北航 虚拟现实 大作业
《第3章 虚拟未来世界——VR、AR初探 第1节 网探故宫——体验和了解VR技术》作业设计方案-初中
《网探故宫——体验和了解VR技术》作业设计方案（第一课时）一、作业目标本次作业旨在帮助学生通过虚拟现实（VR）技术探索故宫，体验身临其境的感受，了解VR技术在文化遗产保护和科普教育方面的应用，提高信息素养和实践能力。
二、作业内容1. 任务一：参观故宫VR全景图学生需在指定时间内完成对故宫VR全景图的参观，通过全景视角感受故宫的壮丽和历史底蕴。
要求截图或录像记录参观过程，并撰写参观心得。
2. 任务二：制作个人故宫VR体验视频学生需利用VR虚拟现实软件，自行设计并制作一个包含个人视角的故宫VR体验视频。
视频内容应包括故宫的主要建筑、景观和历史文化背景，时长不超过5分钟。
3. 任务三：科普分享学生需选择一个与VR技术在文化遗产保护方面的应用相关的科普话题，进行讲解和分享，提高公众对VR技术的认识和兴趣。
三、作业要求1. 独立完成：作业任务需独立完成，不得抄袭或使用他人成果。
2. 质量要求：提交的截图、视频和心得应真实、客观，描述准确，体现学生真实的参观体验和思考。
3. 时间安排：学生需在规定时间内完成作业任务，逾期不补。
4. 创新性：鼓励学生尝试不同的VR软件和工具，提出新的创意和想法，提高实践能力和创新意识。
四、作业评价1. 评分标准：根据提交的截图、视频和心得进行评价，重点考察内容真实度、体验描述是否准确、是否具有个人见解和创新性。
2. 评价方式：采用教师评价和同学互评相结合的方式，综合评价学生的作业表现。
3. 成绩记录：将学生的作业表现纳入学期成绩评价体系，作为平时成绩的参考之一。
五、作业反馈1. 学生反馈：学生需在提交作业后，及时获取教师的反馈和建议，对作业进行修改和完善。
2. 教师反馈：教师将对作业进行评价，提供反馈和建议，帮助学生更好地理解和掌握VR技术，提高信息素养和实践能力。
同时，教师也将根据学生的反馈和建议，不断改进和完善教学方案，提高教学质量。
通过本次作业，学生将能够亲身感受VR技术的魅力，了解文化遗产保护的新手段，提高信息素养和实践能力，为未来的学习和工作打下坚实的基础。
完成单位北京航空航天大学虚拟现实技术与系统国家重点实验室
完成单位：北京航空航天大学虚拟现实技术与系统国家重点实验室联系人：沈旭昆办公室电话：移动电话：电子邮件：成果名称：虚实融合关键技术及应用成果成果描述：虚实融合技术在工业设计、装备维护、军事训练、医疗仿真、文化教育等领域具有广泛需求，本成果主要包括以下几方面的技术创新：1）发明了多层次视觉和力觉空间虚实融合一致性处理技术。
提出了基于三重小波积分的高效全频环境光照绘制方法，构建线性依赖BRDF基的绘制方程和优化求解策略，解决了虚物与实物表面光照一致性问题。
在视觉和力觉空间融合方面，提出了基于半透明反射原理的视觉力觉空间配准方法，通过构建和求解配准误差的量化数学模型，降低了操作平面内视觉力觉显示的平均配准误差。
2）发明了基于层次模型的人体变形和基于少量传感器的体感交互技术。
提出了人体层次模型表示和变形方法，建立表面层、中间层和骨骼层的映射函数，基于样例保持了人体变形的细节；提出了基于流形学习的运动数据降维方法，利用局部保持投影构造双向映射，构建低维生成模型，降低了运动编辑和合成复杂度。
提出了基于少量加速度传感器的体感交互方法，使用混合马尔科夫模型对人体运动进行时变序列匹配，在部分信号缺失时仍能准确识别。
3）发明了基于内容理解的可保持外观结构特征的物体建模与生成技术。
提出了基于图纸的建筑物过程建模方法，通过分析图纸提取规则，可快速生成大规模三维场景；提出了保持结构特征的几何模型空洞修复方法，将网格模型分解为低频和高频部分并分别修复，能够保持对象结构及细节。
在上述技术发明基础上面向应用研发了三套软硬件工具和虚实融合集成环境。
获国家发明专利授权15项，受理专利20项，获计算机软件著作权9项，发表论文26篇。
研究成果已在飞机座舱设计评估、装备拆装维护等领域开展了应用，应用前景广阔。
