智慧小镇人群行为及疏散仿真平台的研究与验证
这是一篇关于智慧小镇,人群仿真,安全疏散策略,Menge,Unity 3D的论文, 主要内容为近年来,智慧小镇的建设发展迅速,其将信息科技技术应用于小镇治理之中,利用物联网、云计算、大数据分析、互联网和人工智能等高新技术,对小镇原住民的生活工作、外来旅客的出行游玩、当地企业的经营发展进行过程中遇到的一系列问题难题进行智能地收集、分析并生成解决方案。通过智慧化的治理,小镇运营者可以通过物联网技术获取小镇道路、街道以及建筑物中的车流及人流情况,当小镇的人流激增,发生大规模拥堵时,如果发生紧急情况,需要对小镇人群进行应急疏散,预先使用计算机仿真技术对人群疏散进行仿真,制定相应的疏散策略算法,能够为小镇在紧急情况下的应急疏散提供理论指导,对智慧小镇的安全管理具有重要意义。本文设计并开发了一个智慧小镇人群行为的仿真平台,以某地文体小镇(下简称“小镇”)为例,本文研究并建立了人群行为模型和人群疏散模型,能够在仿真平台上对小镇中的人群行为和紧急情况时的人群疏散进行模拟。然后,本文在仿真平台上对小镇的紧急安全疏散进行了推演实验,并使用本文提出的疏散策略在各个情况下完成了验证,为小镇制定安全应急疏散预案提供了可靠的理论依据。具体来说,本文的创新性研究工作可以分为以下几个部分:1、本文基于Menge和Unity 3D游戏引擎设计并开发了一个智慧小镇人群行为的仿真平台。该平台主要分为两部分:底层仿真引擎和顶层展示窗口。底层仿真引擎基于Menge平台,搭载了本文针对该小镇提出的人群行为模型、小镇地图物理模型、人群路径规划、避撞模型与安全疏散模型等;顶层展示窗口包括Unity和浏览器端两部分,Unity完成了对底层引擎的仿真结果的3D可视化,浏览器端完成了3D动画展示和对底层引擎的仿真结果的数据可视化。2、本文针对智慧小镇场景建立了一种大规模人群安全疏散模型,并在本文提出的人群仿真平台上完成了模型开发工作。具体地说,本文所提出的人群安全疏散模型包括疏散人群分类、疏散人群移动模型、安全疏散策略设计以及动态疏散流程设计几部分,本文使用模型中设计的疏散策略进行仿真推演,能够在没有真实人流数据的情况下,研究并制定在智慧小镇的多种紧急疏散场景中最优的安全疏散预案。3、本文基于上述的人群仿真平台和安全疏散模型,制定了三个专项分析实验以研究在小镇的各个紧急疏散场景下如何制定最优的安全疏散策略,通过实验的结果分析与验证,本文在不同的疏散场景角度中为小镇紧急疏散预案的制定提供科学可靠的依据。
超导MRI系统结构与临床扫描的虚拟平台设计与实现
这是一篇关于超导MRI,虚拟平台,系统结构,临床扫描,3D Max,Unity 3D的论文, 主要内容为超导MRI成像设备的快速发展,提高了医院对疾病的诊断效率。MRI扫描无电离辐射,软组织对比度清晰等优点,广泛用于神经系统、心脏、腹部和四肢等的检查。随着虚拟仿真技术的飞速进步和医学成像设备的持续革新,虚拟仿真技术大量应用于医学成像设备的发展研究,成了推动“健康中国行动”国家战略的重要方法。在利用MRI成像系统进行理论学习和科学研究期间,存在超导MRI设备价格昂贵,不能人手一台的困境。出于安全和成本考虑,有些算法验证研究也不能利用人体在临床进行反复试验。因此,需要设计和开发一套功能齐全的MRI成像系统的虚拟平台,作为MRI成像领域的辅助应用工具。我们开展了超导MRI系统结构与临床扫描的虚拟平台设计与实现。设计了超导MRI成像系统的关键部件,模拟了临床扫描的全过程,以及扫描数据对成像质量的影响。主要研究内容为:(1)对MRI成像原理和MRI设备结构进行了研究。从核磁共振和空间定位角度研究了成像原理,并对k空间和图像重建方法进行了分析,明确了MRI成像系统的设备结构。为设计和实现超导MRI虚拟平台打下基础。(2)对超导MRI虚拟平台进行了总体设计。采用基于3D Max软件和Unity3D引擎的虚拟平台开发工具,借助模型、视图和控制器模式对虚拟平台进行总体设计。并对MRI成像系统结构、临床扫描与成像、以及完整检查过程等虚拟平台关键模块进行总体设计。(3)对超导MRI虚拟仿真平台虚拟场景和关键部件建模进行实现。首先搭建超导MRI系统的空间布局,包括扫描间、操作间和设备间。然后对超导磁体、梯度系统和射频系统等关键部件进行建模。