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基于htc vive的初中物理电学虚拟实验系统的设计与实现

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基于HTC VIVE的初中物理电学虚拟实验系统的设计与实现

作者：尹星月华中师范大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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：实验能力初中物理电学实验 htc vive 虚拟现实技术

基于htc vive平台的防化训练虚拟现实系统

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基于HTC Vive平台的防化训练虚拟现实系统

作者：温涵泳华南理工大学

学位级别：硕士

防化事关国家安全与社会稳定,因此培养具有实战经验的防化专业人才倍显重要。由于实际化学污染环境高度危险,利用虚拟现实技术让学员在逼真的三维场景中进行防化模拟训练,无疑是一种高效、安全且容易获取的方案。本文针对防化医学救援... 详细信息

防化事关国家安全与社会稳定,因此培养具有实战经验的防化专业人才倍显重要。由于实际化学污染环境高度危险,利用虚拟现实技术让学员在逼真的三维场景中进行防化模拟训练,无疑是一种高效、安全且容易获取的方案。本文针对防化医学救援行动做了较为全面的需求分析,并设计了一个虚拟现实防化模拟训练系统。对城市街道发生的化学恐怖袭击事故现场中未知气体的侦查检测、中毒伤员的急救处理、现场毒剂采样、受污染环境的消菌杀毒处理以及染毒伤员不同类型伤口的清洗消毒等环节进行了可视与交互仿真。系统具有教学训练功能以及实战考核评价功能。在虚拟现实技术层面,我们根据应用需求基于htc vive虚拟现实硬件设备与Unity3D引擎进行了原型系统开发。着重实现了三维模型创建、集成与呈现方法,探讨了防化处置情境中VR交互方式及其实现细节,描述基于防化医学救援原则的防化处置现场动作流程设计方案。最后,针对实战考核模块设计了情况的随机性和使用者得分评价功能模块。通过用户调查,本系统能够满足防化训练考核的任务需求,系统易用性良好,能够对防化任务实施起到一定辅助作用。

关键词：虚拟现实 htc vive 防化模拟训练

基于htc vive车床CA6140虚拟教学系统的研发

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基于HTC VIVE车床CA6140虚拟教学系统的研发

作者：秦现磊山东建筑大学

学位级别：硕士

随着计算机性能及各方面应用技术的提高,虚拟现实技术(Virtual Reality Technology,简称VR技术),已成为当下最热门的技术之一,尤其2016年更是被定义为VR元年。由于虚拟现实技术具有3I特性:沉浸感(Immersion)、交互性(Interactivity)和... 详细信息

随着计算机性能及各方面应用技术的提高,虚拟现实技术(Virtual Reality Technology,简称VR技术),已成为当下最热门的技术之一,尤其2016年更是被定义为VR元年。由于虚拟现实技术具有3I特性:沉浸感(Immersion)、交互性(Interactivity)和构想性(Imagination),使其继多媒体、计算机网络之后,成为在教育教学培训领域内最具有应用前景的技术。另外,国家“十三五”规划也号召深入推进信息技术与高等教育实验教学深度融合,不断加强高等教育实验教学优质资源建设与应用,着力提高高等教育实验教学质量和实践育人水平。鉴于此,本文以建构主义理论为指导思想,利用虚拟现实技术,以车床CA6140为原型,应用3D建模技术建立车床模型,借助Unity3D引擎开发平台进行环境搭建和车床交互设计,研发了一套基于htc vive桌面式车床CA6140虚拟教学系统,硬件展示设备选择当下流行的htc vive头盔和手柄。与传统通过鼠标和键盘完成交互设计的桌面式虚拟仿真教学软件不同之处,该系统不但具有良好的人机交互性,还具有理想的沉浸性与构想性。本课题研究的主要内容包括以下几个方面:(1)简单介绍了课题问题提出和研究意义,分析了国内外有关车床虚拟仿真教学系统的发展现状,确立了课题目的和研究内容。(2)根据系统理论指导思想确立了系统开发工具的选择,系统结构及开发设计(包括系统结构组成、系统开发流程和系统实现功能)。(3)借助三维建模软件实现了对车床模型建立,深入研究了三维几何建模在计算机中存储状态、SolidWorks建模技巧和装配过程、3ds Max建模技巧和模型优化处理的原则及方法,基于关键帧制作车床动作,将模型由3ds Max载入Unity3D方式和注意事项,Unity3D粒子系统特效在车床切削加工中的应用等。(4)对系统开发过程中的关键技术进行了研究,主要有:基于htc vive虚拟环境的构建,Lighting House定位原理,手柄射线脚本控制碰撞检测,交互UI互设计,Unity3D环境光设置,虚拟车削加工过程和单机版到局域网的实现。(5)在开发平台Unity3D中开发并实现了沉浸式车床虚拟仿真教学系统,包括车床结构认知、刀具认知和附件认知,使用手柄控制模型的拆分、组装、旋转等,选取典型的零件表面进行虚拟安装和机械加工演示。(6)发布.EXE可执行文件,安装htc vive硬件,然后进行系统测试并完善系统功能不足之处,最后完成整个基于htc vive车床CA6140虚拟教学系的研发。