完成单位简介:虚拟现实技术与系统国家重点实验室于2007年5月批准建设，实验室总体定位于虚拟现实的应用基础与核心技术研究，强调原始创新、重视系统研发，发挥实验室多学科交叉、军民应用背景突出的优势，为虚拟现实技术的发展和应用做出基础性、示范性、引领性贡献。
《6.4初识虚拟现实与增强现实》作业设计方案-中职信息技术高教版21基础模块下册
《初识虚拟现实与增强现实》作业设计方案（第一课时）一、作业目标本作业旨在让学生初步认识虚拟现实（VR）与增强现实（AR）的基本概念、技术原理及其在教育、娱乐、生活等领域的应用，培养学生的科技兴趣和创新思维，为学生后续深入学习信息技术相关内容打下坚实基础。
二、作业内容1. 理论知识学习：学生需认真阅读《初识虚拟现实与增强现实》课程资料，掌握VR与AR的定义、发展历程、技术特点及主要应用领域。
2. 视频观看与案例分析：学生需观看关于VR与AR的科普视频，并分析至少两个VR/AR在实际应用中的案例，包括案例的应用场景、技术实现方式及用户体验等。
3. 动手实践操作：学生需使用手机或专用设备体验AR技术，并完成一次简单的AR场景构建，例如构建一个基于AR技术的互动小游戏或3D场景。
4. 小组合作探讨：学生需以小组形式（每组3-5人）进行VR/AR技术的探讨交流，讨论VR/AR技术的未来发展趋势及其在各自专业领域的应用前景。
三、作业要求1. 理论知识学习：学生需认真阅读教材并做好笔记，确保对VR与AR的基本概念有清晰的认识。
2. 视频观看与案例分析：学生需在观看视频后完成案例分析报告，报告应包括案例的具体信息和分析总结。
3. 动手实践操作：学生需记录实践操作的过程并提交最终作品，作品应具备一定的互动性和观赏性。
4. 小组合作探讨：小组讨论应充分、深入，最后形成一份总结报告，报告需包括组内成员的发言要点及对VR/AR未来发展的预测。
四、作业评价本作业将根据以下标准进行评价：1. 理论知识的掌握程度；2. 视频观看与案例分析的深度和广度；3. 动手实践操作的完成度与质量；4. 小组合作探讨的积极性和创新性；5. 作业提交的及时性与规范性。
五、作业反馈教师将对每位学生的作业进行认真批改，指出存在的问题及改进建议，并在课堂上进行点评与分享。
同时，教师将根据学生作业的完成情况，进行有针对性的辅导与指导，帮助学生更好地掌握VR与AR相关知识。
北京航空航天大学虚拟现实国家重点实验室VR导论01_VirtualReality_Instruction_2010
虚拟现实交互技术Virtual Reality王莉莉副教授北京航空航天大学虚拟现实技术与系统国家重点实验室2010年春季课程主要内容•虚拟现实的概念•虚拟现实的应用•虚拟现实的支撑技术（重点内容）•一些其他技术在虚拟现实中的应用•构建虚拟现实系统的相关工具考核方式•课堂讲演80%•印象分20%一些有用信息•授课教师–A 沈旭昆教授–B 王莉莉副教授•邮件地址–xkshen@–Lily_w@•课程资源–/HomePage/lily/classe s.html 参考书•虚拟现实技术（第二版）Grigore C. Burdea & Philippe Coiffet著电子工业出版社 2005年•虚拟现实系统-接口、应用与设计 William R. Sherman & Alan B. Craig著点在工业出版社 2004年网络资源•国外网站–国外大学的VR实验室的网站–International Virtual Reality Conference –International Journal of Virtual Reality 网络资源•国内网站––––一些代理vr相关产品的公司网站•黎明视景•伟景行• 水晶石第一讲虚拟现实概述（Introduction of Virtual Reality）虚拟现实交互技术课程主要内容1.为什么要研究虚拟现实技术2.虚拟现实的发展3.虚拟现实系统的构成与特点4.虚拟现实系统的应用5.主要问题与研究方向虚拟现实的研究目的•由于客观条件的限制,许多研究成果不能只满足于理论，又无法进行真正的实践研究，对于这类问题，可以用计算机仿真的方法进行研究。
