数字化虚拟人体研究

3D数字虚拟仿真系统在人体解剖学与组织胚胎学教学中的应用研究摘要：进入21世纪以来，我国科技水平迅速发展，3D数字虚拟仿真系统在人体解剖学与组织胚胎学教学中应用广泛。

随着时代的发展和科学技术的进步，医学领域出现了一系列3D数字虚拟仿真系统的人类研究产品。

这些三维虚拟教学软件的出现，为困扰解剖学教学多年的问题找到了答案，受到了医学教师、学生和临床工作者的认可。

在此背景下，本文论述了3D数字虚拟仿真系统的内涵与特点，及其在人体解剖学与组织胚胎学教学中的应用与效果、评价，希望为相关工作者提供宝贵的信息。

关键词：3D数字虚拟仿真系统；人体解剖学；组织胚胎学；应用研究引言中华人民共和国教育部于２０１２年３月正式发布了《教育信息化十年发展规划（２０１１—２０２０年）》，规划中明确指出，我国教育改革和发展的方向是显著提高信息技术与教育教学发展的深度融合，以教育信息化促进教育变革，实现教育现代化，利用先进网络和信息技术，建立健全高等教育信息化、数字化的基础设施，以促进创新性人才培养、提高科研水平、增强社会服务与文化传承能力，促进教育质量全方位提高。

在当今“互联网＋”的教育背景下，教学模式也随之发生了变化，已经逐渐向“传统＋数字”的模式转变。

随着虚拟仿真技术不断融入课堂，彻底颠覆了课堂教学手段，极大丰富了教学内容，最大限度地调动了学生的主观能动性和创新性。

学生可以有针对性地利用课外闲暇时间进行预习或复习，实现从“要我学”到“我要学”的转变，彰显了信息技术与教育、教学的融合。

学生处在智能化的教学环境中，基本达到了以学习者为中心的教育教学新模式。

1 3D数字虚拟仿真系统的内涵与特点3D数字虚拟仿真系统，是利用计算机技术和生物信息学技术实现人体解剖结构和组织胚胎结构信息可视化的软件系统，其通过采集人体解剖结构和组织胚胎信息，利用计算机和生物信息学技术重建人体三维图像，形成了一套系统、完整、灵活的视觉人体解剖学和组织胚胎学信息软件。