关键词：虚拟现实车床CA6140 机械加工几何建模 htc vive

基于Unity3D与htc vive的校园展示及交互系统实现

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基于Unity3D与HTC Vive的校园展示及交互系统实现

作者：舒俊南昌航空大学

学位级别：硕士

伴随着虚拟现实应用的逐渐深入,人们对于场景的复杂度和真实感要求也越来越高,当前基于传统技术的仿真模拟已经不能满足复杂环境下可视化、真三维的需求,人们更希望构建一个具有逼真可视化效果、能够与虚拟场景交互,具备构想创造性的虚... 详细信息

伴随着虚拟现实应用的逐渐深入,人们对于场景的复杂度和真实感要求也越来越高,当前基于传统技术的仿真模拟已经不能满足复杂环境下可视化、真三维的需求,人们更希望构建一个具有逼真可视化效果、能够与虚拟场景交互,具备构想创造性的虚拟仿真环境。因此,复杂环境下的三维虚拟交互系统研究与应用已经成为虚拟仿真技术研究的热点。本文以校园三维虚拟交互系统设计与开发作为主线,以南昌航空大学校园真实场景为研究实例,以3ds Max作为建模工具完成三维虚拟校园场景中室内外模型的构建。基于Unity3D三维引擎为主要开发平台,结合htc vive交互设备完成原型系统的开发和验证。本文所做的主要内容如下:(1)完成对南昌航空大学校园整体地形、建筑物信息数据采集,在对虚拟场景精细化模型构建分析的基础上,结合校园室内虚拟环境的建模特征和建模要求,采用树状层次建模方法,借助三维可视化建模软件3ds Max、画图软件Auto CAD构建三维模型、搭建三维虚拟场景,依据虚拟现实场景实时显示原理、虚拟场景优化策略,对构建完的虚拟场景优化处理,实现逼真校园室内外场景最终模拟。(2)基于Unity3D三维引擎,对虚拟校园系统进行开发和场景集成,以C#作为脚本开发语言,通过研究虚拟场景实时渲染原理、场景中实体操纵、实时交互等关键技术、实现了校园整体场景游览、校园典型室内场景模块沉浸式交互等系统功能。(3)以htc vive为交互体验平台,实现虚拟校园系统中相机视角的实时自主转换功能,并在头戴式显示器(HMD)中构建沉浸空间,结合Lighthouse基站与Unity3D完成用户在虚拟场景中的沉浸式体验。在实现整个虚拟场景的漫游基础上,重点实现了在校园室内场景中基于htc vive设备进行交互模拟。在教室模块,实现了学生个人信息的动态展示,教室情景对话模拟,通过手柄交互来控制多媒体视频的播放和暂停等功能。图书馆模块,体验者可以体验阅读,沉浸式体验图书信息检索模拟平台。体育馆模块,搭建了全沉浸式投篮训练平台,实现在逼真虚拟场景中的全身心投篮训练。实验室模块,实现了虚拟化学操作体验,通过运用粒子系统来模拟化学实验药品的燃烧效果。以上功能的实现,摆脱了对鼠标、键盘设备的依赖,通过手柄调用、真正实现了虚拟现实的沉浸式交互体验效果。本系统具有交互性、直观性、便捷性,并且具有高度真实感、沉浸感。本系统已实现了预期的功能,应用在学校的宣传展示等方面,达到了预期的目的。

