虚拟可导航空间下的数据叙事设计研究

针对传统数据可视化的传播困境,探究新媒体语境下数据与叙事的融合特征及设计方法。将数据叙事的研究范畴从二维平面空间拓展至虚拟可导航空间,探讨沉浸性、参与度、情感化对叙事效果的赋能,并基于疫情数据开展设计实践。从叙事结构、数据交互、视觉编码三个设计维度构建了策略模型,为多元化的数据空间体验提供参考思路。研究成果对于帮助人们深刻感知、理解及保存文化数据具有重要意义。

空间导航参考系研究进展

空间导航是基于自身位置和外在环境构建复杂的认知地图,从而实现正确导航的过程。人类将同种异体中心和自我中心2种不同的参考系相结合,进行路线规划,导航到正确的目的地。空间导航能力与飞行安全密切相关,近几十年来国内外空军一直在对飞行空间定向障碍进行研究和实践,但至今因飞行空间定向障碍造成的严重飞行事故仍然非常严重,也是A级飞行事故的主要原因。笔者综述不同空间导航参考系相关脑区的激活信息以及空间参考系在导航中的作用,从而探究人类导航与空间参考系之间的关系。基于现有研究,使用合适手段,如静息态功能磁共振等,对脑区激活和信息传导进行进一步研究,可以为选择合适的人群从事飞行等空间导航相关工作提供依据,对为飞行员制定个性化的空间导航能力训练方案具有现实意义。

基于静息态功能磁共振成像的空间导航脑功能连接研究

目的:探讨不同空间导航能力人群全脑各个脑区之间功能连接(FC)的特点,揭示空间导航可能的神经影像学机制。方法:前瞻性选取2020年9月至2021年9月解放军陆军边海防学院的100名大学生进行空间导航能力的测试,将测试结果优秀的前25名大学生纳入空间导航能力极好(GN)组,测试结果最差的25名纳入空间导航能力极差(PN)组,采集两组的脑部静息态功能磁共振成像(fMRI)及数据。计算GN组和PN组之间以左侧眶部额上回、左侧枕下回、右侧枕中回为感兴趣区域(ROI)与大脑中其他脑区FC值的差异。结果:相较于GN组,PN组某些脑区FC值减弱。所减弱的脑区主要包括左侧眶部额上回与左侧顶骨下方除了缘上回和角回的脑回、左侧缘上回。左侧枕下回与双侧舌回、双侧矩状裂及其周围皮层。右侧枕中回与双侧楔叶、双侧楔前叶、双侧扣带回中部及其侧面环绕的脑回、右侧矩状裂及其周围皮层。结论:正常人群间的空间导航能力存在显著差异,并且空间导航GN组与空间导航PN组多个与情绪记忆及视觉信息处理相关的脑区之间FC值存在差异,可为揭示空间导航相关的神经机制提供依据。

多重空间尺度的神经表征

空间环境具有多重尺度特性,具体分成可操作的近尺度空间、可导航的单视点空间和环境空间,以及大尺度的地理空间,有效表征不同尺度的空间环境对于人和动物的日常生活至关重要。空间尺度的表征与其对应的功能需求有关,近尺度空间表征由顶叶负责;可导航空间表征在海马和皮层都表现出从后往前的“由粗到细”的梯度性;抽象社会空间的尺度表征则表现出二分性。未来研究应关注空间尺度表征的时间动态性及其对认知地图存在形式的影响。

空间导航的脑网络基础和调控机制

空间导航在生活中时刻发生,空间能力衰退是阿尔兹海默症的重要早期表现。早期关于空间导航神经机制的研究主要关注单个脑区的特异性功能,但这些脑区如何交互以整合不同模态的信息支持复杂导航行为尚不清楚。脑成像技术、脑网络建模方法和神经调控手段的发展,为在脑网络水平理解人类空间导航的认知神经机制提供了重要研究手段。本研究试图融合空间导航认知神经机制研究的最新进展,借助脑网络建模、大数据分析、微电流刺激等前沿研究手段,研究空间导航脑网络的关键拓扑属性特征(如模块化、核心节点等),探寻该功能特异性神经网络的重要影响因素和调控机制,并构建空间导航的脑网络理论模型。研究成果将有利于理解人类复杂导航行为的脑网络基础,为阿尔兹海默症等相关认知障碍脑疾病的筛查和诊断提供重要参考。