(4)实现了在虚拟临床环境下超导MRI系统临床扫描和其他功能。设置了超导MRI系统关键部件的物理组件,使其符合现实临床环境;使用C#编写脚本语言实现了超导MRI系统结构拆卸组装、虚拟场景漫游、临床扫描过程和图像实时显示等功能。我们对MRI虚拟仿真平台进行了功能测试,在windows环境下对仿真平台进行打包发布,可以在Web GL端和windows端进行使用。该平台实现了MRI设备结构的高度仿真,能够让使用者身临其境,拆解组装磁体,梯度线圈,射频线圈等关键部件。并能体验临床扫描的常规步骤,为借助该平台进行MRI系统学习和研究的人群提供了便利。该平台为虚拟设备领域提供了一套新的医学成像虚拟设备,为MRI领域提供了新的学习途径。
基于具身认知的虚拟仿真实验软件设计与开发研究——以《PLC技术及应用》课程为例
这是一篇关于虚拟仿真实验,具身认知,Unity 3D,软件设计,软件开发的论文, 主要内容为随着虚拟现实技术、增强现实技术以及我国教育信息化的发展,虚拟现实技术在教育领域中的应用也越来越广泛。一些虚拟仿真实验教学平台的出现,为虚拟仿真实验与实验教学相结合奠定了坚实的基础,同时也为虚拟仿真实验软件的设计与开发提供了良好的外部环境。目前,在《PLC技术及应用》课程实验教学过程中,存在实验设备昂贵、实验受时间空间限制、盗版软件的使用等诸多问题。由于虚拟仿真实验在教育中应用具有较好的效果,因此,我们需要在《PLC技术及应用》课程实验教学中对虚拟仿真实验进行探索,解决实验设备昂贵、实验受时间空间限制、盗版软件的使用等问题,弥补目前实验教学存在的不足。本研究通过整理文献,分析虚拟仿真实验在国内外的研究现状;对虚拟仿真实验进行概念界定,并对虚拟仿真实验的分类及优势、沉浸式学习理论、具身认知理论以及建构主义学习理论进行阐述,指出沉浸式学习理论、具身认知理论以及建构主义学习理论对开发虚拟仿真实验软件的指导意义。其次,对《PLC技术及应用》课程进行课程分析、学习者分析、需求分析,进一步明确本研究中的仿真实验教学内容,并对PLC课程虚拟仿真实验软件进行开发模型的设计。然后对虚拟仿真实验软件进行系统设计,主要包括对虚拟仿真实验软件的整体设计、界面设计和交互设计。设计完成之后依据虚拟仿真实验软件的开发模型对虚拟仿真实验软件进行开发,软件的开发主要包括对软件开发原则的阐述,开发环境配置、模型构建以及软件功能模块的开发、开发完软件以后对软件进行测试发布与试用。本研究主要基于Unity 3D以及Visual Studio 2017工具进行虚拟仿真实验软件的开发,因为他们所使用的语言相对来说较为成熟,外部可用的资源相对来说较为丰富,使得虚拟仿真实验软件的设计与开发相对容易一些。另外,Visual Studio 2017可以设计开发出相对简洁的软件页面,Unity 3D可以设计开发出较为逼真的虚拟仿真实验场景,提供较为人性化的可视化编程,从而使得虚拟仿真实验件开发前景更宽广,实验内容更加丰富多样。这都使虚拟仿真实验软件的开发研究具有重大意义。
超导MRI系统结构与临床扫描的虚拟平台设计与实现
这是一篇关于超导MRI,虚拟平台,系统结构,临床扫描,3D Max,Unity 3D的论文, 主要内容为超导MRI成像设备的快速发展,提高了医院对疾病的诊断效率。MRI扫描无电离辐射,软组织对比度清晰等优点,广泛用于神经系统、心脏、腹部和四肢等的检查。随着虚拟仿真技术的飞速进步和医学成像设备的持续革新,虚拟仿真技术大量应用于医学成像设备的发展研究,成了推动“健康中国行动”国家战略的重要方法。在利用MRI成像系统进行理论学习和科学研究期间,存在超导MRI设备价格昂贵,不能人手一台的困境。出于安全和成本考虑,有些算法验证研究也不能利用人体在临床进行反复试验。因此,需要设计和开发一套功能齐全的MRI成像系统的虚拟平台,作为MRI成像领域的辅助应用工具。我们开展了超导MRI系统结构与临床扫描的虚拟平台设计与实现。设计了超导MRI成像系统的关键部件,模拟了临床扫描的全过程,以及扫描数据对成像质量的影响。主要研究内容为:(1)对MRI成像原理和MRI设备结构进行了研究。从核磁共振和空间定位角度研究了成像原理,并对k空间和图像重建方法进行了分析,明确了MRI成像系统的设备结构。