国家大学生创新训练项目申请表基于虚拟现实VR技术的仿真实验研究.doc

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附件2:项目名称:基于虚拟现实(VR)技术的仿真实验研究 指导教师:**课题组成员:教务处 2016年 填写须知 1、申请国家级大学生创新训练项目的,须填写《申请表》。 2、向学校提交本申报表时,一式三份,并提交申报表电子文件。 3、本表填写的内容必须与事实相符,表述必须准确,数字必须用阿拉伯数字填写。 4、打印格式:(1)纸张为A4尺寸,双面打印; (2)文中副标题为4号,仿宋,并涂黑; (3)栏内文字为第4号,仿宋。 项目名称 基于虚拟现实(VR)技术的仿真实验研究 项目所属学科 一级学科代码及名称 二级学科代码及名称 三级学科代码及名称 机械工程 460 机械设计 46020 计算机辅助设计4602099 项目开发支撑平台 机械基础与装备制造虚拟仿真实验教学中心 项目团队 项目经费数量 万元 年级 专业班 联系电话 签名 主要导师 联系电话 签名 项目来源 项目来源请输入“”(项目仅限2.3)来源)来源项目类别((有限项目来源填写2.3)注:1、“项目开发支撑平台”是指支持本项目开发的学校及院级教学实验中心、科研实验室等项目。表中填写相关实验室名称,可以有多个。 2、“来源项目类别”栏填写“863项目”、“973项目”、“国家自然科学基金项目”、“省自然科学基金项目”、“教师横向科研项目”、“企业与社会委托项目”和其他项目标识符。

主要研究内容(限200个) 本项目基于虚拟现实(VR)技术研究、设计和开发虚拟现实实验室,让人们通过VR智能体感设备进入设计的虚拟实验室,沉浸式地进行模拟实验。 主要研究内容包括:(1)虚拟现实(VR)开发技术研究(2)人体与虚拟场景模拟交互研究; (3)虚拟现实实验室模型构建; (4)虚拟仿真实验的设计与实现。 项目研究难点及创新点:(1)虚拟现实开发技术:选择合适的硬件平台,快速掌握虚拟现实开发技术,了解软件开发架构体系,掌握3D文件格式。 (2)虚拟现实实验模型的构建:VR虚拟现实实验室研发的核心点在于虚拟实验室数字模型的构建。 需要进行现场检查,收集建立实验室所需的各种设备参数等详细数据。 采用DVS3D、Unity3d5.3或国产软件VRP构建应用于VR设备的虚拟现实实验室模型。 (3)模拟人体与虚拟场景的交互:VR技术的内涵是在计算机生成的虚拟三维环境中给人以交互性和沉浸感。 这种VR虚拟现实实验室的开发最大的难点就是给人们尽可能真实的虚拟体验。 在虚拟机械实验室中,很多情况都需要实时、准确的视觉、听觉、触觉等反馈。 因此,在搭建的虚拟实验室中,模拟现实生活中的物理定律,可以实现虚拟现实的高度模拟和人机交互能力。

创新点:将VR技术应用于虚拟现实实验的开发,创造性地让人们在人工构建的虚拟空间中进行模拟科研实验。 这种实现方法是一种创新; 同时,这项技术的应用完成后,我们将逐步向增强现实(AR)和混合现实(MR)方向发展,这将起到吸引新创意的作用。 而且,这些都是虚拟现实实验搭建摆脱传统PC设备后的创新。 1. 项目分工及成员姓名 主要项目研究内容 VR 虚拟现实实验室系统开发、测试与评估 2. 项目背景与依据(包括研究目的、意义、国内外研究现状分析与评价)背景:VR(VirtualReality,虚拟现实(简称VR))是由美国VPL公司创始人Jaron Lanier于20世纪80年代初提出的。其具体内涵是:综合利用计算机图形系统和各种现实与控制接口的技术虚拟现实技术是一种能够创造和体验虚拟世界的计算机模拟系统,它利用计算机生成模拟环境,利用交互式三维环境,使人产生身临其境的感觉。动态视觉和实体行为系统模拟,融合多源信息,让用户沉浸在环境中。 2016年是VR行业爆发式发展的一年。 针对目前机械行业实验室对部分加工材料的高能耗、高耗材、高精度加工要求,为了节省实验成本、降低实验错误率,我们可以采用高仿真虚拟现实技术基于VR技术的实验室进行模拟实验,还原真实实验数据,可重复使用。 具有利用率高、维护方便等诸多优点。

研究目的及意义:研究开发基于VR技术的虚拟现实实验室的目的是构建一个完全模拟现实的虚拟平台。 所有可以在真实实验室中进行的实验步骤都可以转移到虚拟实验室中。 执行。 使用虚拟实验室的优点是比真实实验室安全性更高,并且可以重复实验,节省实验材料和实验成本。 适用于大规模、多频次的预实验,利用率高,使用方便。 维持。 在机械工程、土木工程、军事和航天工程等各个领域具有广阔的应用前景。 国内外研究现状分析与评价:虚拟现实实验室是虚拟现实技术应用研究的重要载体。 随着虚拟实验技术的成熟,人们开始认识到虚拟现实实验室在教育领域的应用价值。 除了辅助高校的科研工作外,在实验教学方面也具有利用率高、维护方便等诸多优点。 近年来,国内许多高校根据自身科研和教学的需要,建立了一些虚拟实验室。 国内虚拟现实实验室主要有四种类型:桌面虚拟现实实验室、沉浸式虚拟现实实验室、分布式虚拟现实实验室、增强型虚拟现实实验室。 2015年,我国发文要求全国高校建立远程控制实验室作为教学要求。 一年来,各高校都取得了成绩。 例如,清华大学利用虚拟实验仪器搭建了汽车发动机测试系统; 华中科技大学机械工程学院工程检测实验室也在线公开展示虚拟实验室成果,用于远程教育; 上海交通大学、复旦大学等也采用虚拟仪器系统用于教学和科研; 重庆大学机械基础与装备制造虚拟仿真实验教学中心依托机械工程国家一级重点学科和国家级教学科研平台,按照本科毕业生必须具备的、独立的、可评价的要求知识、能力、素质基本要求的培养目标本着“虚实结合、优势互补、缺一不可”的原则。 在国家“211”工程、“985”工程和高等学校专项建设资金的支持下,已建成国内一流的虚拟仿真实验教学中心。