基于卷积神经网络的空间导航信号自动抗干扰技术研究

由于空间导航信号在传输过程中易受其他信号的干扰,为此构建基于卷积神经网络的空间导航信号自动抗干扰模型。利用卷积层的局部过滤器,对输入的信号内积计算,将维数值传输至池化层局部求平均值,提取特征信号;对有用信号实施波束保形,使得在抑制干扰信号的同时保护有用信号,计算空间导航信号信噪比。由信道、天线阵面、自适应处理模块和组合定位系统构建自动抗干扰模型,实现对干扰信号的自动抑制。仿真实验结果表明,所提方法可对干扰信号精准估计,并将误差控制在最小,实现了确保有用信号不被破坏的前提下对干扰信号的有效抑制。

空间导航能力个体差异的多层次形成机制

空间导航活动时刻在我们的生活中发生,导航能力在人群中表现出显著的个体差异,其衰退也是阿尔兹海默症等认知障碍脑疾病的重要早期行为学表现。以往研究考察了空间导航能力个体差异的认知行为特征和相关神经基础,但关于个体差异的成因尚不明确。本研究通过综述近10年的研究进展,从二因素论的视角出发,总结了空间导航个体差异的关键遗传和环境因素及其作用机制,初步建立了空间导航的遗传/环境−大脑网络−认知和行为的通路模型,并对未来发展方向提出展望。该通路模型的完善有助于我们理解空间导航的形成与发展规律,为相关因果机制研究提供理论基础和全面视角,同时对进一步探索空间导航在认知障碍等脑疾病中的潜在临床应用具有重要的应用价值。

时空感知和路标线索对认知地图空间信息的影响

空间导航的时空特性与认知地图密切关联。采用路径整合范式,通过路径距离判断任务和草图绘制任务测量认知地图的空间信息,探索空间导航中时空感知与路标线索对空间信息加工的影响。结果显示:(1)时空感知仅影响空间信息精确性,即时空感知跨度较长时,路径距离判断精确性较差而转弯角度判断精确性较好;(2)路标线索增强了时空感知对路径距离判断的精确性,但降低了转弯角度判断的精确性。也就是说,认知地图空间信息加工受到导航时空特性的影响,即直线加工受速度知觉调节的时空感知影响,转弯加工受时间知觉影响。这一结论对理解个体空间导航的认知加工过程具有重要意义。

实地导航训练提高大脑功能连接模式稳定性

空间导航主要依赖于两种空间表征:自我中心参照表征与环境中心参照表征。然而,个体在现实环境中的空间导航能力提升与这两种空间表征存在何种关联仍未可知。为此,本研究结合行为测量与功能核磁共振技术(fMRI),对非熟悉环境实地空间导航训练前后个体空间导航能力和大脑全局性功能连接模式的改变进行分析,系统考察个体实地空间导航能力提高的内在神经机制。研究结果发现,训练组被试在训练后进行空间导航任务时,自我中心参照表征的核心脑区——顶上小叶(SPL)的神经活动显著增强。更为重要地,训练显著提高了以SPL为核心的全脑功能连接模式的稳定性,且与个体导航任务表现的提高呈正相关。上述结果表明,实地空间导航能力的提高与自我中心参照表征的增强存在密切关联,并进一步表现为SPL与全脑其他区域的信息交互通路的固化。