the 1993 Hubble Space Telescope (HST) Repair mission team using VR training Computer generated scene depicting the HST capture and EVA repair mission for mission planning虚拟现实的研究目的1.计算仿真为解决一些传统方法无法解决的问题提供了新途径、新方法。
北航航空工程大型通用软件应用大作业样本
航空科学与工程学院《航空工程大型通用软件应用》大作业机翼结构设计与分析组号第3组小组成员11051090 赵雅甜11051093 廉佳11051100 王守财11051108 刘哲11051135 张雄健11051136 姜南6月目录一 CATIA部分....................................... 错误!未定义书签。
( 一) 作业要求..................................... 错误!未定义书签。
( 二) 作业报告..................................... 错误!未定义书签。
1、三维模型图................................... 错误!未定义书签。
2、工程图....................................... 错误!未定义书签。
二 FLUENT部分...................................... 错误!未定义书签。
( 一) 作业要求..................................... 错误!未定义书签。
( 二) 作业报告..................................... 错误!未定义书签。
1、计算方法和流程............................... 错误!未定义书签。
2、网格分布图................................... 错误!未定义书签。
3、气动力系数................................... 错误!未定义书签。
4、翼型表面压力曲线............................. 错误!未定义书签。
5、翼型周围压力云图............................. 错误!未定义书签。
虚拟现实技术大作业设计说明书
虚拟现实技术大作业设计说明书
设计题目：农家小院
姓名：马东东学号：1300030011 单位：研究生院
一：设计目标说明（描述目标）
这次毕业设计借鉴了老师课程中的实例的城市，设计了一个院子，院子里有一所房子，房子的门和窗点击鼠标可以打开，还有一棵小树，路灯以及院子的围墙。
二：设计环境说明（描述本设计所使用的软硬环境）
软件是在VrmlPad上编写的，VrmlPad 是由Parallel Graphics公司开发的基于文本格式、支持即时预览的VRML专用开发工具，具有VRML代码下载、编辑、预览、调试功能，是当今VRML源代码编辑的最强工具之一。
三：设计过程说明（较详细描述自己的设计思路，设计过程，能够体现出本设计是自己做的。
，最好将源代码简单注释一下）。
构造了几个立方体，由几个立方体构成了一所房子，房子的围墙贴上图片，门和窗的动画效果是动画插补器，可以实现门和窗的点击闭合和打开，树的设计是在立体平面上贴上一个一个动画，用的是老师实例中的程序，花台的设计是一个立体台上贴上草的动画。
北航CATIA大作业实验报告
CATIA大作业实验报告固体火箭发动机设计院（系）名称专业名称学生信息2015年12月17日表1 固体火箭发动机小组成员完成作业情况表一、研究背景航天技术是20世纪人类认识宇宙和改造自然进程中最有创新活力、最有开拓影响的高新技术领域，也是人类文明进步的重要标志。
众所周知，火箭发动机是导弹、运载火箭和航天器的心脏；是导弹、运载火箭和航天器得以迅速发展的前提；是航天技术发展的重要组成部分。
而现阶段用作运载的火箭发动机主要分为固体火箭发动机和液体火箭发动机两种。
相对于液体火箭发动机，固体火箭发动机具有结构简单，推进剂密度大，推进剂可以储存在燃烧到中常备待用和操纵方便可靠等优点。
