基于三维运动捕捉技术构建蒙医震脑术三维虚拟仿真平台的视觉呈现

背景:基于三维运动捕捉技术可以构建精准的、客观量化的医学虚拟仿真模型,有利于临床学习者精准、深入理解和掌握各种传统疗术。目前中医虚拟仿真模型已有报道,但蒙医传统疗术的虚拟仿真模型尚未见报道。目的:构建一种基于三维运动捕捉技术的交互式三维可视化的蒙医震脑术虚拟仿真模型。方法:使用Motion Analysis三维光学运动捕捉系统和足底测力台采集蒙医专家的运动捕捉数据,在Motion Builder软件中构建震脑术三维动作模型,使用Maya软件构建角色模型并与动作模型相匹配,运动Unity3D软件构建蒙医震脑术虚拟仿真系统,系统整合蒙医震脑术操作3D动画、运动学和动力学参数信息。结果与结论:通过三维运动捕捉技术和计算机仿真重现蒙医震脑术操作,能够显示施术者和受试者的运动姿态,记录关节运动的关键空间位置参数与变化情况,得出运动过程中的运动学、动力学参数。运用交互式三维虚拟仿真技术,实现蒙医震脑术的三维虚拟仿真的视觉呈现,为蒙医震脑术手法的标准化、数字化、可视化研究奠定基础。

混合式虚拟仿真实验教学模式在基础医学实验基本技能课程的应用

目的在基础医学实验基本技能课程中引入“线上+线下”“虚拟+现实”混合式教学模式,探究此模式在实验教学中的可行性。方法在同专业两个班级分别采用传统启发式教学法和混合式虚拟仿真实验教学法。传统启发式教学组以教师讲授、示范为主,再由学生进行实验操作。混合式虚拟仿真实验组分“基础学习-线下教学、进阶学习-线上教学、巩固学习-线下教学、拔高学习-线上教学”四个阶段,线上教学依托具体的虚拟实验项目进行学习和演练。通过课堂测试和问卷调查,比较两个班级学生的学习效果。结果混合式虚拟仿真实验组学生学习效果明显优于传统启发式教学组(P<0.05),且大部分学生认为混合式教学可提高学习能力和思维能力。结论在基础医学实验基本技能课程中实施“线上+线下”结合“虚拟+现实”混合式教学模式,实现了学与练并行,突破了时间与空间的限制,提高了学生学习效率与水平,培养了学生的学习兴趣和创新能力,对推动实验教学改革与创新具有重要意义。

基于RobotStudio的齿轮减速器虚拟装配工作站仿真研究

齿轮减速器装配是矿山机械装备制造中的重要生产环节之一,针对矿用大型齿轮减速器装配工序复杂、人工装配作业劳动强度大、自动化程度不足等实际突出问题,以二级圆柱齿轮减速器虚拟装配为研究对象,利用三维建模软件和RobotStudio仿真平台搭建了齿轮减速器虚拟装配仿真工作站。根据齿轮减速器零部件装配工艺流程,基于RobotStudio仿真环境确定了以ABB机器人为主的齿轮减速器虚拟装配空间布局,配置了所需的I/O信号,创建Smart组件以实施装配仿真模拟,进行轨迹规划、程序编制、仿真调试并且优化虚拟装配路径。通过对工作站进行碰撞检测和TCP跟踪,进行数据对比分析,验证了工作站可行性与准确性。该仿真设计为矿用大型减速器智能化装配提供了重要工程参考,对于矿山机械装备的智能制造及智慧化发展具有重要的指导意义。

生物科学与技术虚拟仿真实验教学中心的建设与应用

生物科学与技术虚拟仿真实验教学中心通过优秀科研项目转化以及与高新技术企业合作开发,建设了一批高质量的生物类虚拟仿真实验教学资源。多层次、多元化的资源为学生前沿科学知识学习、综合性科研训练和生物下游产业技术训练提供有利环境,有效地实现教学模式的转变以及学科交叉知识的学习和延伸。全天候开放共享虚拟仿真实验教学平台,实现虚拟仿真实验教学软件、实验标准化视频、教学课件和测试题库等线上教学资源的有机整合,满足随时随地实验教学需求,支持了一系列的混合式线上线下实验教学课程开展。生物科学与技术虚拟仿真实验教学中心与国家级生物科学实验教学示范中心形成了“双中心”融合发展的创新人才培养实验教学体系,“虚实结合”的实验教学模式,提升了学生的综合科研能力与教师的业务水平,培养了满足社会需求的生物技术创新实践人才。

近十年我国高校虚拟仿真实验教学研究发展述评

自从2013年教育部开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作以来,近十年我国高校在虚拟仿真实验领域产生了大量的研究新进展与应用新成效。采用CiteSpace软件分析CNKI数据库中2014~2023年的高校虚拟仿真实验或虚拟现实实验文献集合,挖掘了该领域研究的核心单位、作者与发文期刊;分析了高被引文献的特征。同时,基于关键词共现关系聚类,阐释了虚拟仿真实验研究的主要类别、发展历程和前沿领域,进而探讨了虚拟仿真实验教学的技术层次、覆盖学科、开发软硬件和发展趋势。研究得出,标准化、网络化共享平台和混合现实技术,是推动虚拟仿真实验新发展的重要技术途径。

