沉浸式3D虚拟仿真实验平台构建

为解决传统实践教学在时间、空间上的局限性,增强实践教学的互动性,以虚拟智慧城市中的物联网创新应用为研究对象,结合虚拟现实技术,在实验内容和教学模式中融入价值创造和创业素养,构建融入“创新实验路径”和“多层次综合实验项目”的物联网专业沉浸式3D虚拟仿真实验平台。采用布鲁姆教学目标分类法设计3D虚拟仿真实验教学目标,并按照IAPVE的实施模型,构建基于3D虚拟仿真实验平台的教学实施模型和考核评价模型。实施结果表明,该3D虚拟仿真实验平台及教学实施和考核评价模型可指导实践教学改革,实现学生综合能力的全面协同提升。

3D建模在播种机产品设计上三维艺术仿真

以SolidWorks2015仿真软件设计播种机为例,通过引入三维艺术,完成了播种机零部件结构的设计,并通过修改零部件特征完成了播种机3D模型和整机装配。经过SolidWorks 3D虚拟建模和装配,得出了如下结论:利用Solidworks2015对播种机进行3D建模和装配,符合播种机实际生产制造流程。

基于Unity3D的矿井火灾监测与防治虚拟仿真试验系统

为更好地开展矿业安全类专业试验实践教学和培训,培养安全应急一流复合型拔尖人才,设计一种基于Unity3D的矿井火灾监测与防治虚拟仿真试验教学系统。首先,采用3ds Max建立仿真模型,构建矿井火灾监测防治试验系统总体框架;其次,开展外因火灾监测与远程自动控制救灾风门应急处置、内因火灾监测与温控胞衣阻化剂防灭火应急防控等人机交互试验实训;最后,建立综合评测的试验评价体系用于考核评估。结果表明:该试验系统具备虚拟现实沉浸性、交互性、构想性的技术特点,利于打造井下三维虚拟仿真场景,逼真展示矿井火灾演变过程;在试验与实训方面,可以突破传统模式在时间、空间、安全、资源等方面的限制,提供自主学习与多元评价方式。

基于Unity3D的电子电路交互仿真教学平台的设计

传统的二维虚拟仿真呈现形式平面化,不能交互并实时反馈信息,已经无法满足当今实训教学需求。针对上述问题,提出利用Unity3D的强大功能开发桌面型交互仿真教学平台。首先,利用3DS MAX完成电路板及常用电子元器件模型的构建并将其导入Unity3D中。然后,利用Unity3D实现电子电路的元器件插装、焊接连线及功能调试等交互仿真功能,实现逼真的电子电路实训教学效果。

肾及肾上腺肿瘤高仿真3D打印模型在泌尿外科住院医师规范化培训教学中的应用效果

目的探讨肾及肾上腺肿瘤高仿真3D打印模型在泌尿外科住院医师规范化培训教学中的应用效果。方法将40名参加泌尿外科住院医师规范化培训的医师随机分为试验组和对照组,每组20名。收集肾及肾上腺肿瘤的CT影像资料,打印成高仿真3D模型。给予对照组传统教学,给予试验组传统教学联合高仿真3D打印模型教学。教学结束后,比较两组医师的理论知识考核成绩和对教学方法的评价。结果试验组医师的理论知识考核成绩,以及学习兴趣、解剖认识、知识记忆、医患沟通、临床思维、教学满意度条目得分高于对照组(P<0.05)。结论高仿真3D打印模型可以直观展示肾及肾上腺肿瘤的立体解剖结构,有助于加深医师对相关知识的理解、记忆,提高教学质量,是一种有效的教学方法。

新工科背景下高分子材料课程仿真实验建设——以3D打印虚拟仿真为例

随着社会的发展和科技的进步,新工科教育对高等工程教育提出了新的要求。虚拟仿真实验具有实验不受时空限制、节约耗材、安全易行的优点。高分子材料是支撑战略性新兴产业和重大工程不可或缺的物质基础,将虚拟仿真实验引入高分子材料课程实验教学,实现学生自主学习和自主实验,加深对材料、纺织和服装等纤维制造相关领域知识的融合理解,提升专业自信和岗位能力,为学生创建一个具有设备认知、原理学习、模拟训练、实验操作、数据交互、综合考核等功能的综合平台,在教学中获得了良好的效果。