多功能闭合式迷宫空间认知能力评价与应用

针对空间学习记忆测试仪器的局限性,自主研发了1款多功能闭合式迷宫,该迷宫由圆形实验箱体、摄像头及电路控制系统组成,可实现远程实验动物行为学监测。利用该系统对吗啡成瘾与戒断空间学习记忆行为学进行测试和验证:皮下注射吗啡10 mg/kg,每天2次,连续9 d建立吗啡成瘾大鼠模型;第12 d开始自然戒断,对照组给予等体积生理盐水,比较第11、13、15、17 d 2组动物空间认知能力变化。测试结果表明,在第11 d和第13 d的观察期间,吗啡组相较于对照组在目标区域的停留时间显著增长;在第15 d和第17 d的观察期间,2组实验动物在目标区域的停留时间无统计学差异,基于大鼠的成瘾和戒断行为可在系统中稳定训练完成。实验表明该多功能闭合式迷宫能满足对实验动物的空间导航认知能力的评价,且有较好的应用效果。

虚拟可导航空间与情感体验:可视化作为数字新闻核心叙事的中国经验与理论前瞻

数字新闻创新性的重要变化之一,在于可视化从过往新闻文本的文字内容点缀逐渐成为数字新闻产品的核心叙事。在系统梳理这一变化的技术文化背景基础上,本研究重点分析了可视化作为数字新闻核心叙事的中国经验,归纳出九大类数字新闻可视化实践,以及如何通过滑屏和感官沉浸凸显出可视化新闻叙事的情感体验,并对可视化新闻叙事生成的"虚拟可导航空间"的特征和理论价值进行了前瞻性讨论。

一种基于导航误差空间的无人水下航行器路径规划方法

无人水下航行器(UUV)的传统路径规划方法常忽略对路径安全有重要影响的导航误差约束。针对此问题,将导航误差引入环境模型中,提出一种基于导航误差空间(NES)的全局路径规划方法。NES综合自身位置、导航误差和环境信息,将随机导航误差转化为有确定代价的约束条件。提出符合实际导航特点的导航误差传递模型,并采用圆概率偏差(CEP)评估导航精度。目标代价同时考虑了路径长度和航行安全性等因素。运用改进A*算法进行路径搜索,获得最优路径。数字海洋环境仿真实验表明,提出的规划算法简便、快速,可有效降低路径的安全风险。

年轻人海马亚区体积与空间导航的相关性研究

目的本文旨在研究正常年轻人性别对其空间导航能力的影响及其与海马亚区体积的联系。方法招募63名正常年轻志愿者进行空间导航测试及头颅磁共振检查,并通过Free Surfer软件分割及计算海马亚区体积。全部受试者按照性别分为两组。将有差异的空间导航能力值与海马亚区体积做偏相关分析。结果正常年轻人中男性的综合空间导航能力较女性的差(P=0.047),这种差异与由于右侧海马前下托(r=0.313,P=0.013)和下托(r=0.262,P=0.040)的体积较小有关。结论在健康年轻人中,男女的综合空间导航能力有差异,这可能是由于右侧海马前下托与下托的体积差异引起的,这一研究强调了空间导航能力与海马亚区之间的关系,为下一步更细致地揭示空间导航差异的结构与功能基础打下了良好的基础。

一种面向移动导航设备的电子地图空间索引结构

传统的R-tree系列和四叉树系列对数据对象的多级显示没有给予足够的支持,在小比例尺地图的显示过程中,影响了检索效率.即使是支持多级显示的R-tree的各种变形,也由于对资源的要求而不能满足嵌入式设备的应用需求.针对嵌入式设备数据I/O的特点,从地图数据的分级显示、顺序与批量访问、索引数据的优化等多方面入手,提出了一种基于多级Hilbert网格的线性索引结构.实验证明该索引结构在空间利用率和查询性能等方面与传统的空间索引技术相比有明显的改善,并在上海市交通信息网格移动交通信息服务终端上获得了良好的实施效果.