为设计和实现超导MRI虚拟平台打下基础。(2)对超导MRI虚拟平台进行了总体设计。采用基于3D Max软件和Unity3D引擎的虚拟平台开发工具,借助模型、视图和控制器模式对虚拟平台进行总体设计。并对MRI成像系统结构、临床扫描与成像、以及完整检查过程等虚拟平台关键模块进行总体设计。(3)对超导MRI虚拟仿真平台虚拟场景和关键部件建模进行实现。首先搭建超导MRI系统的空间布局,包括扫描间、操作间和设备间。然后对超导磁体、梯度系统和射频系统等关键部件进行建模。(4)实现了在虚拟临床环境下超导MRI系统临床扫描和其他功能。设置了超导MRI系统关键部件的物理组件,使其符合现实临床环境;使用C#编写脚本语言实现了超导MRI系统结构拆卸组装、虚拟场景漫游、临床扫描过程和图像实时显示等功能。我们对MRI虚拟仿真平台进行了功能测试,在windows环境下对仿真平台进行打包发布,可以在Web GL端和windows端进行使用。该平台实现了MRI设备结构的高度仿真,能够让使用者身临其境,拆解组装磁体,梯度线圈,射频线圈等关键部件。并能体验临床扫描的常规步骤,为借助该平台进行MRI系统学习和研究的人群提供了便利。该平台为虚拟设备领域提供了一套新的医学成像虚拟设备,为MRI领域提供了新的学习途径。
智慧小镇人群行为及疏散仿真平台的研究与验证
这是一篇关于智慧小镇,人群仿真,安全疏散策略,Menge,Unity 3D的论文, 主要内容为近年来,智慧小镇的建设发展迅速,其将信息科技技术应用于小镇治理之中,利用物联网、云计算、大数据分析、互联网和人工智能等高新技术,对小镇原住民的生活工作、外来旅客的出行游玩、当地企业的经营发展进行过程中遇到的一系列问题难题进行智能地收集、分析并生成解决方案。通过智慧化的治理,小镇运营者可以通过物联网技术获取小镇道路、街道以及建筑物中的车流及人流情况,当小镇的人流激增,发生大规模拥堵时,如果发生紧急情况,需要对小镇人群进行应急疏散,预先使用计算机仿真技术对人群疏散进行仿真,制定相应的疏散策略算法,能够为小镇在紧急情况下的应急疏散提供理论指导,对智慧小镇的安全管理具有重要意义。本文设计并开发了一个智慧小镇人群行为的仿真平台,以某地文体小镇(下简称“小镇”)为例,本文研究并建立了人群行为模型和人群疏散模型,能够在仿真平台上对小镇中的人群行为和紧急情况时的人群疏散进行模拟。然后,本文在仿真平台上对小镇的紧急安全疏散进行了推演实验,并使用本文提出的疏散策略在各个情况下完成了验证,为小镇制定安全应急疏散预案提供了可靠的理论依据。具体来说,本文的创新性研究工作可以分为以下几个部分:1、本文基于Menge和Unity 3D游戏引擎设计并开发了一个智慧小镇人群行为的仿真平台。该平台主要分为两部分:底层仿真引擎和顶层展示窗口。底层仿真引擎基于Menge平台,搭载了本文针对该小镇提出的人群行为模型、小镇地图物理模型、人群路径规划、避撞模型与安全疏散模型等;顶层展示窗口包括Unity和浏览器端两部分,Unity完成了对底层引擎的仿真结果的3D可视化,浏览器端完成了3D动画展示和对底层引擎的仿真结果的数据可视化。2、本文针对智慧小镇场景建立了一种大规模人群安全疏散模型,并在本文提出的人群仿真平台上完成了模型开发工作。具体地说,本文所提出的人群安全疏散模型包括疏散人群分类、疏散人群移动模型、安全疏散策略设计以及动态疏散流程设计几部分,本文使用模型中设计的疏散策略进行仿真推演,能够在没有真实人流数据的情况下,研究并制定在智慧小镇的多种紧急疏散场景中最优的安全疏散预案。3、本文基于上述的人群仿真平台和安全疏散模型,制定了三个专项分析实验以研究在小镇的各个紧急疏散场景下如何制定最优的安全疏散策略,通过实验的结果分析与验证,本文在不同的疏散场景角度中为小镇紧急疏散预案的制定提供科学可靠的依据。
基于数字孪生的智能工厂MES系统研究