关键词：虚拟现实 Unity3D 3ds Max htc vive 交互设计

基于htc vive的虚拟工业机器人示教编程系统

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广东工业大学学报 2023年第2期40卷 30-38页

作者：何汉武余秋硕聂晖何明桐李晋芳广东工业大学机电工程学院广东广州510006 广东工贸职业技术学院机电工程学院广东广州510510

我国已经成为全球最大的工业机器人消费国,但相关的技术人才缺口正逐年扩大。其重要的原因是工业机器人成本高、操作危险,导致机器人示教编程存在困难。针对这一问题,基于htc vive(由htc公司与VALVE公司合作开发的一款VR设备),将虚拟现... 详细信息

我国已经成为全球最大的工业机器人消费国,但相关的技术人才缺口正逐年扩大。其重要的原因是工业机器人成本高、操作危险,导致机器人示教编程存在困难。针对这一问题,基于htc vive(由htc公司与VALVE公司合作开发的一款VR设备),将虚拟现实(Virtual Reality,VR)技术与机器人示教编程相结合,开发了虚拟工业机器人示教编程系统。首先,分析系统的VR环境特点,为系统的主界面交互设计立体式用户界面(User Interface,UI);然后进行机器人运动学建模,实现直接拖拽机器人的示教方式;运用词法分析、语法分析和语句执行机制,开发虚拟解释器,并实现快速插入式编程的功能;最后,系统实现了可进行复杂轨迹运动的机器人示教编程功能。实验测试表明系统具有良好的交互性,能进行虚拟机器人示教编程操作。本系统操作安全,并可降低机器人示教编程的成本,有助于机器人相关人才的培养、为工业生产中机器人的仿真提供方案等,助力中国制造业的发展。

关键词：虚拟现实机器人示教机器人编程 htc vive

基于htc vive虚拟校园漫步系统——以中山职业技术学院为例

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中国科技信息 2017年第10期 63-64页

作者：陈帼鸾陆雷敏何灵辉卢庆明中山职业技术学院信息工程学院

随着虚拟现实技术的发展和互联网+时代的来临,越来越多的政府机构、商业项目或教育机构考虑采用虚拟现实技术来提高影响力。用于研发虚拟现实的平台有许多,Unity3D作为主流游戏引擎也成为虚拟现实开发的重要载体。本项目以中山职业技术... 详细信息

随着虚拟现实技术的发展和互联网+时代的来临,越来越多的政府机构、商业项目或教育机构考虑采用虚拟现实技术来提高影响力。用于研发虚拟现实的平台有许多,Unity3D作为主流游戏引擎也成为虚拟现实开发的重要载体。本项目以中山职业技术学院校园为研究对象,通过Unity3D平台开发了一款基于htc vive头盔设备的虚拟校园漫游系统,使用户有沉浸式的感受,对学校有更直观的了解。

关键词：虚拟校园漫游系统校园虚拟现实技术计算机应用 htc vive 头盔设备虚拟漫游三维模型空间模型贝塞尔曲线贝济埃曲线中山职业技术学院

基于htc vive的VRED虚拟现实技术开发

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汽车零部件 2024年第3期 52-55页

作者：王国锋唐辉吴光华廖慧红吉利汽车研究院(宁波)有限公司浙江宁波315336

针对传统造型评审过程存在的高成本、长周期、无沉浸感的问题,结合虚拟现实技术及VRED软件,依托htc vive硬件系统及Python语言,开发了一套汽车虚拟现实评审系统。使用结果表明该评审系统能有效扩展虚拟评审功能,增强汽车评审过程中的人... 详细信息