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。

浅谈新医科背景下的医学虚拟仿真教学师资队伍培训

为进一步提高滨州医学院医学虚拟仿真教学师资队伍培训水平,探究新医科背景下的医学虚拟仿真教学师资队伍培训,就新医科下的医学虚拟仿真教学师资队伍培训的必要性、虚拟仿真技术的定义、医学虚拟仿真技术的现状进行了阐述,以滨州医学院虚拟仿真技术及实验平台为例,就如何提高医学仿真技术培训水平进行实施路径分析。高校虚拟仿真教学师资培训仍存在很多问题,为进一步更有效地提高师资队伍培训水平,更好地服务于新医科背景下的广大医疗团队建设,提出了一些改进方法。

人工影响天气虚拟仿真实验及课程体系建设

在“人工影响天气”的相关课程教学中,构建虚拟仿真实验教学平台有助于学生深入理解基础理论知识,并对实际业务操作及催化方案设计、优化产生感性认识。虚拟仿真实验教学突破了室内教学时空及仪器设备昂贵的局限性,解决了自然界中不能对同一块云反复催化的实际困难,对云降水环境及人工催化过程高度重现,对理论教学体系及教学形式进行补充,完善了课程教学体系。此外,科技成果在教学和本科生科研创新活动的引入,进一步增强学生科技创新意识及学习兴趣,促进了科研创新型人才的培养。

“虚拟仿真+试误教学法”实验教学模式的探索与实践

以虚拟仿真结合“试误”教学法,建立混合式实验教学模式用于药学专业高危类化学实验教学。以氧化石墨烯的制备为例,采用3D MAX、IdeaVR等软件对实验场景、仪器设备等进行高度仿真。在线教学模式便于学生随时随地沉浸式学习,凸显“以学生为本”的教育理念;增加“试误”选项,让学生体验错误操作会导致爆炸等危险后果,强化关键知识点。基于“试误”教学法的虚拟仿真实验模式,不仅解决了传统实验教学中安全隐患大、污染严重等问题,能够以虚补实,而且为学生创造了自主性高、探索式学习环境,同时,该教学模式为危险系数高的化学类实验课程的开设提供了教学示范。

新工科背景下化工虚拟仿真实训中心建设

在新工科背景下虚拟仿真技术融合到化工实践教学中可以有效解决实践教学困难,淮北师范大学化工专业通过强化师资队伍、更新教学理念和探索过程性考核等举措不断深化虚拟仿真中心建设。虚拟仿真的引入有助于提高本科生的创新精神、工程能力和安全意识,满足化工行业需求的创新型技术人才,为提高本科教学质量提供有力保障。

基于虚拟仿真技术的进阶式手部技能训练在口腔医学专业本科生教学中的应用

目的评价虚拟仿真系统在口腔专业低年级本科生手部技能进阶式训练的应用效果。方法选择78名大二口腔专业本科生作为培训对象,利用Simodont虚拟系统模块设计出进阶式培训课程,包括初级(60%完成度)、中级(80%完成度)、高级(90%完成度),共5学时,通过初、中、高级虚拟课程培训,考察学生操作的效率。结果78名学生通过初、中、高的虚拟课程培训后,平均分数为初级(74.42±5.00)、中级(73.70±3.79)分,高级(70.04±3.98)分。平均操作时间逐渐缩短,初级(6.43±2.25)min,中级(6.19±1.98)min,高级(4.87±0.98)min。操作效率逐渐升高,其中高级虚拟课程培训与初、中级相比差异具有统计学意义(P<0.05)。结论以Simodont虚拟系统操作模块为基础的进阶式虚拟课程能提高低年级学生的操作效率,具有推广价值。

数字孪生虚拟仿真平台在土力学实践教学中的应用初探

实践教学是土力学教学中必不可少的环节,高校现有条件和外部环境难以满足日趋多元化的实践需求。利用虚拟仿真与物理模型相结合、线上教学与现场教学相结合、理论学习与工程实践相结合的教学方法,开发构建数字孪生虚拟仿真实验平台,并对土力学实践教学模式进行了有益的探索。以矿区地表变形监测为例,直观展现地表变形、仪器布设、变形监测及数据处理全过程。研究成果表明,数字孪生虚拟仿真平台有助于培养学生创新精神及实践能力,符合现代岩土工程实验技术的发展方向。

医学生理学虚拟仿真项目的设计与实现

生理学是一门重要的医学基础课程。在生理学教学中引入虚拟仿真技术,将部分授课内容情境化、可视化,并实现人机交融和互动,对传统教学模式将是重要的补充和提升。在生理学虚拟仿真项目的设计和开发中,要以教学目标为导向,贴合教学内容,注重思维培养,合理运用先进的多媒体技术,虚实结合,使虚拟仿真项目更好地为教学服务。

