直感交互人机界面研究综述

直感交互是一种新的人机交互方式,可以让用户在很大程度上减轻认知负荷和情感负担,实现更加自然、高效和愉悦的人机交互,越来越多的研究者开始探索如何将直感交互应用到人机界面设计当中。目前,直感交互已被广泛研究,尽管如此,直感交互人机界面的设计还有大量问题亟须解决。为促进直感交互方向更好的发展,对直感交互原理、设计方法等研究进展进行系统性的总结是必要的。因此,从直觉交互的发展历程出发,对直感使用的相关研究进行了探讨,介绍了直感交互的原理;分析了直感交互设计的原则、工具模型以及评价方法;最后指出了直感交互设计的优势及其目前所面临的难题,指明了未来直感交互人机界面的研究方向。

高校机械工程类专业创新人才培养研究与实践

在分析当前机械工程类专业创新教育现状、创新人才培养目标以及急需解决的关键问题基础上,重点研究“中国制造2025”背景下提升机械工程类专业创新人才培养的主要途径,并结合空军工程大学机械工程类专业创新人才培养的实践,总结归纳在创新人才培养方面的主要经验做法,对高校机械工程类专业创新人才培养具有参考价值。

夜间作战辅助作业中HoloLens2跟踪注册性能提升研究

针对夜间作战辅助作业的迫切需求和HoloLens2在夜间低光照环境中跟踪注册功能失效的现实,并且现有的增强低光照环境下跟踪注册方法没有特别针对HoloLens2开发也并不是真正的夜间低光照环境,提出了使用荧光纹理恢复HoloLens2夜间跟踪注册功能的方法,用于辅助夜战中的辅助作业。首先通过分析HoloLens2的跟踪注册原理,确定了能对HoloLens2跟踪注册产生影响的关键特征为角点;其次测试了HoloLens2在夜间低光照下的跟踪注册性能,确定了HoloLens2能够稳定跟踪注册的最低环境光照度为0.4 Lux;最后设计了不同的纹理,对比了纹理对称性、纹理锐度、轮廓的有无、标记的宽度、特征数量的密度等5种因素对于恢复HoloLens2夜间跟踪注册功能的影响效果,通过分析实验结果,总结出纹理的5条设计原则或建议,用于指导后续的低照度环境项目开发,分别为:不区分对称性;清晰的边缘;拥有包络轮廓;标记像素宽度为10能获得较好的效果;标记宽度相同的前提下,应有尽量多的特征角点。

聚焦实战背景下测量学课程教学模式改革与探索

军事院校开设测量学课程是一门聚焦战场环境测绘与空间位置信息获取的重要教育课程。该文结合教学实践经验,分析聚焦实战背景下测量学课程教学内容和特点,从“向战转型”的实践课教学改革,基于VR的虚实结合课程教学实践,面向战场测绘定位需求的测量实验场地,激发向战热情的课程思政等方面,探讨测量学聚焦“为战育人”教学模式改革实践,在近几年教学实践过程中取得较好的预期效果,提升课程面向实战、紧贴实战的育人属性。

基于PCTBTA的有人/无人协同作战交互任务建模

针对当前有人/无人协同作战任务的复杂化、交互界面的信息量剧增等问题,提出了一种基于PCTB-TA的有人/无人协同作战交互任务模型。该模型关注有人/无人协同作战中外部环境因素对操作员进行人机交互带来的影响以及在这些影响下操作员的缺省任务。首先,综合分析有人/无人协同作战任务流程及其特点,构建交互任务概念模型;其次,确定有人/无人协同作战中5个典型作战任务,对各任务的目标、序列、显示变量、影响因素、操作等概念元进行研究分析,最后,根据有人/无人协同作战概念模型及对概念元的分析,建立动态环境下有人/无人协同作战交互任务模型。相较CTT、GOMS等模型,该模型融入作战中时刻变化的外部因素,能够更好地描述在动态战场环境下有人/无人协同作战交互任务流程,在有人/无人协同作战中为操作人员高效完成交互任务提供理论模型,为未来各类有人/无人协同作战信息系统人机界面的优化设计和研制奠定基础。

微光环境下基于MR的装设备智能提示辅助技术研究

针对微光低照度难以感知物体精确位置信息这一问题,基于MR的智能提示辅助技术,以典型吊装作业为研究对象,分析了吊装作业在吊机转位、吊姿调整、点位对准3个典型阶段的信息感知与操作特点,基于混合现实环境下深度线索、听觉线索等人机交互理论,设计了针对3个典型阶段的混合现实信息辅助方案,进行了人机工效实验,结果表明:精细调整部件位姿阶段,迅速吊装场景和高精度吊装场景最佳使用方案不同;精确对准点位阶段,时间压力不大的情况下,使用闪烁光标和颜色变化的辅助直线是最合适的提示方案。对于经典吊装任务全过程,当吊装精度要求较高但时间压力不大时,最佳的智能提示辅助方案为精细调整部件位姿阶段添加移动式轮廓、辅助直线颜色变化,提高深度感知。