基于Unity3D的档案抓取机械臂仿真系统设计与实现

随着工业领域对无人化和自动化的需求增加,多自由度机械臂在工业领域应用越来越广泛。基于Unity3D设计了一个六轴机械臂仿真系统应用于实体档案管理领域,该系统允许用户通过软件界面对虚拟机械臂进行运动控制,并实现机械臂以及末端夹具和工作环境之间的碰撞检测,确保系统安全执行任务。系统采用UGUI实现交互界面,使用Unity矩阵、向量接口实现正逆运动学算法,并使用Articulation动力学组件实现运动控制。针对碰撞问题,采用BoxCollider组件及OBB相交检测算法。给出了基于Unity3D的仿真界面图,并通过实例验证该系统能够安全平稳地执行任务。

基于Unity 3D智能制造产线虚拟仿真实训系统研究与实现

针对智能生产线建设资金投入大、运行维护成本高、系统复杂,难以直观呈现产线集成原理、工作过程、设备结构,实训风险大且工位不足等痛点难点问题,以某实际智能生产线为原型,运用UG和3Ds Max对智能生产线全部设备进行模型构建及部分动作动画还原,利用Photoshop和Adobe Illustrator进行模型贴图处理和UI界面设计,利用Axure进行软件原型的设计,使用C#语言及Visual Studio完成代码编写,最终基于Unity 3D平台开发了一套沉浸感强、交互性好的虚拟仿真实训系统,使学习者能够直观、便捷地开展体验式学习,全面掌握智能制造的操作流程与运行原理,实现理论与实践、现实与虚拟的深度融合。

基于Unity3D的光电效应虚拟仿真实验平台设计与开发

随着虚拟仿真实验教学进入2.0阶段,对虚拟仿真实验平台的开发提出了更高要求,光电效应实验具有专业性强、知识学习与科研探索相衔接的特点,对创新型人才培养具有重要意义,本文应用Unity3D软件完成光电效应虚拟仿真实验的开发,在Visual Studio开发工具集中完成C#脚本语言的撰写和驱动,借助可视化学习分析实现实验数据分布规律表征,呈现清晰直观的物理量关联关系,实现泛平台泛终端光电效应虚拟仿真实验平台开发,深入物理空间与虚拟空间融合,推动创新型人才培养由信息化向数字化转变。

基于Unity3D的草坪毯修补机器人半物理仿真系统

机电一体化纺织机械的研发普遍存在现场调试工作量大、周期长及成本高等问题,针对目前主流仿真软件存在的三维展示效果差,或实时性不足,或无法连接机械电子软件进行综合仿真等缺点,研究设计了一套半物理仿真系统。基于Unity3D虚拟现实引擎搭建了仿真平台,以仿真电路板为载体,实现了虚拟机械与控制系统间数据的实时交互;以草坪毯自动修补机器人为仿真对象,证明该半物理仿真系统具有较好的实时性及三维展示效果;通过输出修补机器人关键结构的运动时序图、空间轨迹图,验证了修补机器人机电系统的工艺仿真可行性,可替代部分现场调试工作,减少工作量、缩短研发周期、节约成本,提高设备的研发效率。

3D虚拟仿真传染病教学系统的构建实施和效果评价

目的研究3D(three-dimensional,3D)虚拟仿真(virtual reality,VR)教学系统的构建实施和在呼吸道传染病教学中的应用效果。方法选择首都医科大学2019级临床医学(5+3)专业两个班的68名见习学生为研究对象。随机分为试验组和对照组,每组34名学生。对照组采用多媒体方法见习,试验组采用3D虚拟仿真教学系统见习,采用随堂考试和课程满意度调查问卷评价教学效果。结果试验组随堂考试成绩和课程满意度高于对照组,答题时间少于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。试验组在提升学习兴趣、突出重点知识、提高临床思维能力、沉浸式学习、提高学习效率、愿意推荐给同学、提升课程参与积极性等方面评分高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论当临床见习缺乏真实传染病病例时,3D虚拟仿真传染病教学系统可以作为弥补再现临床病例,在传染病见习中有一定应用价值。

