基础上,将手势检测算法与识别算法结合,实现了对输入手势的自动识别,并选取虚拟现实环境为应用背景,在Visual C++ 6.0环境下建立了一个以用户手势为输入的虚实交互系统,利用对用户手势的识别结果控制虚拟环境中的物体,从而实现了人与虚拟环境的实时、友好交互。

关键词：手势检测肤色分割 Viola-Jones方法手势识别 Hu矩支持向量机虚实交互

带有力反馈功能的增强现实脑穿刺手术训练系统研发

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带有力反馈功能的增强现实脑穿刺手术训练系统研发

作者：苏晓航福州大学

学位级别：硕士

外科手术是治疗疾病的必要手段之一,随着医学的不断发展,医院对外科医生的需求越来越大。目前外科医生普遍通过课堂学习、观摩实践等传统方式进行手术培训,因其训练周期长、成本高,已远远无法满足医院的需求。虽然市面上有一些基于仿真... 详细信息

外科手术是治疗疾病的必要手段之一,随着医学的不断发展,医院对外科医生的需求越来越大。目前外科医生普遍通过课堂学习、观摩实践等传统方式进行手术培训,因其训练周期长、成本高,已远远无法满足医院的需求。虽然市面上有一些基于仿真技术的虚拟手术系统,能在一定程度上解决传统手术培训方式的不足。但是这些虚拟手术系统,要么采用二维视野,可操作性差,要么使用VR沉浸式视野,搭建成本高、长时间使用容易产生疲劳眩晕感。这些问题导致虚拟手术系统并不能在外科医生的培训中得到广泛使用。增强现实(Augmented Reality,简称AR)具有立体视野,交互性强,开发成本低,长时间不会有眩晕感等优点。为解决传统培训方式的不足,克服现有虚拟手术系统的缺点,为医疗机构提供高效、易用、可靠、低成本的手术培训方案。将AR技术与力反馈技术结合起来,以脑穿刺手术为研究案例,开发了带有力反馈功能的AR脑穿刺手术训练系统。主要研究内容如下:1)分析系统的功能需求,提出包含AR视觉交互模块和力反馈交互模块在内的总体开发框架,以实现用实体穿刺针对虚拟颅脑模型进行手术操作。2)开发AR视觉交互模块。第一步先使用图像识别和三维注册算法完成AR融合。之后研究相机自动对焦、相机位姿异常提示和标记图坐标实时平滑处理三种方案,解决AR标记识别稳定性差的问题。紧接着提出“主图+位姿调整”的虚实配准方案,实现虚拟穿刺针和实体穿刺针的高精度配准,解决传统AR配准方案精度不足的问题。通过上述研究,为力觉模块的开发搭建AR环境。3)开发力反馈交互模块。首先通过坐标映射算法实现对力反馈设备的交互控制。然后提出基于AABB包围盒树的碰撞检测方法,解决简单包围盒精度不足和重复包裹的问题。接着根据颅脑组织的结构特点设计其理论反馈力公式。最后,为解决虚实交互问题,提出基于模型代理的方案,将触觉空间与AR空间进行匹配,实现实体穿刺针与虚拟颅脑模型交互时的视、力觉反馈。4)整合AR和力反馈模块,搭建脑穿刺手术训练系统的原型系统,并测试系统各模块功能及工作性能是否满足设计需求。其次进行用户实验,验证系统的有效性。实验结果是使用本系统进行训练的学生,比仅通过视频资料进行学习的学生,能更好地掌握相关手术技能,证明所设计的系统在提升手术培训质量上具有良好的效果。

关键词：虚拟手术系统增强现实力反馈脑穿刺虚实交互

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全息体验情境下新媒体艺术交互逻辑研究

全息体验情境下新媒体艺术交互逻辑研究

作者：张懿丹合肥工业大学

学位级别：硕士

新媒体艺术的表现形式和呈现载体因技术进步而不断革新,新媒体艺术的发展备受关注。当代全息影像技术结合未来趋势大大刺激了新媒体艺术的创新和应用。在新媒体艺术作品中,艺术家们借助一切可行的技术手段来实现对受众感官的综合调度,... 详细信息

新媒体艺术的表现形式和呈现载体因技术进步而不断革新,新媒体艺术的发展备受关注。当代全息影像技术结合未来趋势大大刺激了新媒体艺术的创新和应用。在新媒体艺术作品中,艺术家们借助一切可行的技术手段来实现对受众感官的综合调度,实现全方位多通道的全息体验。受众在欣赏新媒体艺术作品时追求多维度的全息体验,这种趋势对新媒体的交互特性有了更高的要求,也会形成全方位的交互逻辑。本文以“事理学”理论为全新的切入点,分解新媒体交互艺术“事”与“理”的元素,依据不同交互形式中元素的主次性,对审美交互逻辑、行为交互逻辑和虚实交互逻辑三个层面展开探究。在全息体验情境基础上,新媒体艺术的审美主体与客体的关系更为密切,新媒体艺术的体验也趋向现场感,使审美交互逻辑达到主体与客体、情感与情境相互统一的状态。在行为理论基础上,结合实验调研数据,探讨新媒体艺术的行为交互逻辑,总结出行为的互动与再生、隐性与显性关系,促使行为达到合情合理的交互效果。对应剖析虚实交互艺术的呈现形式和技术载体,总结出虚实交互中技术与艺术并存、时间与空间重叠、虚拟与现实互动的逻辑关系,促使新技术与新媒体艺术形成良好的互作用体系。通过研究新媒体艺术的审美交互、行为交互和虚实交互的逻辑关系,构建新媒体艺术交互逻辑的综合模式,探究新媒体艺术交互逻辑的形态多元化特征,为新媒体艺术创作的发展提供理论参考。

关键词：新媒体艺术全息体验审美交互行为交互虚实交互