针对传统造型评审过程存在的高成本、长周期、无沉浸感的问题,结合虚拟现实技术及VRED软件,依托htc vive硬件系统及Python语言,开发了一套汽车虚拟现实评审系统。使用结果表明该评审系统能有效扩展虚拟评审功能,增强汽车评审过程中的人与虚拟样机的交互性能,提升评审效率节约研发成本。

关键词：虚拟现实 htc vive VRED 交互

面向ADHD的利用htc vive采集手部运动数据的可行性研究

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计算机测量与控制 2021年第4期29卷 227-232页

作者：邓婉婷战荫伟罗洁广东工业大学计算机学院广州510006 中山大学生物医学工程学院广州510080

虚拟现实技术在辅助注意力缺陷伴多动障碍(ADHD)的客观诊断中取得了一定成效;为了分析ADHD患者与正常儿童在虚拟环境中手部交互的运动差异,需要追踪被试的手部运动并对其进行测量;消费级虚拟现实系统htc vive配有手持控制器,具有运动捕... 详细信息

虚拟现实技术在辅助注意力缺陷伴多动障碍(ADHD)的客观诊断中取得了一定成效;为了分析ADHD患者与正常儿童在虚拟环境中手部交互的运动差异,需要追踪被试的手部运动并对其进行测量;消费级虚拟现实系统htc vive配有手持控制器,具有运动捕捉功能;然而目前临床上还未将手持控制器用于人体手部运动追踪,因此尝试探讨手持控制器用于追踪人体手部运动的可行性,并设计了两个实验;实验一评估htc vive系统追踪手持控制器静置时的位置和旋转精度,分析系统的随机误差;实验二评估系统追踪手持控制器的平移和旋转精度;实验一测量得出:手持控制器静置时在X、Y、Z轴的位置抖动误差均小于0.25 mm,旋转抖动误差均小于0.05°;进而采用艾伦方差方法对实测数据进行分析,得到系统量化噪声、零偏不稳定性、速率斜坡等主要误差项系数;实验二测量得出:手持控制器绕X、Y、Z轴的旋转误差均小于0.35°,沿X、Y、Z轴的平移误差均小于3 mm;实验结果表明:htc vive系统可用于采集人体的手部运动数据,为辅助ADHD患者的客观诊断提供了可靠的基础支持。

关键词： ADHD htc vive 手部运动数据艾伦方差方法

基于htc vive的双手协同虚拟拆卸系统

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起重运输机械 2024年第20期 76-81页

作者：张博杨艳芳武汉宝熠德工程技术有限公司武汉430000 武汉理工大学物流工程学院武汉430063

为了解决当前鼠标交互拆卸沉浸感不足、单手柄交互拆卸不满足实际并行拆卸的情况以及单手柄拆卸体积过大零件不符合拆卸实际等问题,文中基于htcvive硬件设备提出双手协同拆卸的虚拟拆卸方案,构建双手协同的虚拟拆卸系统。首先,针对双手... 详细信息

为了解决当前鼠标交互拆卸沉浸感不足、单手柄交互拆卸不满足实际并行拆卸的情况以及单手柄拆卸体积过大零件不符合拆卸实际等问题,文中基于htcvive硬件设备提出双手协同拆卸的虚拟拆卸方案,构建双手协同的虚拟拆卸系统。首先,针对双手协同拆卸逻辑,研究了拆卸过程中零部件与手柄的坐标满足一致性的拾取流程;然后运用虚拟现实开发引擎Unity 3D,以减速器为例开发了基于htc vive的双手协同虚拟拆卸系统,验证了该方案的可行性和有效性。

关键词：虚拟拆卸系统 htc vive 双手协同 Unity 3D 减速器