1、实验的必要性及实用性（1）立足中国航天事业，用前沿科研成果反哺实验教学，激发学生的科技报国的热情，培养学生家国情怀大型运载火箭是我国“大国重器”之一，可满足不同任务载荷、不同轨道的多样化发射需求，大大提升了我国进入深空探索的能力，有力地促进了中国载人航天、空间站、火星探测等航天事业的发展，对于我国深空探索和国防安全具有重要意义，体现了我国强大的综合国力。对重载运载火箭的检测是保证其顺利运行的基础和保障。2016年11月3日，长征五号遥一火箭成功首飞，举国欢腾，对于拥有如此多技术更新的大型火箭而言，着实不易。而同等级别的美国德尔塔4-重型、俄罗斯质子M、欧洲的阿里安5型火箭，都在试射期间出现过事故。然而，2017年7月2日，长征五号遥二火箭发射任务在飞行至346秒时突发故障，中国航天开启了异常艰辛的“归零”工作。经过反复排查发现故障原因并改进优化，才有了接下来的长征五号遥三任务。2021年6月17日9时22分，中国神舟十二号载人飞船发射，当年执行了55次发射任务，数量位居世界第一。2023年10月26日11时14分，搭载神舟十七号载人飞船的长征二号F遥十七运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射。对大型运载火箭进行测试，是保证火箭正常发射和运行的必要举措，这需要实验力学专业提供一系列先进的测试技术，培养实验力学人才，这也是此次虚拟仿真项目开展的重要原因。此虚拟仿真实验项目着力于火箭舱段薄壁结构的优化设计和缺陷检测，需要测量火箭舱段表面全场在负载下的屈曲变形。 东南大学光测力学团队围绕运载火箭舱段的测量开展了相关实验原理和实验方法的研究，并将前沿科研成果反哺实验教学，让学生身临其境地参与大国重器的制造和检测过程，感受大工程的复杂和精密。在实验设计过程中，将团队严谨的科研态度融入其中，并引导学生建立正确的价值追求和理想信念，激发学生的科技报国的热情，培养学生的家国情怀。（2）实际火箭舱段变形测试成本高、实验场地受限、缺乏测试机会、存在安全风险，学生难以参与。火箭舱段变形测试实际教学面临严重困难，具体包括：1）实验准备周期长，时间跨度大，需要人数多。本实验需要数台乃至数十台机器同时运作，操作复杂度高，需要有一定的实验操作技能。2）实验基于国家制定的运载火箭研发计划，实验机会不多。且现场实验和实验数据涉密，需要特殊人员才能参与。       3）运载火箭舱段尺寸巨大，而且需要使用包括大型液压机在内的众多大型设备，场地受限。且现场实验具有一定的安全风险。因此，开展运载火箭变形测试虚拟仿真实验教学，调动学生参与实验教学的积极性和主动性、提升学生工程实践能力和增强创新创造能力，是提高相关课程教学水平的必然举措。（3）培养学生严谨的科研态度、多学科交叉的知识技能以及解决大型综合性工程的能力运载火箭变形测试虚拟仿真实验是《实验力学》和《现代力学测试技术》的重要教学内容。本实验中利用多相机数字图像相关方法测量火箭舱段表面在负载下的全场屈曲变形是一项涉及多个学科、多项前沿技术的系统性工程，是实验力学、结构力学、现代力学测试技术、计算机视觉、数字图像处理等多学科的交叉融合，要求学生充分理解背景知识和任务目标，才能以较高质量完成各环节的任务，能够很好地培养实验力学专业人才解决大型综合性工程的能力。2、教学设计的合理性实验本着“虚实结合”的设计理念，围绕航空航天工程中的实际测量需求，融合先进的现代力学测试技术和真实实验数据，打造仿真度高、设计合理、趣味性强的虚拟实验，着重培养学生解决综合工程难题的能力。可用于力学、机械、土木工程等专业的课程实验，满足《实验力学》、《现代力学测试技术》等课程的实验需求。具体体现为：（1）实验内容的设计立足航天产业，融合实验力学、图像处理等多个专业前沿科技成果，内容丰富探索性强体现了“两性一度”的一流课程标准高阶性：本实验中，多相机数字图像相关方法测量大型结构的变形是一项复杂的系统性工程，包含四个环节、众多操作步骤和多个影响测量结果的因素。