虚拟仿真技术在医学教学中的应用
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VR技术在医学教育中的应用随着VR技术的逐渐成熟和应用,VR技术的应用范围也越来越广泛。
其中,医学教育也成为VR技术的重要应用领域之一。
VR技术可以让医学教育更加直观、生动,让学生更深入地了解人体结构和各种疾病。
一、 VR技术在医学教育中的应用现状目前,VR技术的应用已经开始在医学教育中得到了应用。
VR 技术可以在仿真环境中模拟人体解剖结构、疾病诊断、手术操作等实际操作,让学生更加直观地观察人体器官结构、了解各类疾病的病理变化,减少手术过程中的损失。
二、 VR技术如何应用在医学教育中1. 模拟人体结构VR技术可以模拟人体解剖结构,通过VR设备可以更加直观地观察各种人体结构和器官,并进行互动式学习,让学生在更加真实的环境下学习人体解剖结构。
2. 行为、操作模拟VR技术可以在虚拟环境下模拟各种行为和手术操作,例如手术、放射治疗等治疗过程中的操作,让学生在虚拟场景中操作,更加准确地了解操作规程,提高操作的准确性和效率。
3. 病例演示VR技术可以提供虚拟世界中的病例演示,让学生观察、识别各种疾病的病理变化、理解诊断方法,并模拟医生对病人的诊疗。
4. 病人临床实践VR技术可以提供虚拟现实和育虫室内各种病人教育,从而对学生知识的补充提供较好帮助,降低实践时的风险。
比如说:发热门诊、疼痛门诊、外伤处理等。
在虚拟现实设备下进行各种情境模拟,使学生更加直观地感受到病情、在处理疾病时提供更好的诊疗。
三、 VR技术在医学教育中的优势VR技术在医学教育中有着诸多优势:1. 直观、生动VR技术的应用,可以让学生在虚拟现实世界中直观地了解各种人体结构和疾病变化,使理论知识与实际操作紧密联系。
2. 互动性强VR技术的应用可以让学生在虚拟场景中进行实际操作,互动性强,学生的学习成果可以得到或检测,错误可以及时纠正、改正。
3. 安全、高效由于病人生命安全和治疗效果可能会受到不良操作的影响,使用VR技术则可以提供实验教学,但随着医学进步的不断推进,VR技术在临床实践中的应用必定会被广泛推广。
虚拟仿真技术在口腔正畸学教学中的应用在当今数字化时代,虚拟仿真技术正以其独特的优势逐渐融入医学教育领域,尤其是在口腔正畸学的教学中发挥着日益重要的作用。
口腔正畸学是一门复杂且实践性很强的学科,对于学生的理论知识掌握和临床操作技能都有较高的要求。
传统的教学方法在某些方面存在局限性,而虚拟仿真技术的引入为解决这些问题提供了新的途径。
一、口腔正畸学教学的特点与挑战口腔正畸学涉及到牙齿的移动、颌骨的生长发育、面部美学等多个方面的知识,学生需要掌握复杂的生物力学原理、矫治器的设计与应用以及患者的诊断和治疗计划制定。
然而,传统的教学模式主要依赖于课堂讲授、书本学习和临床实习,存在一些明显的不足。
首先,理论知识的抽象性使得学生难以直观地理解牙齿移动的生物力学机制和矫治过程中的变化。
单纯的文字描述和二维图像往往无法准确传达三维空间中的结构和动态变化,导致学生在学习过程中感到困惑。
其次,临床实习机会有限,学生难以在短时间内接触到大量的病例,积累足够的实践经验。
而且,在真实的临床操作中,一旦出现失误可能会对患者造成不良影响,这也使得学生在实践过程中承受较大的心理压力,不敢大胆尝试。
二、虚拟仿真技术的优势虚拟仿真技术通过计算机模拟创建出一个逼真的虚拟环境,为口腔正畸学教学带来了诸多优势。