电厂锅炉实验虚拟仿真系统建设与应用

为开展能动专业核心课程“锅炉原理”的实验教学,校企合作开发了电厂锅炉实验虚拟仿真系统。基于两相流动与辐射对流传热原理构建的仿真系统,由风烟和汽水两大模型构成,严格遵守质量、能量、动量守恒方程。变负荷虚拟实验显示,随锅炉负荷增加,热效率降低、燃料耗量增加。根据辐射传热原理,结合火焰平均温度计算发现:只有炉膛出口烟温增加,才能保证炉膛传热负荷增加,继而抬升排烟温度,导致排烟热损失变大、锅炉热效率降低。锅炉原理实验虚拟仿真,可训练学生运用锅炉本体热力计算原理分析问题的思维,是落实创新能力培养的重要举措。

基于数字孪生与元宇宙的能源互联网认知系统论(二):面向复杂系统涌现现象的虚拟仿真推演框架

复杂性是能源互联网的重要特征与演进趋势,复杂性及其所伴随的涌现现象往往使得基于机理模型(白箱子)的仿真、分析、推演方法不再适用于复杂系统。得益于数据科学、仿真技术、孪生技术的共同发展,虚拟孪生技术成为应对复杂系统的利器。面向复杂性,该文对虚拟孪生技术及其应用前景进行探究,并重点讨论虚拟孪生系统的基本特性、支撑理论、技术体系、建设流程及其案例分析等,进一步提出基于虚拟仿真推演技术的涌现现象认知框架。该工作一方面为在能源系统中开展虚拟孪生工作提供参考借鉴,另一方面也有益于虚拟孪生技术的推进。

乡村振兴背景下虚拟仿真技术在农产品营销人才培养方面的应用

乡村振兴背景下,农产品营销人才的培养有利于促进农产品的自由流通,协助供需匹配,增加边际贡献,改善农民收入。现阶段,我国急需大量的农产品营销人才助力乡村振兴事业,建立一套经济、高效、完整的农产品营销人才培养体系势在必行。文章探讨如何通过虚拟仿真技术搭建一套完整的农产品营销实践培训体系,使农业企业员工、农业专业人员和现代农民通过逐步参与虚拟仿真的工作环节来学习相关的农产品营销知识,提高农产品营销的专业素养,成为优秀的农产品营销人才。文章通过分析现阶段虚拟仿真技术的发展水平、虚拟仿真技术应用的原则和虚拟仿真技术的应用方法,提出了应用虚拟仿真技术培养农产品营销人才的可行框架方案。

病原生物学虚拟仿真实验项目建设探讨

病原生物学实验是实践性和应用性较强的医学基础实验课程。虚拟仿真实验系统作为新型多媒体教学手段,是传统实验课程的重要补充。文章以蛔虫感染小鼠动物模型的建立与病理反应观察的综合性虚拟仿真实验为线索,从设计者角度介绍综合性虚拟仿真实验项目的建设过程,从而更加有效地对虚拟仿真实验项目进行开发,最终提升病原生物学实验课程的教学效果。

牛生产学虚拟仿真教学课程建设与应用研究

为推动信息技术与高等教育深度融合,该文以高校牛生产学教学需求为导向,聚焦高等教育高质量发展的迫切需要,基于动物科学专业及牛生产学课程教学的特点,从课程建设及应用要解决的重点,教学载体与教学方法、虚拟仿真教学课程内容与组织实施、课程成绩评定方式、课程评价及改革成效等方面,对牛生产学引入虚拟仿真教学、虚实结合的课程建设及应用进行详尽的研究。通过项目实施,构建校企信息共享平台、形成虚实融合教学模式,创新人才培养模式。

立足微观形态学实验教学的虚拟仿真实验建设

虚拟仿真实验可以避免传统医学实验教学中受限于空间、时间、资源等,在医学教育活动中被接受并应用。基于实验教学的实际特点,首都医科大学形态学教学实验室与知名公司联合,研发石蜡包埋HE染色切片的制作-虚拟仿真数字化资源系统,让学生在虚拟环境中体验真实的实验。文章结合此次仿真实验建设的体会和学生使用情况,总结在正常人体形态学微观教学中将虚拟实验与真实实验有机结合的思路与方法,以期更好地开发现有的教学资源,进一步提升实验教学质量。

“机械制造技术”课程虚拟仿真实验系统设计

针对“机械制造技术”课程中传统现场实验教学的不足,设计开发了机械制造技术虚拟仿真实验系统。该系统以航空航天制造领域的实际工程问题为导向,结合任务驱动的实验教学模式,实现了加工状态监测、加工质量检测和切削参数优化等实验教学内容。引入数据驱动的切削模型构建方法,提高了虚拟仿真实验的实时性和可信度。实践表明,该实验能够满足课程的实践教学需求,激发学生的自主学习热情,提升学生的实践能力和创新意识。