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。

融合Unity3D的缆索起重机安全运行数字孪生模型构建方法

为降低缆索起重机(下文简称为缆机)运行的安全风险,分析缆机运行流程,提取缆机安全运行知识语义,通过物联网技术获取实时数据,利用3DS Max软件构建大坝缆机运行初始场景,实现孪生模型三维可视化,将模型导入Unity3D引擎,使用高清渲染管线对模型进行渲染,改善视觉效果,编写C#脚本对缆机运行全过程进行安全模拟仿真。研究结果表明:应用本文所构建的缆机安全运行数字孪生模型监测隐患与故障,综合准确率达到96.7%,可有效实现缆机运行过程的安全监控、参数化控制以及可视化展示。研究结果可为缆机施工过程的安全控制提供技术支持。

3D打印导板技术联合多次去旋转治疗重度僵硬性脊柱侧凸

背景:近年来,随着3D打印技术的发展,使得外科手术走向个性化、精准化。3D打印导板技术可实现术前规划、术中导航,使得外科手术更加精准。临床中重度僵硬性脊柱侧弯矫形术中仍面临置钉准确性不高导致螺钉松动甚至引起神经并发症的问题,现有关于3D打印导板技术指导重度僵硬性脊柱侧弯术中置钉的研究不多。目的:评价3D打印导向模板技术联合后路多次去旋转治疗重度僵硬性脊柱侧凸的临床效果。方法:回顾性分析3D打印导向模板椎弓根螺钉置入后联合施行后路多次转棒去旋转技术治疗重度脊柱侧凸6例患者的临床资料,男3例,女3例,手术时年龄15-23岁,平均(18.17±3.49)岁。分析术后2周和术后18个月时脊柱侧弯相关参数的变化,进行统计学分析。结果与结论:(1)手术时间280-540 min,平均(340.83±102.20)min,术中出血量1000-4000 mL,平均(2000.00±1073.70)mL,固定节段9-14个椎体,平均(11.83±1.72)个椎体,矫形过程中未出现螺钉松动;(2)所有患者均获得随访,术后2周全脊柱正侧位片显示冠状位主弯的cobb角、冠状面C_(7)铅垂线和S1正中线的距离、矢状面C_(7)铅垂线和S1后缘的距离、顶椎偏移、胸椎后凸角、腰椎前凸角均获得明显矫正,主弯的cobb角平均矫正率62.22%,术后18个月随访各参数较术后2周无明显变化,矫形效果满意,无感染和内固定断裂;(3)围术期切口延迟愈合1例,经过换药处理瘢痕愈合,未出现神经并发症;(4)结果表明3D打印导向模板结合后路多次转棒去旋转技术治疗重度僵硬性脊柱侧凸畸形安全有效,矫形效果满意。

3D MERGE与3D SPACE STIR序列在腰椎间盘突出症检查中的应用比较

目的:对比三维多回波恢复梯度回波(3D MERGE)、三维可变反转角快速自旋回波(3D SPACE STIR)序列在腰椎间盘突出症(LDH)检查中的应用效果。方法:选择2020年1月~2022年11月收治的135例LDH患者,回顾性分析患者临床和磁共振成像(MRI)资料,所有患者均接受常规MRI扫描及3D MERGE、3D SPACE STIR序列扫描,对比3D MERGE、3D SPACE STIR序列测量神经根直径的一致性,评价两种序列的图像质量参数[信噪比(SNR)、对比噪声比(CNR)]、图像清晰度评分。结果:3D MERGE和3D SPACE STIR序列测量的L3~S1神经根直径比较差异无统计学意义(P>0.05),且两组序列测量的L3、L4、L5和S1直径均显示出较高相关性(r=0.957,0.986,0.975,0.972,P<0.05);3D MERGE序列的SNR及CNR均高于3D SPACE STIR序列,神经根显示分级、图像清晰度评分优于3D SPACE STIR序列,差异有统计学意义(P<0.05)。结论:3D MERGE、3D SPACE STIR序列在LDH神经根直径测量中具有极高一致性,3D MERGE序列较3D SPACE STIR序列能够更清晰显示神经跟的解剖形态,图像质量更好。