1、直观性它能够以三维立体的形式展示牙齿、颌骨等组织结构,以及矫治器的作用效果。
学生可以从不同角度观察和分析,清晰地了解牙齿移动的方向、距离和速度等,从而更深入地理解正畸治疗的原理。
2、交互性学生可以在虚拟环境中进行操作,如选择矫治器类型、调整矫治参数等,并实时观察治疗效果。
这种交互性能够激发学生的学习兴趣,提高他们的主动参与度。
3、可重复性学生可以反复进行操作练习,不断尝试不同的治疗方案,总结经验教训。
这有助于加深对知识的理解和记忆,提高操作技能的熟练程度。
4、安全性在虚拟环境中进行练习,即使出现错误也不会对患者造成伤害,为学生提供了一个无风险的学习平台。
虚拟现实技术在医学仿真中的创新应用随着科技的飞速发展,虚拟现实技术(Virtual Reality,简称VR)在医学仿真领域中的应用正变得越来越广泛。
虚拟现实技术的出现使得医学教学、手术模拟和康复训练等领域实现了巨大的突破。
本文将讨论虚拟现实技术在医学仿真中的创新应用及相关的优势。
一、医学教学方面的创新应用虚拟现实技术在医学教学中的创新应用为学生提供了更加真实且安全的模拟环境。
传统的医学教学通常依靠干燥的教材和模型,学生难以真实地感受到实际操作的细节和紧张氛围。
而通过VR技术,学生可以身临其境地体验实际手术操作,更好地理解和掌握相关知识和技能。
此外,虚拟现实技术还可以打破医学实习地域的限制,让学生在不同的地方都能够接受高质量的医学教育。
二、手术模拟方面的创新应用虚拟现实技术在手术模拟中的创新应用为医生提供了更好的实践平台。
在传统的手术模拟中,医生通常使用实物模型或在真实病例中进行操作。
然而,这些方法存在时间和成本的限制,并且在模拟真实手术过程时,风险往往无法避免。
通过虚拟现实技术,医生可以在虚拟环境中进行真实的手术模拟,尽可能地减少风险,并实时获得反馈和指导。
此外,虚拟现实技术还可以根据不同的病例,模拟不同的手术难度和特殊情况,帮助医生提前应对可能遇到的困难。
三、康复训练方面的创新应用虚拟现实技术在康复训练中的创新应用为患者提供了更加个性化和可操作的康复方案。
传统的康复训练通常依赖于医生的指导和人工的物理疗法,限制了患者的时间和空间。
而通过虚拟现实技术,患者可以在家中或者医院中通过虚拟环境进行康复训练,不受时间和空间的限制。
VR技术可以根据患者的具体情况,制定个性化的康复计划,并提供实时的监控和反馈,激发患者的主动参与,并增加治疗效果。
虚拟现实技术在医学仿真中的创新应用具有以下优势:1. 真实感:虚拟现实技术可以模拟真实的场景和操作,使用户感受到身临其境的效果,提高学习和训练效果。
2. 安全性:通过虚拟现实技术,学生和医生可以在没有真实风险的情况下进行学习和实践,减少潜在的人身伤害和手术失败的风险。
虚拟仿真教学在临床医学专业实验实训中的应用1. 引言1.1 虚拟仿真教学在临床医学专业实验实训中的应用虚拟仿真教学在临床医学专业实验实训中的应用,是指利用虚拟仿真技术模拟实际临床操作场景,帮助学生进行实验实训,提高其临床技能和实践能力。
在传统的临床医学专业实验实训中,学生需要面对真实患者,进行医疗操作,但由于患者安全和保密等问题,实验实训存在一定的难度和限制。
而通过虚拟仿真技术,可以模拟各种不同的临床场景,让学生在虚拟环境中进行操作练习,提高其技能水平和应对实际情况的能力。
虚拟仿真教学在临床医学专业实验实训中的应用,也可以提高实验实训的效率和质量。