X射线脉冲星空间导航虚拟实验平台的研制

为满足天文学、航空航天科学技术及其他相关专业教学及硕士、博士研究生对X射线脉冲星空间导航实验的需要，设计了X射线脉冲星空间导航虚拟实验平台系统。系统由x射线脉冲星虚拟观测平台、X射线脉冲星观测数据模拟器、XPNAV实验平台及实验系统控制平台4部分构成。虚拟观测平台下载HEASARC观测数据并进行数据预处理，观测数据模拟器提供多路同步观测的X射线脉冲星观测数据，XP-NAV实验平台配置集成仿真环境并设计组态化工具。

空间稳定惯性导航系统中陀螺仪漂移模型系数的辨识

陀螺仪的漂移误差是空间稳定惯性导航系统的主要误差源,对漂移模型系数的准确辨识是保证系统实现长时间、高精度自主导航的关键．独立标定陀螺仪的数据无法全面反映陀螺仪在系统中的特性,必须在系统中实现对陀螺仪漂移模型系数的辨识,为此,分析了系统稳定平台坐标系随动于陀螺坐标系的运动过程,推导出稳定平台的运动微分方程,建立了以陀螺仪漂移模型系数为状态变量的系统方程；以平台上加速度计的输出为观测量,采用扩展卡尔曼滤波器对陀螺仪漂移系数进行估计．仿真实验结果表明,新的陀螺仪漂移系数辨识方法是有效的和准确的．

基于非开普勒轨道的高超声速临近空间飞行器自主天文导航研究

针对航天器自主导航方法不适合高超声速临近空间飞行器的问题,研究了基于非开普勒轨道的高超声速临近空间飞行器自主天文导航方案.论述了基于非开普勒轨道的自主天文导航机理,通过对高超声速临近空间飞行器受力分析,建立了动力学方程;利用矢量倒数法则推导出空间运动方程;设计了基于非开普勒轨道的状态模型和基于星光折射间接敏感地平的观测模型,采用卡尔曼滤波进行了仿真验证.仿真结果表明,基于非开普勒轨道的高超声速临近空间飞行器自主天文导航可达到较高的位置和速度精度.

空间导航:路标学习和路径整合的关系

路标学习是指加工获取路标信息的过程,路径整合是指导航者通过对自身运动信息(前庭觉、本体觉、视觉等)加以整合以不断更新自己位置表征的过程,两者都是人类空间导航研究的焦点问题。当前研究尝试探讨路标学习与路径整合的关系,并着重回答以下问题:在正常的空间导航中,导航者是否同时进行路标学习和路径整合?同时利用路标与自身运动信息是否优于利用单一信息?路标学习与路径整合相互干扰还是相互促进?未来研究应更多关注空间线索对导航行为的作用效果,并利用虚拟现实技术等手段深入探究相应的信息加工机制。

空间导航的测量及其在认知老化中的应用

空间导航是日常生活所必需的高级认知功能,参与空间导航的海马及内嗅皮层等脑区易受到老化的影响并导致结构萎缩或功能紊乱。早期研究多利用动物实验、纸笔测验、现实环境等实验范式考察老年人的空间导航老化特点。由于具有与现实环境相似的场景、兼容磁共振成像扫描以及导航者可以与场景交互等优点,虚拟现实技术被越来越多地被应用到空间导航的老化研究中,并进一步揭示了海马等内侧颞叶脑区在空间导航老化中的重要作用。

沉浸式虚拟现实技术评估轻度认知障碍患者空间导航能力的研究进展

目的对基于沉浸式虚拟现实技术评估人类的空间导航能力进而识别轻度认知障碍患者的研究进展进行综述,以供国内实践参考。方法通过检索国内外相关文献,从使用沉浸式虚拟现实技术评估空间导航的方法,相较于传统和非沉浸式虚拟现实技术的评估方法的优势,使用沉浸式虚拟现实技术的空间导航任务检测轻度认知障碍患者的应用现状等角度进行综述。结果基于沉浸式虚拟现实技术评估轻度认知障碍患者的空间导航能力的方法与非沉浸式虚拟现实技术和传统的评估方法相比,其具有更高的沉浸感,而且目前研究集中于评估参与者的空间记忆或执行功能判断空间导航能力。结论基于沉浸式虚拟现实技术评估空间导航能力能够区分健康老年人、不同亚型的轻度认知障碍患者以及识别具有阿尔茨海默病转化风险的轻度认知障碍患者,但基于沉浸式虚拟现实技术评估空间导航能力以发现轻度认知障碍的方法应用于我国轻度认知障碍患者筛查中有待于进一步研究与探讨。