3D打印技术在腓骨头上入路治疗复杂胫骨平台后外侧骨折中的临床应用

目的探讨3D打印技术在腓骨头上入路治疗复杂胫骨平台后外侧骨折中的临床应用价值。方法回顾性分析67例接受腓骨头上入路治疗的复杂胫骨平台后外侧骨折患者的临床资料,根据术前是否采用3D打印模拟手术将患者分为3D打印组35例和常规组32例。比较2组患者的手术时间、术中出血量、术中透视次数,观察术后切口感染、腘血管损伤、腓总神经损伤等并发症发生情况。随访骨折愈合时间,术后6个月评估Rasmussen评分,末次随访时评估美国特种外科医院(HSS)膝关节功能评分。结果67例患者随访时间为14~22个月;2组各有1例患者发生术后切口感染,均未发生腘血管损伤、腓总神经损伤、下肢深静脉血栓等并发症;3D打印组患者手术时间、术中出血量、术中透视次数均短于或少于常规组,差异有统计学意义(P<0.05);2组患者骨折愈合时间、术后6个月Rasmussen评分、末次随访时HSS评分比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论3D打印技术应用于复杂胫骨平台后外侧骨折患者的腓骨头上入路治疗中,可以优化手术方案,缩短手术时间,减少术中出血量和透视次数。

3D打印混凝土永久模板叠合柱的抗压性能数值模拟研究

为深入研究3D打印混凝土永久模板叠合柱的抗压性能,基于3D打印混凝土永久模板叠合柱及同尺寸整体现浇对照柱试验建立构件数值模型,模拟分析其轴压荷载-位移响应及失效形态。针对界面粘结性能、现浇混凝土抗压强度、打印模板厚度、荷载偏心距等参数开展3D打印混凝土永久模板叠合柱的抗压性能计算分析,研究表明:叠合柱轴压极限承载力随着薄弱界面剪切强度、刚度及现浇混凝土抗压强度的增大而增大。由于打印材料的抗压强度高于现浇混凝土,叠合柱抗压极限承载力提升率与打印模板厚度呈近似线性关系,叠合圆柱的抗压极限承载力随着荷载偏心距的增大而降低,呈近似线性负相关。此外,偏心距对叠合圆柱极限承载力下降幅度的影响大于现浇圆柱。

3D打印共面模板在局部进展型胰腺癌125I粒子植入治疗中的疗效观察

局部进展型胰腺癌(locally advanced pancreatic cancer,LAPC)指肿瘤局部广泛浸润,伴有严重的血管侵犯而无远处转移的胰腺癌,占全部胰腺癌的30%~50%[1],病人平均生存期6~12个月,难以手术切除[2],需要先采用转化治疗,当其成为可切除肿瘤时再行手术切除,但转化成功率一般较低。顽固性腰腹痛常常是LAPC病人就诊的首要且最痛苦的症状,严重影响病人的生活。目前临床主要的治疗方法为药物、神经毁损等,但只能暂时缓解症状而不针对肿瘤本身。

基于虚拟现实技术的船舶航行实景三维模型设计

为提升船舶驾驶人员及船员的船舶整体认知以及海况应对能力,确保船舶航行以及作业安全,设计基于虚拟现实技术的船舶航行实景三维模型。按船舶航行需遵循的物理定律以及原理,建立船舶航行运动姿态数学模型,并通过3Dmax构建船舶航行环境实体以及地形模型,利用PM海浪谱法构建海表面三维模型,而后通过Unity3D虚拟现实仿真软件驱动调整构建的三维模型,并对所构船舶三维模型采用改进混合包围盒法实施碰撞检测,把地形以及海浪等实际数据信息融入到导入的模型之中,仿真模拟船舶航行实景,实现人机交互。实验结果表明,基于虚拟现实技术实现的船舶航行实景三维模型,可较为真实模拟船舶航行实景,为确保船舶航行以及作业安全提供可靠参考与保障。

