体感交互设计及其在三维虚拟实验中的应用

人机交互方式直接影响三维虚拟学习系统的沉浸感和用户体验,基于桌面的WIMP交互由于信息维度的限制,在完成三维交互任务时存在用户体验不佳问题。体感交互使用自然习惯动作直接交互,其交互信息具有连续性、多维性、隐含性等特点,能减轻对WIMP交互中鼠标键盘的操控依赖与操控复杂度,使学习者更关注学习任务本身,在三维虚拟学习系统中具有更好的适用性。与WIMP交互相比,体感交互设计的最终目标是提升学习体验,在影响学习体验的四个主要因素中,体感交互行为过程最为关键,主要体现在"定位"、"操作"、"反馈"等环节,并通过隐喻设计促进学习者的认知和反思。对体感虚拟实验的案例分析和开发实践表明,体感交互能提高与三维对象的交互效率、增强学习沉浸感,体感交互设计应遵循情景性、隐含性、及时反馈、反思性等原则。     

手势交互虚拟实验对学习体验的影响机制

手势交互作为一种理想的虚拟现实交互技术,其在虚拟实验中的应用能够很好地满足学习者多样化的交互需求并提升交互体验。然而,当前关于手势交互虚拟实验的研究大多聚焦于提高手势识别的准确率、设计开发不同领域的虚拟实验应用等方面,而对学习者在虚拟实验中的学习体验并未进行深入地研究。为了探索手势交互虚拟实验对学习者学习体验的影响机制,利用设计开发的基于Leap Motion的"计算机组成原理"虚拟实验,采用混合研究范式对学习者的沉浸感、学习动机和态度分别进行了测量与分析。结果表明:在手势交互虚拟实验中,学习动机作为中间因素会影响学习者的学习体验;身临其境的感觉和自然丰富的交互体验能够有效增强学习者的物理沉浸,进而提高学习者的学习动机,改善学习者的情感体验并增强其使用意愿,由此来促进学习者学习体验的提升。从改进实践的层面来看,未来应合理设计交互手势,创设高度沉浸的实验环境,优化虚拟实验任务设计,注重对学习反思的引导,以不断提升学习者在心理沉浸和学习效果方面的表现。     

基于Kinect体感交互技术的虚拟装配实验系统开发

在分析体感交互虚拟装配系统架构的基础上,讨论了基于Kinect体感交互技术的虚拟装配模型数据建立、手势识别及交互语义扩展、场景视角的真实体感控制3个关键问题的实现方法,并使用这些方法开发了"减速器"虚拟装配实验系统。实际应用表明,体感交互技术能提高与三维对象的交互效率、增强学习沉浸感。     

基于ShiVa3D的在线三维虚拟场景交互式展示研究

虚拟场景交互式展示是集视听感受为一体的实时虚拟空间仿真,用户通过必要的设备和技术实现交互体验。为提高三维虚拟场景展示的真实感、沉浸感、实用性,设计了一种支持虚拟漫游、虚拟对象属性查询、语音交互和手势交互相结合的在线虚拟展示系统,介绍了基于ShiVa3D引擎分析系统的开发流程和实现方法。     

基于三维引擎的虚拟实验教学系统交互模式研究

虚拟实验教学系统的高交互性是关乎虚拟实验教学成败的决定性因素,采用三维引擎技术可实现智能化的沉浸感实时交互.以建构主义学习理论和远程教学交互层次塔理论为指导设计了虚拟实验教学系统的总体框架结构;基于三维引擎技术开发的虚拟实验教学系统分别实现了虚拟实验辅助支持、虚拟实验操作智能交互和分布式人际交互等三种交互模式.本系统有效地解决了虚拟实验教学的高交互需求问题,充分增强了学习者的智能化交互式学习体验.     

体感交互设计类课程虚拟仿真化改革

体感技术是比鼠标、键盘、触摸屏更加趋近自然的人机交互方式,但在体感开发过程中存在资源开销大的问题。针对该问题采用Kinect 人体传感器结合Kinect Studio软件,设计实现了一套满足教学与科研需要的体感开发虚拟系统。通过虚拟仿真方式进行体感开发学习,大大降低了实验开销。在课程前期通过虚拟仿真方式让学生掌握体感交互的开发流程,利用掌握的体感交互技术设计并开发一款体感交互产品。实验结果显示体感交互设计类课程的虚拟仿真化改革成效显著,提高了人才培养质量。     