但国内的虚拟实验室大多以浏览功能为主。 目前,将众多交互功能融入实验室在国内还是一个空缺。 基于虚拟实验室的特点,必将成为教学中的一个主流方向,而在科学研究中其功能的完善,也将成为加强实验室建设、改革实验教学方法的重要发展方向。 目前,虚拟实验室在发达国家已经非常流行。 作为最早提出虚拟实验室概念、科研能力强、财力雄厚的美国,从一开始就非常重视虚拟实验室的研发。 在该领域的研究和应用方面一直处于领先地位,并受到高校的青睐。 范围也相当广泛,麻省理工学院的WebLab远程实验室于1998年开发并投入使用。它提供进行微电子和电路设计课程的实验室指导,允许学生在自己的计算机上设计和修改电路模型,然后用于昂贵的实验。通过 Java 激活的 Web 浏览器在远程实验室进行测试。 使用设备获取测试数据并验证您的设计。 近期还实现了通过手机远程控制实验的功能。 VLAB是一个由俄勒冈大学物理系主办的物理实验网站。 网站包含天体物理、能源与环境、力学、热科学等数十个虚拟实验。系统采用Java语言开发,实验程序需要从服务器下载并在客户端运行。 VRCEL实验室由密歇根大学化学工程系建立,主要用于探索和发展虚拟现实技术在化学工程领域的应用。

霍华德休斯医学研究所(HHMI)建立的虚拟实验室是一个完全交互式的生物医学实验室模拟。 德国鲁尔大学网络虚拟实验室是控制工程相关的学习系统。 它通过直观的三维实验场景视觉效果,依托各虚拟实验设备的仿真特性,实现虚拟实验的交互操作。 西班牙大学电子系开发了电子仪器虚拟工作平台。 意大利帕瓦多大学建立了远程虚拟教育实验室。 新加坡国立大学开发了远程示波器实验和压力容器实验,并在远程控制实验方面取得了巨大成果。 三、主要研究内容和目标(包括研究计划和技术路线) 1、主要研究内容 (1)虚拟现实实验室模型构建 VR虚拟现实实验室的首要任务是构建虚拟实验室的3D模型。 这个过程分为三步:学习DVS3D、Unity3d、VRP Builder等软件; 收集实验室参数和设备参数; 并构建虚拟实验室的 3D 模型。 首先,我们需要学习VR模型开发语言和相关开发软件的使用,选择与所购买的VR硬件设备相匹配的软件开发,然后确定进行开发的实验室类型,然后进行现场勘察,获取相关资料参数,最后根据收集到的参数进行研究和分析。 构建虚拟实验室的 VR 模型。 (2)人体与虚拟场景的模拟交互本部分的研究目标是模拟所构建的VR虚拟实验室模型与人体动作指令之间的交互。

在构建的虚拟实验室模型中插入触发功能,使得人体可以利用VR硬件设备来控制实验室内设备和仪器相关变量的触发。 此外,VR交互设备的选型也是保证软硬件兼容可控的关键点之一。 (3)远程应用VR虚拟实验室以及已建立的虚拟现实实验室的相关交互触发功能开发完成后,我们可以利用该程序开发一套可以利用学校基于校园网远程登录的虚拟系统机房主机服务器。 实验室教学体系。 这部分研究的重点是网络控制工程,致力于开发这个网络共享系统并用于教学。 2、研究计划及技术路线 理论研究:软件学习数据采集并导入3D建模 实际应用:用于教学应用、科研实验、人机模拟交互测试 注:如果是重庆大学本科科研项目培训计划(SRTP),需要编写说明在原项目基础上进一步深入研究的内容。 4、2016年研究计划及进展收集资料,学习相关软件和VR开发语言的使用; 2016年-收集2016年VR虚拟实验室模型相关参数; 2016年10月——2017年VR虚拟实验室模型采集建设; 2017年 测试VR交互设备及模型的交互控制; 2017年-2017年12月,基于该方案开发教学系统; 2017年12月-2018年 整理资料,发表相关论文,申请专利,受理项目。

五、预期成果和形式 (一)成功建立VR虚拟现实实验室进行科研实验。 (2)成功开发了基于虚拟实验室模型的远程虚拟仿真实验系统并应用于教学。 (3)建立完整的VR虚拟现实实验室自主开发和维护体系。 (4)代表重庆大学与国内领先的VR项目高新技术产业达成合作伙伴关系,发展学校虚拟现实产业。 (5)撰写报告论文并申请产品专利。 6、项目研究支撑条件理论与技术:针对本次VR虚拟现实实验室研发项目,国内外多所大学或机构进行了相关类型的研究:VR程序开发、虚拟实验室开发等相关研究为我们的项目提供有效的理论和技术参考支持。 并且我们正在与国内一些VR行业领军企业洽谈合作,寻求相关技术支持。 实验条件:从形势来看,VR技术必然是当今时代的主流,也是显示设备的一个发展方向。 VR相关技术应用研究开发刻不容缓; 硬件方面,本项目所需硬件设备无需自主研发,可从全球最大的先进应用采购

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