虚拟环境中空间压缩问题的影响与改善

目的 空间压缩问题是虚拟现实(Virtual Reality, VR)技术1个很重要的技术瓶颈,为了使该技术被更好地推广与使用,虚拟环境(Virtual Environment, VE)中空间压缩这个瓶颈问题必须得到有效的解决或改善。本研究从认知视角就虚拟环境中空间压缩问题产生的原因、特征和规律、影响因素和补偿方案进行了系统地分析和探讨,以最终达到有效解决或改善空间压缩以提高保真度和用户的体验需求并最终促进VR技术广泛应用的目的。方法 采用跨学科交叉分析和文献调研分析的方法,分别对认知心理学、人机交互和计算机科学等不同领域的大量相关文献进行了充分的检索和分析,系统梳理了虚拟环境中空间压缩效应的特点和规律,同时重点从个体认知和技术层面系统探讨了虚拟环境中产生空间压缩现象的原因,并基于此提出减小空间距离压缩效应、提高用户体验的具体解决方案。结论 基于多感觉整合理论,对空间距离压缩效应产生的机理进行了深入分析,并提出在认知视角下通过提供双眼视差和丰富的深度线索,增强用户的存在感,以及在虚拟环境中提供不一致环境来提高虚拟环境距离估计的准确性,最终达到有效解决或改善空间压缩问题的目的。     

真车行驶中真实观看与视频观看距离知觉的差异

目的 为探究在行驶的车辆中，视频显示对距离估计的影响。方法 通过真车实验，探索了观看条件(视频、真实观看)对距离(短距离、中距离和长距离)的距离感知的影响。结果 在短和长距离的条件下，视频观看会导致更大的距离知觉偏差。在短距离下，视频和真实观看都导致距离估计出现低估的趋势，但视频观看导致了更大的低估。结论 视频观看中距离估计的知觉特性，对未来车载视频显示器的设计具有实际应用价值。     

虚拟环境中最佳观察视场角的实验研究

虚拟环境视场角的设置对其能否真实地模拟现实场景和被试者对其中目标判断 (即大小和角度判断 )有很大的影响 ,为此文章进行了最佳的观察视场角的实验研究。首先选定被试并在基于PC平台的虚拟现实工效学实验系统上进行一定人次的预实验 ,确定虚拟环境中进行实验时观察任务的差别和视场角的影响等级 ,然后 4 5名被试头戴头盔进行单因素、4水平的完全随机实验。方差分析表明 ,虚拟环境中视场角设置对人的判断工效具有显著性影响 ,同时 ,当视场角为 6 0°时 ,被试对其中目标判断的准确性最大。因此 ,利用VR技术进行工效设计、操作训练或其他任务的研究时 ,应考虑视场角的作用 ,它的值宜取 6 0° ,这时对人的判读工效较为有利     

一种改进的Snake眼睛边缘检测算法

提出了一种应用于彩色图像的改进的Snake眼睛边缘检测算法.该算法首先将输入图像从RGB空间转换到YCbCr和YCb'Cr'空间,依据肤色点在Cb'Cr'空间中的聚类性提取人脸候选区域;然后通过在人脸候选区域上生成眼睛图(EyeMap)提取眼睛候选区域并计算候选区域Cr2图像的距离势能力场.采用两段首尾相连的抛物线进行初始化并从外部对Cr2图像的距离势能力场进行活动轮廓模型(Snake)匹配,在匹配过程中不断进行修正使检测结果更接近真实边缘.实验结果证明,该算法能精确地检测出眼睛的边缘并节省匹配时间.     

采用邻域差值特征模板的立体匹配方法

提出了一种基于邻域差值特征模板的立体匹配方法。该方法通过计算一幅图像中间隔一定距离的两点的像素邻域差值作为特征模板,再计算另一幅图像中在同一扫描线上间隔同样距离的像素邻域的差值,将它与特征模板的偏差作为匹配标准,偏差最小的点就认为是匹配点。在同等条件下,与区域相关法相比,该方法能够将运算的速度提高3倍,且同样能够得到精确浓密的视差图。实验证明,该算法结构简单,易于实现,能够处理复杂的场景,具有良好的实验效果和实用价值。     

面向VR放置任务的自然手势交互时间的预测

为了在虚拟现实（virtual reality，VR）环境中准确模拟用户的放置任务和避免由交互设备抖动等因素导致的放置精度低的问题，利用自然手势进行交互，并提出一种基于改进Fitts定律的面向VR放置任务的自然手势交互时间的预测方法。首先，构建了“手势交互—VR环境—VR交互任务”的交互逻辑，建立了自然手势与交互任务之间的语义映射关系；其次，根据自然手势设计原则，进行了面向VR放置任务的自然手势交互实验；然后，结合VR放置任务的特点，将移动距离、目标物容差和移动物体大小融入经典Fitts定律，建立了基于改进Fitts定律的自然手势交互时间预测模型；最后，对实验数据进行回归分析。回归分析结果显示：基于经典Fitts定律拟合得到的相关系数R²=0.515，交互时间的预测值与真实值存在较大偏差，表明经典Fitts定律不适用于面向VR放置任务的自然手势交互时间的预测；基于改进Fitts定律拟合得到的相关系数R²=0.970，交互时间的预测值与真实值相吻合，表明改进Fitts定律具有良好的适用性，可准确预测面向VR放置任务的自然手势交互时间。研究结果丰富了VR交互方式，并可为VR环境中人机交互界面的设计提供指导。     