基于仿真技术的数字电路3D虚拟实验室的设计

基于虚拟仪器、虚拟实验和虚拟现实技术现状,给出数字电路3D虚拟实验室的架构设计、技术路线和解决方案,利用建模工具3ds Max和现场沉浸感强的游戏引擎Unity3D创建了数字电路3D可交互虚拟实验平台,搭建平台的静态模型框架、动态交互控制模块以及实验操作反馈运行机制。该实验室具有良好的三维交互性、可操作性、功能完善和场景逼真生动的特点,激发学生创造性和想象力,在教学领域具有潜在的应用价值和开发价值。     

虚拟实验环境中的自然手势交互

自然人机交互强调以人为中心,注重交互方式的自然、和谐。相较以往人机交互技术来说,虚拟现实的交互技术在于实现从二维界面到三维虚拟空间的跨越,需要解决物理世界与虚拟世界的无缝交融。基于虚拟实验环境实现自然手势交互、虚拟环境的交互约束以及虚实数据的实时通信,主要包括:自然手势交互方面,主要利用了深度传感器、手势训练等技术;虚拟实验环境的交互约束方面,设计了虚拟旋转体与用户映射骨骼的交互捆绑约束及其虚实数据的实时通信。最后通过虚拟家居环境的自然手势交互进行实验论证。方案能够很好地运用于虚拟家居、体感游戏和实验教学等领域。     

体感交互技术在航空发动机虚拟装配实验中的应用

利用虚拟仿真平台3DVIA Studio,组合MAYA,3D MAX,CATIA,UG等软件,按照工程规范搭建了体感交互式航空发动机虚拟装配实验环境。建立了更符合人眼视觉规律的斜交视锥体摄像机模型,搭建了立体摄像机结构,并通过虚拟现实头盔参数的组合,设计出视觉交互模块,提供良好的沉浸式体验。此外,开发了Kinect体感设备、VR头盔陀螺仪及虚拟平台的数据传输模块,在可视化沉浸式虚拟环境中使用人的肢体语言对发动机进行虚拟装配实验。     

基于Virtools的大学物理网络三维虚拟实验的开发

介绍了Virtools作为一种新的VR技术,具有可视化操作、强交互力、跨平台和易于掌握等优点,应用于网络三维虚拟实验的开发可极大地提高实验的交互性和沉浸度,并大幅降低实验的研发时程和开发难度.以茹科夫斯基转椅虚拟实验的开发为例,详细介绍了应用Virtools技术开发大学物理虚拟实验的方法和过程.     

虚拟网络技术在教育中的研究与应用

本文首先介绍了虚拟网络技术在教育领域中的广泛应用前景、成功实例及其VRML国际标准,并基于该标准开发了具有良好沉浸感的虚拟试听点播教学环境及其具有动态可交互性的珠算教学网络系统,可应用于远程网络教学过程中.     

基于MR3DIT的泛在学习软硬件架构研究

泛在学习是一种具有广阔前景的新型学习方式,但目前尚缺乏有效的技术支撑实现。混合现实能够同时提供虚拟现实的沉浸感和增强现实的真实感,而三维交互能保持学习者在混合现实环境中学习时独有的沉浸感和真实感。因此,针对泛在学习的问题,结合混合现实和三维交互的优势,文章建构了基于MR3DIT的泛在学习软硬件架构,重点分析了其中软件架构的关键技术。文章指出,该架构能够在虚拟、现实和用户之间搭起一个交互反馈的信息回路,为实现沉浸式的泛在学习提供了完整有效的技术支撑。     

沉浸理论视角下的虚拟交互与学习探究——兼论成人学习者“学习内存”的拓展

沉浸感是虚拟交互中经常呈现的一种状态.本文在研究和揭示虚拟交互、沉浸感学习其内在动力的基础上,论述了沉浸感、沉浸式交互与成人学习者"学习内存"的关系,并对成人学习者"学习内存"的构成、功能与拓展作了一定的阐述,分析探讨了虚拟交互与学习过程中,构建成人学习者沉浸感学习的依据、要素与实施策略.     