复杂物体连续碰撞检测动态投影分离剔除算法

针对复杂物体间碰撞检测,为提高碰撞检测效率,减少计算量,解决普通算法不直接适用于非凸体等问题,提出了一种连续碰撞检测算法。首先,该算法在初检测阶段利用基于波前法的三角网格生成,对非凸体等复杂物体表面进行网格划分,获取高质量三角形,得到三角形点、线、面参数信息;然后,用动态投影分离剔除法对三角形单元对进行高层剔除,从而剔除掉不可能发生碰撞的三角形;最后,针对可能碰撞的三角形特征对进行精确相交测试,返回发生第一次碰撞时间,完成碰撞检测。经过复杂度分析和实验论证,该算法响应速度快,在结构复杂物体的连续碰撞检测中效率较高,对于非凸体也可适用。

基于ANSYS的真实粗糙表面微观接触分析

基于材料弹塑性变形理论,采用激光测量仪测取零件表面微观形貌数据,使用小波对测量数据进行处理,提取不同层次的粗糙度,利用有限元分析软件ANSYS及其APDL工具,建立真实粗糙表面不同尺度上的微观接触参数化有限元模型,仿真分析了粗糙表面接触的弹塑性变形全过程。提出了基于ANSYS重启动分析、网格重划的多载荷步求解算法,以解决有限元微观接触分析过程中的网格畸变问题。通过通用后处理模块/POST1,提取了有限元分析结果文件中的真实接触面积、接触载荷、接触微凸体个数等接触参数,分析了多种不同粗糙度表面相互接触时接触参数的关系,以及不同尺度的粗糙面对接触参数的影响,为研究结合面的接触机理和连接性能提供了方法。

基于ANSYS的高速角接触球轴承接触分析

针对机床高速角接触球轴承复杂工况下的接触分析问题,首先利用ANSYS软件建立了有限元分析模型对球-平面接触进行有限元分析,将分析结果与赫兹公式理论解进行比较,验证有限元接触分析的正确性;然后分析了网格细化程度对计算精度的影响;最后建立了完整的角接触球轴承参数化模型,分析载荷、转速作用下的应力分布。得出如下结论:随着载荷的增大,每个球与内外圈的接触应力均增大,且与内圈的接触应力大于与外圈的接触应力;随着转速的增大,球与外圈的接触应力增大,而与内圈的接触应力减小。为角接触球轴承耦合热应力等的分析提供了方法。

一种伪装阵地构造方法研究

针对阵地伪装的重要性,提出一种新的伪装阵地构造方法。该方法通过GIS获取阵地地貌信息,以阵地的典型特征地貌为原型,结合各种约束条件提取其地形定量因子构造伪装阵地初始模型。利用随机中点位移法中的菱形-方形网算法进行迭代运算生成随机分形模型,通过加权融合构造出伪装阵地精细模型。对该伪装阵地构造方法进行仿真实验,实验结果表明,该方法有效、可行,能较好地构造伪装阵地。

基于改进弹簧-质点模型的柔性绳索仿真

针对虚拟吊装训练系统中柔性绳索模拟仿真时存在的实时性、逼真程度较差等问题,基于物理建模提出了一种蜂窝状弹簧-质点模型应用于绳索形变仿真.该模型依据绳索细长、柔韧等特点,将传统正方形弹簧质点网格改进为蜂窝状弹簧-质点模型,其由多簇六边形立柱状弹簧-质点包围而成,绳索各部分质量均匀分布,质点间设置4种弹簧模拟绳索内部弯曲、扭转、拉伸等形变特性;为加快求解速度同时保证精度要求,使用改进的Verlet-梯形预测-校正法对数值计算进行求解.仿真结果表明,文中模型是可行的;数值计算结果表明,Verlet-梯形预测-校正法在效率、精度方面均优于其他数值计算方法.

自适应界面视觉搜索认知特性研究

自适应界面中经常遇到调整界面项目区域位置和增大区域面积,吸引用户注意,提高交互效率的情况.本文对自适应界面项目区域位置变化和区域面积增大过程中人的认知特性进行了研究,为自适应界面设计提供依据.设计了工效学实验,使界面自适应项目在中间位置和其他位置进行随机切换,界面自适应项目在原面积界面和增大面积界面之间随机切换,模拟界面元素的自适应过程,要求被试完成视觉搜索任务,记录被试反应时间和正确率.研究表明,在区域位置随机切换条件下,变化方向(上下左右)、变化距离对反应时间均有显著影响;由反应时间随距中心位置距离变化曲线图,眼动热点图,发现被试者对上下方向的变化更敏感;在本文实验条件下,界面项目上下方向自适应变化距离不能超过该方向屏幕尺寸的15%,左右变化不能超过该方向屏幕尺寸的25%;当增大的面积大于原面积的125%时,动态切换因素对反应时间影响显著,所以增大的面积不能超过原面积100%.