学生可以在虚拟环境中多次练习和模拟各种情况,提高其对于临床操作的熟练程度和准确性。
虚拟仿真技术还可以实现定制化的教学内容和个性化的学习路径,根据不同学生的需求和水平进行针对性的教学,提高教学的效果和学生的学习动力。
虚拟仿真教学在临床医学专业实验实训中的应用,可以提高教学质量、增加教学效率、保障患者安全,并有助于培养学生的实践能力和团队合作意识,是实验实训教育的重要发展方向和创新方式。
2. 正文2.1 虚拟仿真技术在临床医学专业实验实训中的意义虚拟仿真技术在临床医学专业实验实训中具有重要的意义。
虚拟仿真技术可以提供高度仿真的实验环境,让学生在虚拟场景中进行实践操作,从而增强他们的实际操作能力。
这种实验环境可以模拟各种医疗场景,让学生更真实地体验到临床医学工作的复杂性和挑战性。
虚拟仿真技术可以帮助学生在安全的环境中进行实验实训。
在临床医学领域,错误的操作可能会对患者的健康造成严重后果。
通过虚拟仿真技术,学生可以在不影响患者的前提下进行实验操作,减少实验风险,提高实验安全性。
虚拟仿真技术还可以提供即时反馈和个性化指导,帮助学生及时发现和纠正错误,提升他们的学习效率和实践技能。
学生可以根据实时反馈进行调整和改进,不断提高自己的专业水平。
虚拟仿真技术在临床医学专业实验实训中的意义不容忽视。
虚拟现实技术在医学教育与培训中的应用近年来,虚拟现实技术的快速发展为各行业带来了新的可能性。
其中,医学教育与培训领域正是其中一大受益者。
虚拟现实技术不仅能够提供身临其境的学习体验,还能为医学生和医生提供更为深入和实用的培训机会。
本文将探讨虚拟现实技术在医学教育与培训中的应用,并从多个角度展示其巨大潜力。
首先,虚拟现实技术为医学教育带来了全新的学习方式。
传统的医学教育往往以课堂讲解和实地实习为主,学生难以真实地感受到临床环境和医疗操作的实际情况。
而虚拟现实技术通过模拟真实场景,可以将学生带入到一个逼真的医疗环境中。
例如,学生通过戴上虚拟现实眼镜,可以身临其境地观察和参与手术过程,近距离观察病变组织或器官的细节,从而加深对疾病和治疗方法的理解。
进一步地,虚拟现实技术还能提供定制化的教学内容和练习机会。
医学教育往往需要师生进行大量的案例学习和临床操作实践,而虚拟现实技术能够根据学生的实际需要量身定制教学内容。
通过对学生的操作记录和反馈数据进行分析,虚拟现实技术可以针对不同学生的需求提供个性化的学习和培训方案。
这种个性化的学习方式不仅能够增强学生的学习兴趣和积极性,也有助于提高学习效果。
此外,虚拟现实技术还能够在医学培训中提供更为安全和低成本的实践机会。
在医学领域,许多手术和操作需要高度的技术和经验,而传统的培训往往需要学生亲自操作,存在一定的风险和成本。
通过虚拟现实技术,学生可以在虚拟环境中进行仿真手术和操作练习,提前熟悉操作流程和技术要点,降低实践中的风险。
虚拟现实技术还可以模拟各种常见和罕见病例,使医生能够更好地准备应对各种复杂情况的能力。
除了医学教育和培训,虚拟现实技术还能够在医疗实践中发挥重要作用。
例如,通过使用虚拟现实技术,医生可以进行全面的病例分析和诊断,对患者的情况有更全面的了解。
同时,虚拟现实技术还可以帮助医生进行手术规划和模拟,提前排除可能出现的问题,并给予合适的医疗建议。
虚拟现实还能为患者提供更好的沟通和理解,通过模拟病情和治疗效果的演示,帮助患者更好地理解和接受治疗方案。