固体火箭发动机由药柱、燃烧室、喷管组件和点火装置等组成。
药柱是由推进剂与少量添加剂制成的中空圆柱体（中空部分为燃烧面，其横截面形状有圆形、星形等）。
药柱置于燃烧室（一般即为发动机壳体）中。
在推进剂燃烧时，燃烧室须承受2500～3500度的高温和102～2×107帕的高压力，所以须用高强度合金钢、钛合金或复合材料制造，并在药柱与燃烧内壁间装备隔热衬。
点火装置用于点燃药柱，通常由电发火管和火药盒（装黑火药或烟火剂）组成。
通电后由电热丝点燃黑火药，再由黑火药点火燃药拄。
喷管除使燃气膨胀加速产生推力外，为了控制推力方向，常与推力向量控制系统组成喷管组件。
该系统能改变燃气喷射角度，从而实现推力方向的改变。
药柱燃烧完毕，发动机便停止工作。
而它主要用作火箭弹、导弹和探空火箭的发动机，以及航天器发射和飞机起飞的助推发动机。
结合本专业布置了设计固体火箭发动机的任务和CATIA大作业，宇航学院航空宇航推进理论与工程的两名学生通过分工合作完成此次课题任务。
其中，根据所学知识，自行设定目标参数。
根据拟定的参数，对固体火箭发动机推力室进行设计作图。
时间如有剩余，将对固体火箭发动机推力室的工作状况进行数值模拟，检测相关参数是否达到设计要求。
二、设计目标本次设计对象为固体火箭发动机为地空导弹助推器，工作时间很短，仅为3~4.3s，而推力需求为6~10吨级，属于典型的短时大推力发动机，故应用大燃面装配药柱设计；使用温度为50C o；已知推进剂为SFM—3，要求燃烧室外径D≤0.654m，发动机总长L≤2.59m，故要求发动机的结构尽量紧凑。
作文《探索虚拟现实》
探索虚拟现实哎，我跟你说，这虚拟现实吧，真是个神奇的玩意儿。
我琢磨着，想玩儿好它，还真不能老想着AI那套算法和数据啥的。
就好像，你学骑自行车，总想着力学原理，反而更难学会，还不如直接上车摔几跤来得快。
那天我戴上VR眼镜，进了一个模拟热带雨林的游戏。
嚯，那场景，做的跟真的一样！我当时就傻眼了，站在一片绿油油的“树林”里，各种奇奇怪怪的鸟叫声，还有远处瀑布的水声，听得我一愣一愣的。
我这人吧，特喜欢观察细节。
我发现一只蓝色的小蝴蝶，翅膀上居然还有细细的花纹，它扑闪着翅膀，从一朵“花”飞到另一朵“花”上，我忍不住伸手去抓，结果扑了个空，差点儿一头栽进“草丛”里，还好我及时扶住了旁边一棵虚拟的“树”。
这棵“树”啊，做得可真够仔细的。
树干粗糙不平，上面还有青苔，我甚至能感觉到手上那种湿漉漉、黏糊糊的触感，要不是知道这是假的，我差点儿就以为自己真在雨林里探险了。
我绕着这棵“树”转了一圈，发现树根处有一小撮颜色特别鲜艳的小蘑菇，红彤彤的，上面还有白色的点点，像动画片里那种毒蘑菇。
我寻思，这游戏做得还真精细，连毒蘑菇都设计出来了。
我好奇地伸出手指，轻轻戳了一下其中一朵小蘑菇，没想到，这小蘑菇居然还duang的一下弹了回来，像果冻似的，好玩儿极了！我就对着这堆小蘑菇戳来戳去，玩儿得不亦乐乎，感觉自己像个傻子似的，哈哈。
后来，我还在“雨林”里看到了猴子、蜥蜴，甚至还有一条巨大的蟒蛇，盘在树上，吐着信子，吓得我赶紧躲开了。
要不是我知道这是虚拟的，估计我早就尖叫着把眼镜摘下来了。
摘下眼镜后，我还在回味刚才的体验。
我觉得吧，这虚拟现实的乐趣就在于那种身临其境的感觉。
你不需要去想那些复杂的算法和数据，只需要像个孩子一样，去探索、去感受，去发现那些隐藏在细节中的小惊喜，就像我发现的那堆duang duang的小蘑菇一样。
所以说，想玩好虚拟现实，有时候啊，真得抛开那些条条框框，让自己沉浸其中，像个傻子一样，去体验，去感受，这才叫真乐趣！你觉得呢？。
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KINECT设备技术分析
Analysis of kinect technology
Abstract: Microsoft's XBOX360 motion sensing game equipment brings a subversive operation experience. This paper carries a simple analysis for the kinect.