基于增强现实的装备诱导维修系统设计与实现

针对目前装备维修过程中存在的复杂度高、上手慢和安全性低等问题,构建了一个诱导维修原型系统,并围绕增强现实关键技术阐述了诱导维修系统的设计与实现;采用了模块化设计方法,通过分析诱导维修系统设计需求,对系统所需要的各个功能模块进行了设计,并且使得系统的维修任务能够根据维修对象的改变在框架不变的前提下得到修改或升级;利用该原型系统对发动机活塞环和离合器片更换两项维修任务进行了诱导,验证了系统的功能。

面向VDT显示界面的视觉舒适度客观描述方法

通过主、客观实验相结合的方法对面向视觉显示终端(VDT)的信息显示界面视觉舒适度的客观描述模型进行研究。以不同色彩组合的仪表界面为测试对象,采集被试者的脑电信号,得到P100和P300幅值、潜伏期以及各频段下的脑波能量P,并对表盘界面进行舒适度主观评分。利用多项式拟合回归,建立视觉舒适度(VC)与FP4和β波能量Pβ之间的数学模型。研究结果表明:通过相关性分析,得到视觉舒适度分别与顶叶P4处的P300幅值FP4(相关系数为0.644,显著性ρ<0.05)、β波能量Pβ(相关系数为0.850,ρ<0.005)及比值P(α+θ)/β(相关系数为-0.872,ρ<0.005)均显著相关。模型显示视觉舒适度与FP4呈正向线性关系,与Pβ呈二次抛物线关系,二者的交互作用与视觉舒适度呈负相关关系。利用该数学模型对视觉舒适度进行客观描述是可行的,同时该模型可用于对VDT视觉显示界面视觉舒适度的评价。

指控舱显控界面字符显示对认知负荷的影响

为研究指控舱显控界面中字符显示方式对人的认知负荷影响性问题,提出一种面向脑力认知负荷的综合评价方法。以舱内显控界面中的二号字体为研究对象,根据正交实验法设计三因素(字符显示密度、显示类型、颜色匹配)三水平的脑电生理实验;以θ波功率和近似熵作为认知负荷评定指标,采用因子方差法定量分析字符显示各因素及其交互作用对认知负荷的影响;结合认知负荷理论对各显示因素的影响机理进行分析。分析结果表明,显示密度、颜色匹配以及显示密度与其它两因素之间的交互作用对认知负荷产生显著影响,其中显示密度的影响高度显著。研究结果可为指控舱显控界面的优化设计与评价提供依据。

面向增强现实的多传感器组合位姿注册算法

持续稳定的准确注册是构建增强现实系统的关键,为提高跟踪注册的稳定性和精度,提出了一种基于互补滤波(CF)和无迹卡尔曼滤波(UKF)的多传感器融合注册方案。该算法采用互补滤波器融合陀螺仪、加速度计和地磁感应计数据估计摄像头姿态;在处理视觉图像时,结合惯性姿态数据进行图像特征匹配;利用UKF融合视觉和惯性数据进行摄像头位置估计。实验表明:该算法在跟踪稳定性、精度、效率和抗干扰能力均优于传统的基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的融合算法。

混合现实军事装备维修系统综述

混合现实维修具有低成本、低风险、高效率的独特优势,是军事装备保障领域的研究热点。介绍了混合现实技术的概念,说明了混合现实维修系统的组成结构和关键技术;阐述了混合现实在军事装备教学训练、战场抢修与智能维修中的应用,重点分析了存在的问题,并给出了解决思路;最后指出了系统智能化、标准化、模块化的发展趋势,并为其在我军的运用提出了意见。

多传感器辅助的快速图像匹配算法

针对现有图像匹配算法效率和精度难以兼顾的问题,提出了多传感器辅助的快速图像匹配算法。该算法利用FAST算法提取特征角点,再利用SIFT算法为特征点生成主方向和描述符;并结合基于点积的相似度度量,利用多传感器输出的姿态数据辅助搜索策略,以完成快速初匹配;最后通过统计特征点距离误差的方法剔除误匹配点,获取最终同名点集。实验表明,该图像匹配算法在效率和精度方面均优于传统的SIFT算法,能够满足增强现实系统对图像匹配算法的精度高、速度快的要求。

基于改进概率路标法的虚拟吊装路径规划

针对高维空间虚拟吊装路径规划困难的问题,利用改进概率路标法对吊装路径进行规划.在考虑吊物摆动的基础上,建立起吊装系统的位姿空间模型;采用均匀随机采样策略使吊装位姿点在位姿空间中均匀分布,改进邻近节点选择方法限制相邻位姿节点的自由度变化数目,建立可行吊装路径概率路线图;以吊装路径最短、运动形式变化最少为优化目标,找出符合吊装操作的最优路径;以此为依据来对操作者的吊装过程进行指导及评价.实验结果表明,该算法能在复杂的虚拟吊装环境中找出一条最优路径并能很好地解决多自由度路径规划问题.

混合现实技术在军事中的应用综述

混合现实技术是虚拟现实技术和增强现实技术的融合发展,具有良好的虚实交融的真实感,已经成为军事相关领域的研究热点。围绕混合现实技术在军事领域的应用,阐述了混合现实的系统原理、关键技术,介绍了混合现实在训练辅助、维修辅助、指挥控制等军事领域的应用现状,总结了存在的问题,最后对其发展趋势进行了展望。