心理学研究中的增强现实技术

增强现实心理指通过工程学和计算机等技术,将虚拟的信息叠加到真实心理世界,真实心理环境和虚拟环境实时地同步在同一空间关系之中的一种虚拟现实技术。本文对增强现实技术进行了综述,介绍了增强现实系统的结构、定义、软硬件及其应用,突出阐述了增强现实技术在心理学研究中的应用。分别从教育心理、心理治疗、认知心理、人际关系心理、人因工程心理等五个方向描述了增强现实技术对于心理学研究的支持作用,并重点介绍了增强现实技术在自我运动的运动空间表征方面的积极作用。研究者对于在心理学领域中应用增强现实技术的优势以及困境进行了总结,并对未来的发展方向进行了展望。     

基于多通道增强现实的机器人遥操作技术研究

在传统的预测仿真控制方法的基础上,提出了多通道增强现实遥操作控制策略,以克服通讯时延的影响。通过实际视频图像和预测仿真图形的叠加来消除模型的误差,同时基于TIN(Triangulated Irregular Network)表达的虚拟环境中物体模型,对虚拟环境中的虚拟接触力进行实时再现,提高操作者的临场感,辅助操作者完成精细的远程操作。实验结果验证了本文所提方法有效性和实用性。     

基于Simulink和VRML的球式自动平衡装置虚拟实验平台研究

对球式自动平衡装置虚拟实验进行了研究,建立了球式自动平衡装置虚拟实验平台。该平台采用基于Simulink和VRML的运动仿真和建模方法,通过建立控制转盘和滚球运动的Simulink模型,以及球式自动平衡装置的VR场景,来模拟真实的实验环境。然后在主界面上输入实验参数,以进行虚拟实验。通过可视化观察实验过程中滚球运动状态,以及生成的实验结果曲线,对滚球的平衡过程进行分析,分析结果与自同期理论相符。最后通过搭建真实实验台进行实验验证,实验结果进一步表明了该虚拟实验平台具有良好的有效性及可靠性。     

综采工作面三机虚拟协同关键技术研究

针对当前综采工作面虚拟仿真数字化设计程度低、虚拟模型不可控、协同配套运行不匹配不协调的问题,在虚拟现实引擎Unity3D下,对综采工作面三机虚拟协同关键技术进行研究。建立了全景综采虚拟现实场景,重点对三机虚拟模型构建与修补、刮板输送机虚拟弯曲、采煤机虚拟运行行走和采煤机与液压支架相互感知等关键技术进行研究。以端部斜切进刀双向割煤方式为例进行分析,发现原型系统可以非常生动形象且真实地再现综采工作面三机的动态配套关系、姿态和性能等运行状况,并可根据不同的工况对采煤机牵引速度与液压支架跟机距离进行规划。本技术提升了综采虚拟现实的数字化设计水平,可以为综采工作面规划、分析与决策提供足够技术支持。     

从观影视角构建虚拟现实影像的具身认知

虚拟现实影像颠覆了传统影像的观影方式，为观众营造了高度沉浸的虚拟幻境，由此产生了叙事空间中观众的具身认知需求，如何明确观众的叙事身份，在塑造具身认知的同时推动叙事，是虚拟现实影像创作中亟需关注的问题。从具身认知的角度切入，分析并总结虚拟现实语境下的认知结构，基于观影视角的叙事设计提出具身认知构建的方法论，为未来的虚拟现实影像创作与实践提供理论支持。     

基于生物电传感的受众感知探索与研究

目的 通过对智能传感技术及表演媒介演变进行探索与分析,提出基于生物电传感的受众感知评估框架,探究真实环境与虚拟空间下的观众情感监测与交互反馈方法.方法 对从真实环境到虚拟空间发展过程中观众的观演模式及其情感感知方法进行综述,对表演空间中的人机交互模式进行分析,提出面向受众感知的表演交互评估框架,将不同媒介下的观演模式进行归纳,通过表演实例阐述真实环境与虚拟空间下的观众情感监测及内容反馈方法.结论 对现场表演和虚拟表演中的观众体验进行评估发现,观众对激发维度的评价与其参与度水平呈现一定的相关性,证实了基于脑电信号的感知方法可用于观众情感监测与表演评估.研究对虚拟空间下的受众感知研究进行拓展,为未来表演界面的构建、虚拟表演的评估提供了可行性建议.     