虚拟仿真技术引导汽车构造拆装实验系统开发

针对传统的汽车拆装训练在时间和空间上的学习限制,设计并开发了汽车构造拆装训练及展示系统,该系统包括基于虚拟现实的汽车构造拆装实验和基于增强现实的汽车构造拆装展示,通过丰富多样的学习方式,加强学生对汽车内部结构的认识和了解。汽车构造拆装训练及展示采用3Ds MAX制作了零部件拆装动画,以汽车的发动机、车轮、悬挂系统、制动系统、转向系统五大零部件为学习对象,基于Unity 3D软件、Holo Lens1代设计开发,实现了汽车部件拆装的理论学习、拆装逻辑实操、考核一体化的虚拟拆装训练与展示系统。该系统的全新体验方式激发了学生的学习兴趣、规范学生拆装过程中的操作步骤,进一步强化和巩固理论教学知识学习,并有效降低了教学成本和时间成本。

3D打印技术在口腔正畸领域的应用进展

3D打印是通过计算机辅助技术模拟设计3D结构,并用各种材料逐层堆积成真实的物体,是一种增材制造技术[1]。与传统失蜡铸造法和计算机减材制造法相比,3D打印具有工艺优势[2],能够缩短供应链,降低成本,通过产生更少的废物实现可持续的过程,但在表面质量、机械性能和尺寸精度等方面,3D打印技术有待提高。在口腔正畸领域,数字化3D打印技术(简称3D打印技术)已经得到广泛运用,3D打印技术继承错颌畸形的矫治理念,摒弃传统诊断、设计、制作方法,利用计算机辅助诊断、个性化设计、数字化成型技术,根据口腔内复杂情况快速制作个性化矫治器,能够提高患者舒适度以及治疗效率,同时推动正畸治疗向个性化与精准化转变,为正畸治疗带来了极大的便利[3]。本文将综述3D打印技术在口腔正畸领域中的运用。

直链淀粉含量对淀粉基凝胶3D打印适应性的影响

该研究探讨了直链淀粉含量对淀粉基凝胶的三维打印适应性的影响。通过对淀粉凝胶的物理性质的探究,揭示了淀粉凝胶的打印性能、流变学性能和晶体结构之间的关系。结果表明,所有淀粉基凝胶均表现出剪切稀化和类固体特性。直链淀粉含量对淀粉基凝胶的硬度、弹性、黏附性和回复性有显著影响。直链淀粉与支链淀粉比例为2∶8的淀粉基凝胶打印效果最好,其硬度、黏附性和回复性分别为(43.5±0.6)g、(138.0±3.1)g·s和(0.102±0.003),而且其网络结构规则,热稳定性好,淀粉结晶有序。利用计算流体动力学对三维打印过程进行模拟,发现在支链淀粉中加入直链淀粉会增加凝胶的黏度,从而降低其打印速度,因此直链淀粉与支链淀粉比例为2∶8的淀粉基凝胶适于进行3D打印。该研究表明,可以通过调节凝胶中直链淀粉的比例提高淀粉基凝胶的三维打印适应性。

虚拟实景洪涝灾害逃生平台设计

文章以虚拟现实技术为基础,通过模拟真实城市及流域场景洪涝演进过程,创造基于虚拟现实的洪涝逃生演练系统,增强洪水来临时人员应急逃生能力。利用Unity3D创建生动逼真的虚拟环境,让体验者身临其境,体验者通过语言、手势等与平台实时互动,让体验者更便捷、更直接地融入虚拟空间。依托Unity3D软件良好的兼容性,浏览操作和实验管理可在PC端、移动端、VR设备等多平台实现,使互联网用户可以更容易了解洪涝灾害逃生,对未来洪涝灾害人员伤亡的减少具有重大意义。