基于3D几何特征深度表达学习的物理系统仿真

针对现有深度学习方法在物理系统仿真中无法处理几何边界与初始条件同时变化的场景的问题,提出将几何边界约束的表达与物理系统仿真解耦的技术思路,设计了几何特征表达学习和物理系统仿真双步骤的技术路线。在构建与外部物理条件无关的几何特征提取模块之后,融合提取的几何特征与物理特征,最后设计基于神经网络的物理系统仿真方法。在应力场预测实验中,所提方法的预测时间为2.63 ms,远低于有限元法(FEM)的0.6 s,且平均绝对误差(MAE)仅为MeshNet的0.389倍。实验结果表明,所提方法能够保持较高仿真精度,同时能够较好地适应不同的几何边界与初始条件。

基于Unity3D的轨旁信号设备虚拟仿真培训平台设计

研发了基于Unity3D轨旁四类信号设备虚拟仿真培训平台,设计了三维展示、动画演示和互动考评三个主要功能模块。首先利用Autodesk Revit对轨旁信号设备精细化建模,在Unity3D引擎中使用C#脚本语言控制模型三维展示;然后使用开源动画组件Animator Controller制作多场景任务演示动画;最后运用碰撞检测原理和鼠标拖拽事件对三维模型进行拼接组装,对设备更换流程考评。研究表明,该培训平台课改善了传统培训效率低、二维图纸空间感差等问题,增强了沉浸感,可满足检修人员的知识培训、模拟训练等需求,为轨旁信号设备培训提供了新手段。

基于Style3D技术的甪直水乡妇女服饰虚拟仿真研究

甪直水乡妇女服饰是具有典型特色的中国传统地方服饰,随着现代社会的发展,目前的影响力正逐渐式微。文章通过爬梳文献和实地考察甪直水乡妇女服饰博物馆,对各部件服装的服制特色进行梳理与分析。在此基础上,运用服装CAD软件绘制样板,运用Style 3D软件实现服装的虚拟仿真,包括细节配饰和纹样色彩的还原,为虚拟仿真中遇到的问题提出可行的解决方案。结果表明,文章所提出的数字化虚拟技术是一种有效的传统服饰传承方式,为发展和保护中国传统地方服饰文化拓宽了途径和思路。

基于Unity3D的卷绕机半物理仿真系统研究

机电一体化产品在研发过程中普遍面临现场调试工作量大、周期长和成本高等问题,而且目前主流的仿真软件功能较为单一。因此,研究设计了一套兼具实时性和三维展示效果、能够连接机械电子软件的半物理仿真系统。其以卷绕机为仿真对象,利用Unity3D搭建虚拟仿真平台,通过电路板实现虚拟仿真平台与控制系统间数据的实时交互。通过输出卷绕过程中关键结构的运动时序和空间轨迹图,验证了卷绕机机电系统的工艺仿真可行性。研究结果表明,该系统可替代部分现场调试工作,提高研发效率。

3D打印TPU气道支架的有限元仿真分析及其力学性能

气道支架的可压缩性直接影响手术操作,植入后与气道的相互作用力对临床疗效影响大,开展支架植入气道的力学性能仿真分析可为产品研发和临床应用提供参考。采用计算机软件构建气道支架3D模型,以热塑性聚氨酯弹性体为打印材料,熔融沉积3D打印制备挤出率和壁厚不同的气道支架,采用万能试验机测试其支撑力、压缩强度和压缩弹性缩量,对支架植入气道狭窄简化模型中的受力情况进行有限元仿真分析。随着径向压缩率增大,支架的压缩强度和径向支撑力呈上升趋势,压缩弹性模量呈现下降趋势;随着打印挤出率的增大,支架中丝材堆积更紧密,压缩弹性模量、压缩强度和径向支撑力均呈上升趋势。有限元仿真分析结果表明,随着壁厚增加,支架变形困难,产生的支撑力增大;随着狭窄率的增加,支架所受压迫力增大,应力集中与支架变形能力、气道狭窄情况密切有关。