基于Kinect体感交互的儿童注意力测评系统

针对儿童心理发展特点,提出基于体感交互的注意力测评系统。该系统采用体感技术使被测通过肢体动作即可控制并完成相关基于生活情景的任务测试项目。体感技术在感官感受、行为方式及使用空间等方面提高交互的沉浸感,这种自然的交互方式更能反映被测在真实情境下的注意力情况。该系统可用于一般家庭学校儿童注意力测试和注意力缺陷的辅助治疗,并可随时跟踪注意力水平的发展状况。     

沉浸式虚拟现实赋能学习的内在机理——沉浸感和情感体验对学习效果的多重影响

当前,沉浸式虚拟现实技术（IVR）在教育领域的应用备受关注。已有研究表明,IVR环境引发的沉浸感和情感体验对学生学习有重要影响,但二者如何影响学习效果还有待深入探索。以沉浸感（专注度、暂时抽离、穿越感、情感投入和享乐感）和情感（唤醒度和愉悦度）体验为自变量,以学生的学习效果（知识保留成绩和知识迁移成绩）为因变量进行实验研究发现：沉浸感体验中的专注度是影响IVR环境中学习者知识保留的重要因素,情感体验中的消极高唤醒情绪有助于提升IVR环境中学习者的知识保留;沉浸感体验中的享乐感是影响IVR环境中学习者知识迁移的重要因素,情感体验中的消极低唤醒情绪不利于IVR环境中学习者的知识迁移。基于此,IVR教学实践中既要注意平衡学习者的沉浸感体验和认知负荷,又要充分考虑学习者个体特征差异,还要重视学习者的情感体验。未来,还需在真实的教学情境中开展大规模长周期的实证研究,进一步验证认知与沉浸感、情感之间的复杂关系。     

基于Virtools的精馏过程模拟及虚拟实验室开发

为了弥补精馏实验教学的不足,实现对精馏分离实验过程的三维情景化交互仿真模拟,基于Virtools软件开发平台,以乙醇-水精馏综合实验为研究对象,采用结合三对角矩阵法与松弛法优点的混合方法,进行了精馏稳态操作和开车过程的模拟程序开发。并通过编译的VSL脚本及BB模块实现3D仿真实验装置数据交互,开发了具有三维沉浸感强、功能完善、交互操作逼真的虚拟精馏实验室,能够完整地模拟精馏分离过程,具有较高的训练价值。而且采用开放式结构,教师可以根据各高校的要求对实验初始参数进行修改。经过仿真测试,实验仿真结果和实验数据的相对误差控制在5%以内,能够真实反映精馏综合实验全过程。     

基于IdeaVR的虚拟仿真实验系统设计与实现

虚拟现实技术(Virtual Reality,VR)具有沉浸感、实时交互、多人协同等特性,在教育领域中有着十分重要的应用价值.通过收集数据,利用SketchUp进行三维模型的构建,再利用IdeaVR平台搭建整个三维场景、编辑交互动画,基于IdeaVR的虚拟仿真实验系统实现了三维导航及漫游、实时信息查询、多人协同操作以及...     

分布式虚拟学习环境的设计与应用研究

分布式虚拟学习环境是一个广泛意义上的基于分布式虚拟环境的学习平台,主要包括在线课堂、学习资源、交流协作空间和交互工具,为开展在线教学、个性化学习和协作学习提供技术支持。其所特有的沉浸感能充分调动学习者的各种感官,给学习者以充分的体验和想象空间。本文分析了分布式虚拟环境的国内外研究现状,讨论了分布式认知理论对分布式虚拟学习环境系统建构的指导作用,在此基础上,给出了系统体系架构方案。着重对系统设计过程中的功能实现、场景总体规划、虚拟教室和多人在线交互等关键模块进行了深入探讨,最后给出了具体应用的实现效果。     

面向实战的反恐战术训练虚拟系统设计及教学实现

鉴于反恐形势的复杂性和暴恐事件的多发性，传统的反恐战术训练模式由于成本投入高、安全管控风险大、参训人员沉浸感差、训练数据存储难及评判标准不统一等缺点，已经不能满足专门化警务人才培养的需求。为了提升公安教学实战化的水平，设计了基于低延迟多人交互、大空间多源融合定位技术的虚拟仿真系统，通过实战场景构建和武器装备仿真还原真实的训练环境，同时以参训人员全身姿态实时动态捕捉为基础存储实验数据并进行展示和分析，从而完成高标准的客观评价。实验结果表明，基于虚拟仿真系统的室内反恐实验安全性高、沉浸感强、研判性显著，是实现智能化及数字化反恐实训的重要平台。     

基于分布式虚拟技术的工程图学CAI探索与实践

该文基于分布式虚拟技术,结合工程图学课程教学的特点,论述了在现代教育环境下的计算机辅助图学教学,提出了适用于网络化的计算机辅助图学教学框架体系和相关技术,开发了网络化的工程图学教学课件虚拟系统.该系统以虚拟技术为支撑,紧紧围绕图学教学的宗旨,综合利用了虚拟技术的各种开发工具和理论,具有虚拟现实系统的特点:沉浸感、交互性、构想.