Key words: kinect
摘要: 微软的XBOX 360体感游戏机带来了一种颠覆式操作体验，本论文对kinect外设所使用的技术进行简单的剖析。
关键词: kinect
1引言
随着计算机科学的飞速发展，虚拟现实技术已渗透进入了军事、工程、医学、教育等各个方面，并且在这些领域中起着重要的作用。
如海湾战争的美国士兵对周边的环境不觉得陌生，是由于虚拟现实已把他们带入那漫无边际的风尘黄沙，让他们“身临其境”感受到大漠的荒凉。
现实世界是真实存在的，人们通过自己的视觉、触觉、听觉、嗅觉可以真实的体验感知到，而虚拟世界是通过计算机计算生成的，模拟现实世界而存在的，人们通过特殊的感知设备，将感知信息反馈给计算机，再通过计算模型体现在虚拟世界中。
虚拟操作就是真实的人与虚拟世界相互交流的一种方式。
虚拟操作中的对象是虚拟的，由计算机通过计算模型生成，如几何形状、材质等，可以随意的更改。
人在真实的世界中通过视觉、触觉、听觉、嗅觉感知物体的特性，通过真实的力、相对位置等操作真实物体。
在虚拟操作的中，人与虚拟世界的交互，简单的可以通过键盘、鼠标等设备进行交互，但是这种操作比较简单，与真实的操作差别很大。
另一种比较逼真的操作就是通过在人的身体上放置相应的传感器，同过这些传感器感知人体的动作，反馈给计算机，在通过之前设置的模型虚拟出相应的动作。
如图1.但是这种交互对硬件要求较高，随之而来的就是高成本。
而微软在2010年发布的一款体感周边外设产品kinect，因其革命性的构想和颠覆性的操作方式，受到了众多玩家的追捧，微软给出了一种低成本的解决方案，使人不要那些复杂的传感器等辅助的东西也能达到同样效果的逼真的虚拟操作，也使得体感游戏主机的风靡。
本论文就是对微软这种解决方案简单探讨。
图1 交互
2 kinect技术介绍和分析
Kinect最初是有以色列PrimeSense公司开发，后被微软收购作为XBOX360游戏机的体感周边外设正式对外公布，它是一种3D体感摄影机，可以实现即时动态捕捉、影像辨识、麦克风输入、语音辨识等功能，游戏玩家可以通过Kinect，来用自己的身体控制游戏中的虚拟人物。
Kinect基本组成以及功能如表1。
设备及硬件分布图，如图2。
图2 kinect硬件设置
Kincet一次获取三种东西，分别是RGB的彩色影像、3D深度影像、以及声音信号。
Kincet通过一个红外激光投影镜头将一组红外激光点阵投射到玩家身上，另外两个CMOS摄像头对此进行X，Y，Z 坐标的3D 扫描，通过内置的专利算法，以此分辨玩家、背景、以及玩家的动作意图，其精确的空间定位性能非常适用于游戏和互操作领域中。
获取的图像如图3.