基于DEM和3D重构技术的超薄抗滑封层混凝土细观压实仿真

为了研究超薄抗滑封层混凝土的压实机理与碎石分布,通过CT扫描和3D重构技术对真实的碎石颗粒进行轮廓扫描和三维重建。在此基础上利用EDEM离散元软件建立凸多面体颗粒和压实模型,从颗粒接触动力学角度分析压实过程中颗粒排布、接触力以及配位数的变化。结果表明:由三维重构模型得到的碎石洒布空隙率与实际一致。压实前、后颗粒接触拓扑图的颜色、粗细程度的演化反映出颗粒碰撞的程度。同时在压实荷载作用下,颗粒的平均接触力和配位数逐渐增加并趋于稳定。因此碎石颗粒能够形成稳固的嵌挤结构,从而保障路面的抗滑性能和抗剥落性能。

Mimics仿真软件结合3D打印技术在骨科实习教学中的应用

目的探讨Mimics医学仿真软件结合3D打印技术在骨科本科生临床实习中的应用效果。方法选取2017级、2018级临床医学专业共105名实习生作为研究对象。2018级临床医学本科生41人作为试验组,2017级临床医学本科生64人为对照组。试验组接受Mimics仿真软件培训及3D打印教学,对照组接受传统床边临床带教。对两组学生进行问卷调查,了解学习效果以及骨科实习满意度评估。结果问卷调查结果显示,试验组学生学习效果更好,在PACS系统的应用(3.68±0.52 vs.2.53±0.87)、Mimics软件建模能力(3.54±0.60 vs.1.97±0.89)以及应用3D打印技术能力(3.54±0.55 vs.1.88±0.88)均高于对照组;且相较于对照组对骨科实习整体满意度更高(3.98±0.16 vs.3.09±0.29)(P<0.001)。结论骨科本科生临床实习中应用Mimics仿真软件结合3D打印教学,可提高本科生仿真软件应用能力,提高骨科临床实习教学质量及满意度。

Sectra 3D实时重建虚拟仿真系统在脊柱外科规培医师胸腰椎手术培训中的应用效果分析

目的:分析Sectra 3D实时重建虚拟仿真系统在脊柱外科规培医师胸腰椎骨折手术培训中的应用效果。方法:选取2022年1月—2023年10月茂名市人民医院经过外科理论和技能培训的60名外科医师为研究对象,将2022年1—11月入脊柱外科规培的30名医师作为对照组,采用传统教学方法;将2022年12月—2023年10月入脊柱外科规培的30名医师作为研究组,在对照组基础上采用Sectra 3D实时重建虚拟仿真系统辅助教学。比较两组规培医师在椎弓根螺钉植入手术理论成绩、实操过程中螺钉引导针穿刺准确性、一次穿刺成功率、穿刺时间、培训后评价等指标。结果:研究组规培医师的理论成绩、穿刺准确性、一次穿刺成功率、穿刺时间、教学评价均优于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论:Sectra 3D实时重建虚拟仿真系统在医学教育和临床实践中具有明显的重要应用前景,值得推广使用。

基于Simulink与Unity3D的制导弹药弹道可视化仿真

针对制导弹药的弹道可视化仿真中,观察视角单一,场景搭建简陋,无法模拟战场环境下制导弹药在攻击中的动态过程等问题,提出一种制导弹药弹道可视化模型的搭建方法;以某型激光制导弹药为对象,基于Simulink与Unity3D软件建立了联合仿真模型,采用Matlab/Simulink软件构建六自由度弹道仿真模型,采用Unity3D搭建包括制导弹药、目标和战场环境在内的三维场景,采用UDP通信协议将Simulink中的仿真数据传输到Unity3D中,提出一种数值可视化技术,能同时观察制导弹药的飞行姿态和仿真数值结果,实现制导弹药在战场环境下的弹道可视化仿真;将制导弹药参数加载到仿真模型中,对不同状态的目标进行了模拟攻击实验,实验结果显示,该仿真模型能够多视角、全方位地显示制导弹药的飞行姿态、弹道和过载情况,对于需要修改参数以逼近实战条件下的攻击过程,每次修正都能立刻通过可视化平台查看和验证修改结果;该可视化仿真模型为制导弹药的可视化仿真提供了便利的方法,对制导弹药的设计和作战使用具有一定的参考作用。