基于数字孪生技术的草场放牧系统

运用数字孪生技术,在对草场环境及牲畜状态进行感知的基础上建立草场放牧监测系统。该系统将虚拟仿真技术Unity3D应用于草场放牧场景的孪生三维模型,为后续监测呈现可视化效果;采用无线传输技术搭建采集网络,实现草场及牲畜信息交互的功能,并选用模糊综合评价方法对草场进行放牧强度划分。为了验证该系统的有效性,以内蒙古锡林郭勒盟锡林浩特市毛登牧场的真实场景为例进行综合试验。结果表明:与传统的放牧监测系统相比,该系统运用数字孪生技术实现了数据共享和物理草场与孪生草场信息的同步,有效解决了传统放牧监测中决策滞后的问题;通过孪生草场能对物理草场的放牧场景进行仿真模拟,不受客观条件限制,能有效预测各种放牧情况,实现草场环境及牲畜放牧状态精准监测,在实际放牧中能及时应对突发情况,提升草场放牧决策的自主性。

维生素D3减轻高糖暴露诱导氧化应激促进人脐带间充质干细胞的成骨分化

背景:糖尿病骨质疏松症逐渐受到公众的关注,然而鲜有研究报道高糖环境对人脐带间充质干细胞成骨分化的影响和相应的治疗策略。目的:探讨维生素D3恢复高糖环境中人脐带间充质干细胞成骨分化的潜力。方法:通过CCK-8法检测人脐带间充质干细胞活力来筛选适宜的维生素D3干预浓度。在高葡萄糖条件下,通过RT-qPCR、蛋白质印迹、免疫荧光、JC-1线粒体膜电位、茜素红染色和β-半乳糖苷酶染色等实验评估维生素D3干预后人脐带间充质干细胞的成骨分化潜能、细胞内活性氧积累、线粒体膜电位改变和细胞衰老情况,并探讨了潜在的机制。结果与结论:①维生素D3在0.1μmol/L至1 mmol/L范围内均能显著促进人脐带间充质干细胞的增殖;②高糖环境下调了人脐带间充质干细胞中成骨相关基因α1-Ⅰ型胶原蛋白、碱性磷酸酶、Runt相关转录因子2、骨钙蛋白的mRNA和蛋白表达水平,诱发了氧化应激和细胞衰老;③维生素D3在10μmol/L的干预浓度下显著恢复了高糖条件下人脐带间充质干细胞的成骨表型,并通过激活Nrf2/HO-1信号通路减轻了细胞内的氧化应激和细胞衰老;④结果表明,高糖环境中人脐带间充质干细胞的成骨分化能力降低,维生素D3可以部分提高其成骨分化能力并减轻细胞损伤。

电力施工中的杆塔组立基于Unity3D仿真系统的实现方式

电力施工中的杆塔组立是一项较为危险的任务,工作人员需要丰富的专业技能和经验。提出了一种基于Unity3D的杆塔组立仿真系统,该系统旨在帮助电力施工人员提高技能和熟练度,并减少由于人为错误造成的意外事故。通过该系统,用户可以模拟真实的杆塔组立场景并进行实时交互,使其能够更好地理解操作步骤、风险评估和安全要求。应用VR/AR技术对Unity3D游戏引擎的物理引擎和渲染技术做了充分的调研和分析,设计和开发了杆塔组装和拆卸的交互式场景和模型,并完成了用户界面的开发。最后通过初步的用户测试和详细的性能测试,证明了该系统的可行性和有效性。