图3 kinect获取信息
Kinect 其最重要的核心技术就是3D 深度信息处理技术，深度信息主要来自于红外线发射器与红外线摄影机的接收，由此来判断目标物体的距离。
微软使用的3D 深度信息技术来自于与Prime Sense 公司的合作。
Prime Sense 提供了动作检测技术以及检测芯片PS1080，并使用光编码( Light coding) 专利技术。
其深度信息获取功能采用的是一种特殊的结构光测量技术，其深度计算方式与普通的结构光测量不一样。
首先，结构光是指一些具有特定模式的光，模式图案可以是点、线、面等。
结构光扫面的原理是首先将结构光投射到物体表面，在使用摄像机接受物体表面反射的结构光图案，由于接受图案必会因物体的立体形状而发生变形，因此可以师徒通过该图案在摄像机上的位置和形变程度来计算物体表面的空间信息。
结构光测距原理示意。
如图4。
图4 结构光测距原理示意图
与传统的基于时间的TOF、结构光的光源不同，使用PS1080系统级芯片负责对红外光源记性控制，投射出具有三维纵深的“立体编码”，这种光源叫做激光散斑( laser speckle) ，是当激光照射到粗糙物体或穿透毛玻璃后形成的随机衍射斑点。
这些散斑具有高度的随机性，而且会随着距离的不同变换图案，也就是说空间中任意两点的散斑图案都是不同的。
它不需要特质的感光芯片，只需要普通的COMS感光芯片，这让方案的成本大大降低。
Kinect就是以红外线发出人眼看不见的class1雷射光，透过镜头前的光栅片将雷射光均匀分布投射在测量空间中，在透过红外线摄影机记录下空间中的每个散斑，获取原始资料后，在透过芯片计算成具有3D深度的图像。
如图4。
图4 深度图像生成
PrimeSense公司提供的light coding技术所获取的知识基本的影像资料，另外的重点是辨识影像，转换为动作指令。
微软将侦测到的3D深度图像，装换到骨架追踪系统。
该系统最多可以同时侦测到6个人，包含同时辨识2个人的动作；每个人工可记录20组细节，包含躯干、四肢以及手指等都是追踪的范围，达成全身体感操作。
为了看懂使用者的动作，微软也用上了机器学习技术（machine learning），建立出庞大的图像资料库，形成智慧辨识能力，尽可能理解使用者的肢体动作代表的含义。
如图5。
Kinect 将捕捉到的影像与本身内部存有的人体模型对照，每一个符合内部已存人体模型的物体就会被创建相应的骨骼模型，系统再将该骨骼模型驱动已设定基准骨骼和骨骼权重的虚拟角色，该角色通过识别该人体骨骼的关键部位进行动作触发，系统可以识别人体的25 个关键部位，并且通过OGRE 引擎实时在屏幕上显示虚拟场景和角色，并且通过图像引擎实现角色的动作捕捉实时观察和通过物理引擎实现简单的物理碰撞应用。
图5 骨架追踪系统
Kinect摄影机的影像更新频率为30FPS，代表动作传送将会有33ms的延迟，但是人类对事物的反应速度似乎都超过了100ms，已经大于30FPS所带来的33ms延迟。
总结和发展
微软的XBOX 360体感游戏机，凭借着良好的游戏体验，带给了玩家深刻的印象。
其革命性的构想和颠覆性的操作方式也给虚拟操作带来了不一样的思考。
2013年体感控制器制造公司Leap旗下产品Leap Motion 体感控制器发布，其对手势的精准追踪，同样给玩家们带来了不小的震撼。
小小的体积，凭借只有两个摄像头，却对空间的手部动作进行精确追踪。
新鲜而又刺激的交互体验。
我们有理由相信更多的低成本交互
设备会出现，人们也会越来越喜欢这种虚拟技术带来的革命性体验。
不仅仅是游戏，不仅仅是大型的企业，普通的群众也将会感受到虚拟现实技术所带来的生活的改变。
参考文献
[1]Alexandros Doumanoglou. A dateset of kinect-based 3D scans[J].2013.
[2] Mengyao zhao. High-quality kinect depth filtering for real-time 3D telepresence.2013.
附中文参考文献:
[1] 淦创.基于3D体感技术的动态手势识别[J].光电技术应用，2012.
[2] 耿波亭.基于Kinect的人体检测和跟踪算法研究.2012.
[3] 尚华强.基于Kinect的虚拟人物动作仿真研究.2012.
[4] 杨东方.基于Kinect系统的场景建模与机器人自主导航.2012
[5] 梅继红.基于数据手套的虚拟操作技术研究.2002.
[6]赵沁平.虚拟现实综述.2009.
[7] 郑立国.基于Kinect的动作捕捉系统的实现.2013.
[8] 刘东辉.基于虚拟现实的室内定位监控系统的设计与实现.2012.
[9] 陈浩磊.虚拟现实技术的最新发展与展望.2011。