数字虚拟人技术研究数字虚拟人技术是一种可以创建虚拟人物的技术，它是通过计算机图形学、计算机视觉、虚拟现实、机器学习等技术来实现的。

数字虚拟人技术的应用十分广泛，例如游戏、电影、广告等行业，也可以在在线教育、医疗、人机交互等领域中发挥作用。

本文将从技术原理、应用领域以及发展趋势三个方面来探讨数字虚拟人技术，并分别进行详细阐述。

一、技术原理数字虚拟人技术主要涉及计算机图形学、计算机视觉、虚拟现实、机器学习等多方面技术。

下面将分别进行阐述。

1.计算机图形学计算机图形学是数字虚拟人技术的基础，它主要关注如何利用计算机实现图形图像的生成、处理和显示等功能。

在数字虚拟人技术中，计算机图形学可以通过建模、纹理映射、光照、动画等技术来实现虚拟人物的创建和渲染。

2.计算机视觉计算机视觉是数字虚拟人技术的另一个重要组成部分，它主要关注如何从图像或者视频中提取信息并进行识别，例如人脸识别、姿态估计等。

在数字虚拟人技术中，计算机视觉可以通过重建三维人体模型、捕捉运动数据等方式来实现虚拟人物的建模。

3.虚拟现实虚拟现实技术可以通过创建虚拟环境来实现用户的身临其境体验。

在数字虚拟人技术中，虚拟现实技术可以通过虚拟人物的动作反馈、虚拟身体的交互等方式来让用户有更加真实的感受。

4.机器学习机器学习是数字虚拟人技术中的重要组成部分，它主要关注如何让计算机通过学习来自动识别模式和规律。

在数字虚拟人技术中，机器学习可以通过学习真实人的运动数据、面部表情等来实现虚拟人物的自主动作和表情动画。

二、应用领域数字虚拟人技术在各个领域都可以发挥作用，下面将分别进行阐述。

1.游戏数字虚拟人技术在游戏中的应用十分广泛，可以让游戏提供更加逼真的动作表现和人物形象。

例如在《魔兽世界》中，通过数字虚拟人技术来实现玩家控制的角色的动作反馈，加强了游戏的身临其境体验。

2.电影数字虚拟人技术在电影行业中也有着广泛的应用，可以让电影中的特效更加真实逼近。

例如在电影《阿凡达》中，通过数字虚拟人技术来实现了电影中的纯数字化人物形象，获得了非常好的效果。

论著文章编号:100025404(2003)0520394203首例中国女性数字化可视人体数据集采集与可视化研究张绍祥1,刘正津1,谭立文1,邱明国1,李七渝1,李　恺1,崔高宇1,郭燕丽1,刘光久1,单锦露1,刘继军1,张伟国2,陈金华2,王　健3,陈　伟3,陆　明3,游　箭3,庞学利4,肖　红4,许忠信5,王欲更生5,邓俊辉5,唐泽圣5 [第三军医大学:1基础医学部人体解剖学教研室(计算医学研究室),重庆400038;2附属大坪医院野战外科研究所影像诊断科;重庆400042;3附属西南医院放射科;重庆400038;4附属西南医院肿瘤科放疗中心;重庆400038;5清华大学计算机科学与技术系;北京100084) 提　要:目的　建立中国女性数字化可视人体(Chinese digitized visible human female )。

方法　选择经肉眼观察、CT 和MRI 检查无器质性病变的中等身材、青年女性人体标本1例,经外形测量、血管灌注后,用5%明胶包埋,置入-30℃冰库中冰冻1周,然后在-25℃低温实验室中用TK 26350型数控铣床(铣切精度为01001mm )从头至足逐层铣切。

逐层用高清晰度数码相机摄影,完成人体模型数据获取,得到人体结构数据集。

利用连续断层图像数据,在SGI 图像工作站上,利用本课题组自主开发的三维重建软件包进行人体结构的三维重建和立体显示。

结果　所选用标本为女性,22岁,身高1620mm ,体质量54kg ,非器质性疾病死亡。

CT 扫描层厚:头颈部为110mm ,其他部位为210mm 。

MRI 扫描层厚头部为115mm ,其余部位为310mm 。

连续横断面层厚:头部为0125mm ,其他部位为015mm ,全身共计3640个断面。

数字化摄影分辨率为6291456(3072×2048)像素,每个断面图像文件大小为36M B ,整个数据集数据量为131104G B 。

“可交互人体器官数字模型及虚拟手术研究”重大项目指南可交互人体器官数字模型及虚拟手术的基础研究将创新医疗人才培养模式，提高优质医疗资源利用率，缓解医患矛盾，推动外科手术的精准化、微创化和个性化。

本重大项目围绕人体器官几何、物理（力学）、生理建模和虚拟手术等方面的基础科学问题，通过多学科交叉研究，构建刻画人体器官形态特性、物理特性、生理特性及其相互关系的高精度三维数字模型，建立具有切割、缝合、灼烧等功能的虚拟手术理论方法、技术体系和原型系统，为手术模拟训练、手术方案论证和手术远程协作奠定基础。

一、科学目标可交互人体器官数字模型及虚拟手术研究是信息技术和现代医学技术发展的重大需求，也是数字建模、虚拟现实、人机交互等实现理论和技术突破的活跃领域。

美、德、法、日等发达国家投入大量资金开展了相关研究，可实现60万个面片、5万个物理计算单元的人体器官三维数字模型的实时交互操作，力觉误差小于15%，一些成果已初步用于骨科、口腔、肝胆等手术模拟培训。