An Internet-enabled image- and model-based virtual machining system

Virtual reality (VR) can be described as a four-dimensional (4-D) simulation of the real world, including the 3-D geometry space, 1-D time and the immersive or semi-immersive interaction interface. VR applications in mechanical-related research areas are becoming popular, e.g. virtual layout design, virtual prototyping, Internet-based virtual manufacturing, etc. However, research in VR applications is facing conflicting requirements for high rendering quality and near real-time interactivity. This paper represents an Internet-based virtual machining system that builds an integrated VR scene, which combines images and models, to overcome the above conflicts. This research is divided into three parts: first, image mosaics techniques are used to implement an Internet-based virtual workshop, which is an image-based virtual scene. The method of obtaining original sequential images, the principle of image mosaics to realize automatic seamless stitching, and projection transformation matrices to reconstruct a closed inward-facing space are presented. Secondly, a model-based virtual milling machine has been constructed with three detailed approaches: a category-based dynamic graph structure to support collision detection, a relation-oriented collision detection method to improve the efficiency of collision detection, and a dynamic modelling method to model a dynamic workpiece object. Finally, an Internet-based virtual milling system, which is the integration of the image-based virtual workshop and the model-based virtual CNC machine, is constructed using the reposition method to achieve visual consistency of the virtual objects and images. This system, which includes an integrated scene, combines the advantages of image-based VR and model-based VR. Consequently, this system has both high rendering quality and good real-time interactivity.     

Impact of dynamic virtual and real robots on perceived safe waiting time and maximum reach of robot arms

This research examines perception of dynamic objects and robots in a virtual and real industrial work environment. The studies are modelled after those of Karwowski and Rahimi from the early 1990s. By applying virtual reality technology, the real workplace can be simulated in the virtual world for the improvement of facility design. Perception of hazard and risk, safe waiting time, maximum reach of robot arm are measured related to the impact of parameters such as robot size, speed and type and exposure to a virtual accident. Analysis includes techniques such as sequential experiments to compare results in the virtual and real environments. These methods may be considered as a model for studying perception and transfer in other domains. The comparison of the analysed data in the virtual and real environments helps to further determine the transferability of performance and perception from virtual reality to real. Results show similarity in perceived safe waiting time, but there are large differences in perceived maximum reach of robot arms between the virtual and real environments. Using the preliminary results from the integrated data in the sequential experiments, potential guidelines for using virtual facility layout in industry are discussed.     

虚拟环境适人化、虚拟人智能化及相互感知、认知的探索性研究

为了实现人与环境的适配性与协调性，在虚拟环境技术与无障碍环境式人工现实技术基础上提出了适人化虚拟环境与智能化虚拟人相互感知、认知的新思路。分析了无障碍环境式人工现实技术在国外的研究状况、发展趋势和应用前景。针对虚拟人(或虚拟化身)与虚拟环境进行交互的要求，提出了它们之间相互感知认知的相关技术基础以及初始阶段的研究内客，最后给出了本课题探索性研究举例。     

移情作用下节事符号感知对民俗体验的影响

目的 通过构建“节事符号感知-移情-民俗体验”模型,来研究节事符号感知对民俗体验的影响作用,并探讨移情的中介作用,旨在创新提升民俗体验的新路径及民俗文化的现代传承与传播的新思路。方法 采用文献研究法,以心理学感知和移情理论、认知学的符号理论及经济学的感知价值理论为基础,从设计学视角出发,通过梳理节事符号感知、移情与民俗体验三者之间的关系内涵,构建以移情为中介的节事符号感知对民俗体验影响作用的数据模型;采用问卷调查法和数据分析法研究移情作用下节事符号感知对民俗体验的影响机制。结果 证实了节事符号感知对民俗体验和移情的正向影响及作用,同时证实了认知移情和行为移情对现实场景民俗体验有着显著的正向影响,对虚拟场景民俗体验有非显著的正向影响,验证了移情在节事符号感知和民俗体验之间的中介效应。结论 明晰了移情在提升节事符号感知和民俗体验中的重要作用,通过移情可以建立民俗节事体验的情感连接、促进民俗文化交流与认同,对丰富民俗体验的形式和打造民俗节事文化的传承、传播等方面具有一定的启示意义。     

虚拟现实电影的空间设计研究

目的研究虚拟现实电影空间设计的现状和前景。方法从物质空间的设计、知觉空间的感受到社会空间的审美,总结虚拟现实电影空间的特征与设计时需要考虑的问题,包括拍摄空间的场景设计、知觉空间的体验设计、社会空间的审美设计等。结论探讨虚拟现实电影空间设计的原则,为其未来的发展提供思考的方向。     

颗粒侧向大角度光散射信息获取研究

在虚拟仪器LabVIEW平台上,组建了包括傅里叶变换系统,光纤传感器,高灵敏度CCD在内的大角度侧向光散射信号探测系统。对颗粒尺寸从32-123nm的有机硅丙酸脂微乳液颗粒测试结果的分析表明:7角处的能量跳动量含有表征颗粒大小的信息;通过对7,10,19和35四个角度的归一化散射光能量的测试,验证了在7和35两个角度上,粒径大小与归一化散射光能量成单调关系,因此可以考虑在7和35角放置光电探测器,改进粒度仪的结构设计。