核设施退役的总体成本、风险、安全措施、设备和资源等主要受核辐射影响。核设施内的工作环境具有较强的放射性,核辐射的存在极大地增加了人员的作业难度。在核设施退役工程的准备及实施阶段,人员的辐射安全分析是不可或缺的,其对保证工作人员、公众和环境的安全性具有重要作用。由于核辐射对人员健康有害,现实中很难通过实际场景进行实验或培训。因此,研究者考虑利用仿真技术进行危险环境下的安全分析工作,其已被证明是一种更安全、高效和低成本的研究方式。核设施退役仿真技术对前期作业方案的规划和优化、保障人员安全、提高工作效率、降低成本和时间具有重要作用。论文围绕核设施退役人员培训以及前期作业方案规划的辐射剂量评估需求,基于虚拟现实技术,开展了辐射剂量评估方法研究,包括基于CAD(Computer aided design)技术的辐射计算几何建模方法、γ辐射场计算方法、外照射剂量评估方法和作业路径优化方法,最终开发了核设施退役辐射剂量评估系统。主要研究内容和成果如下:(1)针对基于CAD的辐射建模方法进行了研究。为解决任意几何条件下的辐射场计算问题,研究利用CAD工具建立初始三维模型,基于CAD模型提出任意形状几何的建模和切割几何构建方法,保证几何模型的准确性并提高建模的灵活性,从而实现对退役场景中由于切割、拆除等操作产生的任意形状几何引起的辐射分布进行分析。(2)针对虚拟环境下的γ辐射场计算方法进行了研究。研究针对人员培训的实时性仿真需求,在点核方法的基础上,提出任意几何的自适应辐射计算方法,在保证模型精度的同时大大提高了计算效率;针对作业规划过程中的精细化评估需求,研究在三维特征线法(Method of characteristic,MOC)的基础上,提出了局部区域辐射场的求解方法LMMOC(Local modular method of characteristic),用于改善点核方法精度不足的问题。(3)针对虚拟环境下的外照射人体剂量评估方法进行了研究。为考虑作业姿态的变化,研究中将骨骼动画技术与虚拟人模型相结合,通过骨骼动画控制人物姿态,使得用于剂量评估的几何描述更接近实际。在此基础上,研究针对人员培训的实时性仿真需求,提出基于器官监测的人体剂量评估方法;针对作业规划过程中的精细化评估需求,提出基于MOC的人体剂量评估方法。这两种方法均能实现器官级的剂量评估。(4)对复杂核辐射环境下路径规划进行了研究。研究将路径规划作为一种辐射防护措施,在复杂核辐射环境下为人员提供最优路径导航,帮助人员避免不必要的辐射照射。为解决障碍杂乱、通道狭窄以及障碍和放射源移动的动态环境三种类型的核辐射环境的路径优化问题,研究中将图搜索算法与采样算法结合,提出了 GB-RRT*和DL-RRT*两种算法,用于提高复杂辐射环境下路径规划效率和准确性,保证人员行动机动有序和响应快速高效。(5)开发了核设施退役辐射剂量评估系统。该系统在Visual Studio 2010平台上,采用C＋＋编程语言开发。系统的虚拟场景采用三维图形引擎OGRE来渲染,人机界面采用图形用户界面应用程序开发框架Qt进行设计。论文研究的成果为核设施退役辐射防护最优化方案的决策、培训等提供安全、高效、低成本的计算平台,可以为核设施退役仿真系统的研发提供研究基础,并可为维修、应急的辐射剂量分析提供技术支持。