我国在人体数据采集、骨骼生物力学建模、虚拟手术等方面开展了多年研究，具有技术和人才基础。

本重大项目针对“可交互人体器官数字模型及虚拟手术”这一重大的信息科学和生命科学交叉的前沿问题，依托我国具有自主知识产权的数字化人体数据集，从基础科学理论和典型示范应用两个层次，开展基本科学问题和关键技术研究。

1.基础理论和关键技术方面研究多模态数据特征自动提取、三维模型矢量化等人体器官多尺度几何建模；离体与在体相结合的物理特性获取、多生理系统相互作用模型等人体器官物理建模和生理建模；基于生物力学的力觉反馈机制、复杂因素作用下的人体组织器官响应模型等手术虚拟仿真与手术评价三个方面的科学问题，建立可交互的人体器官的几何、物理（力学）、生理模型，以及虚拟手术与评价理论；研究可为虚拟手术提供共性支撑的高真实感绘制方法和高精度力反馈交互等关键技术，形成具有较高可信度的虚拟手术支撑平台。

研究成果在本领域顶级期刊和顶级国际会议发表，并产生重要影响。

浅谈数字化技术在人体解剖学教学中的应用【摘要】数字化技术在人体解剖学教学中的应用正逐渐成为教学领域的热点话题。

本文通过引言部分的背景介绍和研究意义，引出了数字化技术在人体解剖学教学中的重要性。

在我们探讨了数字化技术在人体解剖学教学中的现状，包括虚拟解剖技术、3D打印技术、数字化模拟人体和远程实时互动技术的应用。

结合这些技术的优势，我们得出了数字化技术在人体解剖学教学中带来的诸多好处，并探讨了未来发展趋势。

数字化技术为人体解剖学教学带来了全新的教学方式和体验，将会在未来逐渐取代传统的教学模式，为学生提供更加丰富和精准的学习资源和体验。

【关键词】数字化技术、人体解剖学、教学、虚拟解剖、3D打印、模拟人体、远程实时互动、优势、未来发展趋势1. 引言1.1 背景介绍人体解剖学是医学领域中的重要学科之一，对于医学生的专业学习和临床实践具有至关重要的意义。

传统的人体解剖学教学主要依赖于传统的解剖实验室，学生需要通过解剖尸体来学习人体结构。

传统的解剖学教学存在着一些问题，比如解剖尸体的获取难度大、保存和维护成本高、传统教学方式单一等。

随着数字化技术的不断发展和进步，人体解剖学教学也迎来了新的发展机遇。

数字化技术包括虚拟解剖技术、3D打印技术、数字化模拟人体等，这些技术的应用为人体解剖学教学带来了全新的可能性。

通过数字化技术，学生可以在虚拟的环境中进行解剖学学习，不仅可以减少对解剖尸体的依赖，还可以提供更加直观、生动的学习体验。

数字化技术的应用不仅可以提高教学效率，还可以提升学生的学习兴趣和积极性，促进医学教育的发展和进步。

1.2 研究意义人体解剖学作为医学领域的重要基础学科，牵扯到人体结构和功能的深入解析。

而随着数字化技术的不断发展和应用，逐渐渗透到人体解剖学教学中，为教学带来了许多新的可能性和优势。

数字化技术在人体解剖学教学中的应用不仅可以提高教学效率、增强学生的学习兴趣，还可以增强学术交流和研究能力。

研究数字化技术在人体解剖学教学中的应用具有重要的理论意义和实践意义。

数字化虚拟人简介第一节数字化虚拟人概述一、基本概念数字化虚拟人体是将大量人体断面数据信息在计算机里整合重建成人体的三维立体结构图像，是医学与信息技术、计算机技术相结合的成果。

“数字化虚拟人”的发展可分为4个阶段，即“虚拟可视人”、“虚拟物理人”、“虚拟生理人”和“虚拟智能人”。

虚拟可视人阶段的任务是建立数字化几何人，将人体的形态结构通过计算机信息化手段建成系统、器官、组织等结构的数字化模型。

虚拟物理人阶段的任务是建立数字化物理人模型，在几何人的框架上，加入人体结构的物理参数，从而能够体现结构的物理性能。

虚拟生理人阶段的任务是在上述框架中，加入生理功能参数，反映人的新陈代谢、生长发育等。

虚拟智能人是最高级阶段，虚拟人能够在人工智能的支持下调节自身的物理性能和生理功能。

目前普遍开展的是虚拟可视人研究。

二、国外研发进展二十世纪八十年代末美国科学家启动了“虚拟可视人计划（Visible Human Plan，VHP）”，目标是实现人体从分子到细胞、组织、器官、系统和整体的精确模拟，被认为是二十世纪震撼全球的科研计划之一。