学生必须在充分理解背景知识和任务目标的前提下，才能完整、自主地完成每个环节的实验，能够培养学生解决复杂问题的综合能力和探究式的高级思维。创新性：测量火箭舱段全场变形，是随着我国近年来重型运载火箭的发展而对实验力学提出的新课题、新挑战。本实验围绕航空航天工程中的实际测量需求，融合先进的多相机数字图像相关技术和真实实验数据，打造了仿真度高、互动性强、趣味性强的虚拟仿真实验，体现了实验的创新型。挑战度：本实验涉及多个学科的基础知识和众多科技前沿，且实验中每环节都需要通过学习新知识，自主设计测量方案才能完成测量任。锻炼学生学习吸收新知识的能力和自主设计实验方案的能力，具有一定的挑战度。（2）实验遵循由简单到复杂的原则，4个环节15个步骤环环相扣、层层推进，通过容错、探究式的实验过程得到个性化的实验结果，培养学生解决复杂问题的综合能力和探究式的思维方式。学生每完成一个环节的学习都将习得一定的实验理论、方法和技能，并通过探究的方式，学习本环节重点考察的影响实验结果的因素。实验遵循从“简单到复杂”、“二维到全周”、“单相机到多相机”的规律，首先通过汽水罐压扁变形和舱段屈曲形变的对比，使学生直观理解火箭舱段薄壁结构屈曲变形的现象、明确测量需求。后续环节分别以材料力学参数测定、火箭舱段局部以及全周三维变形测量三个具体任务为导向，探究二维数字图像相关方法、三维数字图像相关方法、多相机全周数字图像相关方法的原理和实验方案设计。在实验过程中，学生还能发现本环节所用方法的不足，为开始下一环节的任务做准备。各环节中引导学生将知识学习和实验方案设计有机融合，通过容错、探究式的每一步实验过程每个学生得到个性化的实验结果，综合培养学生解决复杂问题的综合能力和探究式的思维方式。（3）坚持以学生为中心的教学设计，通过任务导向的设计方法，调动学生的学习积极性，并将课程思政内容融入试验教学全过程，培养学生一丝不苟的大国工匠精神，激发学术科技报国的使命感。实验方案主要采用了任务导向的设计方法，学生在完成某一具体任务的过程中，自然地习得实验方法和技能，并探究可能对实验结果产生影响的因素。实验情景真实、吸引力强，有一定的趣味性，能够调动学生的学习兴趣和积极性。本实验还将止于至善的精神和爱国主义教育融入教学过程。学生通过自主完成实验学习任务，深入理解多相机数字图像相关非接触式测量方法在航天领域的重要价值，潜移默化的激发学生科技报国、投身祖国建设的使命感。3、实验系统的先进性本项目开展的“运载火箭变形测试虚拟仿真实验”，以三维虚拟现实为基础，结合实际火箭舱段实验数据，开展虚拟实际操作，其先进性主要包括： （1）项目以我国实际运载火箭舱段实验为蓝本，体现了实验数据和实验对象的先进性。航天产业是我国新工科建设的重点领域，我国是世界航空大国，相关技术位于世界前列。项目以我国某大型火箭的研发中舱段结构真实地面荷载试验数据为基础，实验对象和实验数据具有较强的借鉴意义。（2）本项目结合前沿的光学测量科研成果和自研算法，设计了四个环环相扣的环节，采用知识技能和实验能力提升综合评价学生学习效果，体现了实验方法和教学方法的先进性。本项目中采用的多相机数字图像相关方法是实验力学领域近年来发在最快、应用最为广泛的测量方法之一，本项目遵循“简单到复杂”、“二维到全周”、“单相机到多相机”的顺序，设计了四个环环相扣的环节，让学生在逐步自主探索中掌握相关技能，锻炼其参与综合性大型实验的能力。采用知识技能得分和实验能力提升得分综合评价学生课程收获，实现对学生实验能力包括先天禀赋、实验课程训练效果的综合评价。（3）项目基于Unity引擎开发应用环境，仿真度高，可视化效果强，用户使用便捷，体现了软件开发技术的先进性。此虚拟仿真系统采用C#开发语言，基于Unity开发引擎发布的webgl版本的应用，采用主要websocket协议实现与服务器的通信和数据传输，3DMAX和Maya实现3D图形可视化。系统运行平台：windows 8\windows 10，火狐浏览器、谷歌浏览器（64位）。用户使用轻便化，无需下载安装应用，直接打开网页即可运行该虚拟仿真系统。