高效前缀约简的三维Hilbert空间填充曲线编解码算法

3维Hilbert空间填充曲线(3D HSFC)的编码和解码效率对空间查询处理、图像处理等领域的应用举足轻重。现有的3维编解码算法独立编解码每一个点,忽略了Hilbert曲线的局部保持特性。为了提高编解码效率,该文设计了高效的3D状态视图,并提出一种新的前缀约简的3D HSFC编码算法(PR-3HE)和前缀约简3D HSFC解码算法(PR-3HD),这两个算法通过公共前缀的定义和识别、公共前缀约简及多种优化技术来最小化需要编码的阶数,从而提高3D HSFC的编解码效率。理论上证明:当编码或解码一个k阶的窗体(窗体内总共含有2k×2k×2k个点)时,PR-3HE平均每个点的编码阶数不超过2,PR-3HD平均解码阶数不超过8/7。相对于传统的基于迭代的方法,编解码时间复杂度从O(k)降低到了O(1)。实验结果表明,该文算法在模拟数据集和真实数据集上的表现显著优于现有算法。

自驱动关节臂坐标测量机可视化监控平台设计与仿真

针对传统坐标测量机人工测量模式误差大、运动仿真平台三维可视化效果差的缺陷,以六自由度自驱动关节臂坐标测量机为研究对象,基于Unity 3D软件设计了一款自驱动关节臂坐标测量机三维可视化监控平台。利用SolidWorks软件建立测量机三维模型,联合3ds Max软件完成了三维模型的优化处理与导入,采用Unity 3D自带的UI组件搭建了可视化界面框架,编写C#脚本绑定模型零件,实现虚拟坐标测量机自驱动控制。研究内容包括三维建模与轻量化处理、模型加载、可视化监控平台界面设计、测量机运动仿真以及UDP通信实现数据实时传输。通过对自驱动关节臂坐标测量机虚拟可视化仿真平台的研究,实现测量机自驱动控制与动态测量实时监测,研究成果对三维可视化监控在测量机领域的应用具有重要意义。

金属增材制造工艺、材料及成形机理的研究与应用

作为一种快速、精密、自由制造的关键成形工艺,3D打印在推动工业化和产业发展方面发挥了重要作用。通过介绍金属3D打印技术,主要围绕选择性激光、电化学和电子束增材制造技术等工艺原理和关键技术,深入探讨了增材制造技术制备金属材料零部件的特性及其应用,同时详细阐述了它们的成形机理并探讨了金属3D打印技术所面临的主要问题和挑战。最后,对金属增材制造技术领域未来的发展趋势和研究重点进行了展望。

基于虚拟现实的变电站实验教学平台设计与应用

传统变电站仿真系统的不完善导致变电站实践教学一直存在着局限性,该文基于虚拟现实技术开发了新型的变电站虚拟仿真实验教学平台。构建的虚拟仿真实验环境以国内220 kV变电站为基础,优化了系统的设计架构。为了让学生能更好地理解掌握变电站相关知识,并将理论知识和实践操作结合起来,加入了理论知识解答、故障模拟及处理等功能。实验结果表明,相较于传统的虚拟教学系统,操作更加便利,沉浸感更强,在培养学生的创新思维能力方面具有较大的优势。

3D打印技术在骨科创伤疾病教学中的应用进展

创伤骨科解剖结构复杂,受伤机制及骨折类型多变,一直是医学教育的重点和难点。但是,传统的教学方法多借助课件和尸体标本等辅助讲授,医学生难以直观观察、认识和理解,教学效果欠佳。随着计算机和数字化虚拟技术的飞速发展,3D打印技术在创伤骨科疾病中已发展成一种重要的教学辅助手段。该技术用于创伤骨科临床教学的应用价值主要表现在:三维重建复杂解剖结构、判断骨折分型和并发症、推测骨折受伤机制、制定手术计划、提高学习热情和信心,从而不断提高教学质量。文章将对近年来3D打印技术在骨盆骨折、髋臼骨折和关节周围骨折教学应用中的研究进展进行分析与归纳,阐述应用现状和所存在的问题,以不断提升骨科创伤疾病的临床教学质量。