1989年，美国国立医学图书馆（NLM）计划建立一个医学图库，为生物医学文献提供图像检索。

在该计划中，美国科罗拉多大学的健康中心负责人体断面图像的获取工作，维克托·斯皮兹尔教授带领研究小组于1994年和1996年先后获得了一男一女两具尸体的相关数据，包括MRI、CT和切片图像等。

其中男性身高1.82米，女性身高1.54米，用CT和MRI作轴向扫描，扫描间距为男性1mm，1878个断面，女性0.33mm，5190个断面。

之后，将尸体填充蓝色乳胶并裹以明胶冰冻至摄氏-80℃后，再以同样的间距对尸体作切片并保留断面图像资料，由于CT和MRI受到断面精度和灰色成像的限制，后续“数字化虚拟人”发展的基础框架均以切片图像数据集为主。

这套由VHP在国际上发行并被广泛应用的VHP切片图像数据集，男性的电脑存储数据量为15GB，女性数据量为43GB，这些数据称VHP数据集，这是人类在信息技术基础上建立数字化解剖的首例尝试。

作者：刘延祥，严振国，邵水金，郭春霞牟芳芳，杨浩，庄天戈【摘要】数字化虚拟人体研究是以先进的信息技术和生物技术相结合的方式进行真实人体信息数字化的研究。

针刺手法是针灸的精华和针刺疗效的关键,虽然采用一般方法对针刺手法进行了有益的探索,但都不令人满意。

在穴位融合三维数字人体的基础上，将针刺过程以力反馈形式表现出来，在针刺研究领域中可实现针刺手法的三维立体表达，可以精确形象地展示针刺操作的手法过程,可使针刺手法的效应机制研究取得更大的进展。

借助数字化虚拟人体从力反馈角度进行针刺手法的深入研究意义重大。

【关键词】可视化人体计划; 数字化虚拟人体; 针刺手法; 三维; 力反馈自美国1989年提出“可视化人体计划”[1] 以来，数字化虚拟人体研究进展迅速。

我国于2001年香山科学会议第174次学术讨论会，启动了中国数字化虚拟人体研究。

数字化虚拟人体具体指通过先进的信息技术和生物技术相结合的方式，将采自真实人体的形态学、生物物理学等数据信息及高级计算算法整合成一个研究环境，研究人体对各种外界刺激的反应，实现人体的数字化描述。

数字化虚拟人体研究汇集了当前较新的科技成就，为医学及多学科的研究和应用提供一个基础技术研究平台[2] 。

笔者认为从力反馈角度进行数字化虚拟人体的针刺手法研究，可以多层次、全方位显示穴位的立体构筑，可以三维立体地观察针刺过程，有助于针刺手法研究的精确形象展示，为研究针刺手法提供了更直观的操作平台;有利于针刺手法客观化研究，并可使针灸学习者快速掌握各种针刺手法, 为推动针刺手法的研究意义重大。

特作如下探讨。

1 进行针刺手法研究的重要性针刺手法是针灸之精华，历来被视为针刺疗效的关键。

清代著名针灸学家李守先在《针灸易学》云：“不知难不在穴，在手法耳。

”《神灸经论》云：“用针之要，先重手法，手法不调，不可以言针灸。

”自从《黄帝内经》为针刺手法的发展奠定了基础之后，历代医家通过其丰富的医疗实践对针刺手法进行了不断的探索，而明代针灸大家杨继洲就极为重视针刺手法，在《针灸大成》中就广录前贤手法，且记载了杨氏许多家传手法。