这是一篇关于数字孪生,智能工厂,MES,Unity 3D,数据采集的论文, 主要内容为制造业的市场竞争愈发激烈,为了满足传统制造型企业向信息化、数字化转型升级的需要,各国纷纷提出各自的制造业转型战略,但是信息世界和物理世界的数据交互限制了制造业的数字化。数字孪生(Digital Twin,DT)作为融合信息世界和物理世界两者数据的有效方式,本文将数字孪生技术应用在制造执行系统(Manufacturing Execution System,MES)中,以解决传统制造型企业数字化程度低、缺乏虚拟生产仿真、三维可视化功能缺失等问题。主要工作如下:首先,针对传统制造执行系统缺少车间的信息模型,将数字孪生技术融入制造执行系统的体系架构中,提出了基于数字孪生的智能工厂MES系统。确定系统的各个组成模块,并明确了物理车间、孪生车间、管理系统、孪生数据和看板系统的含义,为后续的研究提供理论基础。其次,对数字孪生智能工厂MES系统的孪生车间进行开发,主要包括孪生车间的静态构建和动态控制。孪生车间的静态构建分为车间设备的建模和三维可视化软件的开发:利用Solid Works和3ds Max完成模型构建和渲染工作,由于模型结构的复杂性,提供了孪生模型轻量化处理的方案;使用Unity 3D平台构建三维可视化软件,对模型的变换,交互等进行设置,并定义孪生车间外部输入的响应。在孪生车间动态控制模块提出物理车间控制器与孪生模型之间的数据采集框架,建立数据采集客户机连接物理车间控制器,以此实现控制器程序对孪生模型的控制、孪生车间对控制器的虚拟反馈以及加工过程中孪生车间与物理车间的信息交互。使用C#语言实现机器人模型和虚拟仓储系统的数据接口及控制脚本的开发。然后采用B/S结构设计了数字孪生MES管理系统的框架,为提高开发效率使用SSH(Struts2+Spring+Hibernate)框架进行集成,并对系统的功能模块进行了详细设计。最后,结合某智能制造综合实训项目案例,根据项目的核心业务应用了数字孪生智能工厂MES系统,对系统的各个模块进行了实现。完成了物理车间实时生产数据驱动数字孪生模型,提高了制造阶段的可视化水平,达到了预期的设计目标,提供了数字孪生技术在制造型企业应用的参考案例。
基于数字孪生的智能工厂MES系统研究
这是一篇关于数字孪生,智能工厂,MES,Unity 3D,数据采集的论文, 主要内容为制造业的市场竞争愈发激烈,为了满足传统制造型企业向信息化、数字化转型升级的需要,各国纷纷提出各自的制造业转型战略,但是信息世界和物理世界的数据交互限制了制造业的数字化。数字孪生(Digital Twin,DT)作为融合信息世界和物理世界两者数据的有效方式,本文将数字孪生技术应用在制造执行系统(Manufacturing Execution System,MES)中,以解决传统制造型企业数字化程度低、缺乏虚拟生产仿真、三维可视化功能缺失等问题。主要工作如下:首先,针对传统制造执行系统缺少车间的信息模型,将数字孪生技术融入制造执行系统的体系架构中,提出了基于数字孪生的智能工厂MES系统。确定系统的各个组成模块,并明确了物理车间、孪生车间、管理系统、孪生数据和看板系统的含义,为后续的研究提供理论基础。其次,对数字孪生智能工厂MES系统的孪生车间进行开发,主要包括孪生车间的静态构建和动态控制。孪生车间的静态构建分为车间设备的建模和三维可视化软件的开发:利用Solid Works和3ds Max完成模型构建和渲染工作,由于模型结构的复杂性,提供了孪生模型轻量化处理的方案;使用Unity 3D平台构建三维可视化软件,对模型的变换,交互等进行设置,并定义孪生车间外部输入的响应。在孪生车间动态控制模块提出物理车间控制器与孪生模型之间的数据采集框架,建立数据采集客户机连接物理车间控制器,以此实现控制器程序对孪生模型的控制、孪生车间对控制器的虚拟反馈以及加工过程中孪生车间与物理车间的信息交互。使用C#语言实现机器人模型和虚拟仓储系统的数据接口及控制脚本的开发。然后采用B/S结构设计了数字孪生MES管理系统的框架,为提高开发效率使用SSH(Struts2+Spring+Hibernate)框架进行集成,并对系统的功能模块进行了详细设计。最后,结合某智能制造综合实训项目案例,根据项目的核心业务应用了数字孪生智能工厂MES系统,对系统的各个模块进行了实现。完成了物理车间实时生产数据驱动数字孪生模型,提高了制造阶段的可视化水平,达到了预期的设计目标,提供了数字孪生技术在制造型企业应用的参考案例。
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