虚拟现实技术在医学仿真中的使用教程及技巧总结虚拟现实技术(Virtual Reality,VR)是一种通过计算机生成的全景三维环境,通过头戴式显示器、手柄等设备将用户完全沉浸其中,从而让用户在虚拟环境中获得身临其境的感受。
在医学仿真方面,虚拟现实技术的使用已经成为一种有效的培训和教学工具。
本文将介绍虚拟现实技术在医学仿真中的使用教程以及一些技巧总结。
1. 虚拟现实技术在医学仿真中的教学应用医学仿真是一种模拟真实医疗场景的训练方法,使医学学习者能够在受控环境下进行真实的练习和培训。
虚拟现实技术在医学仿真中具有很大的优势,能够提供高度真实的场景和体验,从而提高学习者的参与度和学习效果。
虚拟现实技术在医学仿真中的教学应用包括但不限于:- 手术训练:通过虚拟现实技术,医学学习者可以进行手术模拟和训练,学习手术的操作流程、技巧和注意事项。
这能够帮助医生获得更好的操作技能,提高手术的成功率和安全性。
- 诊断和治疗:虚拟现实技术可以模拟不同疾病的临床表现和病情变化,帮助医学学习者进行准确的诊断和治疗。
通过虚拟现实技术,医学学习者可以学习各种临床技能,如听诊、触诊和注射等。
- 团队协作:虚拟现实技术还可以模拟多人场景,让医学学习者在团队协作中进行培训和演练。
医学学习者可以与其他医生、护士和患者进行交互,从而提高团队合作和沟通能力。
2. 虚拟现实技术在医学仿真中的使用教程虚拟现实技术的使用教程包括准备设备、选择合适的软件和场景、进行实际操作等步骤。
步骤一:准备设备使用虚拟现实技术进行医学仿真,首先需要准备相应的设备。
常用的设备包括头戴式显示器(如Oculus Rift、HTC Vive)、手柄、传感器等。
确保设备连接正常,并调整好适合自己的舒适度。
步骤二:选择合适的软件和场景根据自己的需求和学习目标,选择合适的虚拟现实软件和场景进行学习和训练。
可以选择从官方应用商店下载医学仿真软件,或者参与医学仿真团队开发的项目。
虚拟现实技术在医疗领域的应用随着科技的快速发展,虚拟现实技术在各行各业的应用越来越广泛,医疗领域也不例外。
虚拟现实技术以其沉浸式的体验和高度交互性,为医学研究、医学教育和临床实践带来了许多机遇和挑战。
一、虚拟现实技术在医学研究中的应用虚拟现实技术在医学研究中的应用可以模拟人体的生理和病理过程,加速医学研究的进程。
通过虚拟现实技术,研究人员可以模拟人体器官的结构和功能,在虚拟环境中进行各种实验。
例如,科学家可以使用虚拟现实技术构建一个模拟人体的三维模型,以研究人体各个器官的分子结构和功能。
这样的研究可以帮助医学科学家更好地理解疾病的发生机制,为疾病的预防和治疗提供新的思路。
二、虚拟现实技术在医学教育中的应用虚拟现实技术在医学教育中的应用可以提供更实际、更直观的教学体验。
传统的医学教育主要以课堂讲解和实验室演示为主,学生们往往不能真正感受到真实病例的复杂性和多样性。
而通过虚拟现实技术,学生可以沉浸在虚拟世界中,观察和操作各种病例,模拟真实的医疗环境,提高实践操作能力。
例如,在虚拟现实的仿真环境中,学生可以进行手术操作的练习,进行病例分析,提高临床思维和技能。
三、虚拟现实技术在临床实践中的应用虚拟现实技术在临床实践中的应用可以改善医疗效果和减少医疗风险。
通过虚拟现实技术,医生可以模拟手术过程、治疗方案和康复计划,提前规划和优化治疗方案。
同时,虚拟现实技术还可以为医生提供实时的辅助信息,帮助他们准确判断病情并作出正确的诊断和治疗。
例如,在手术前,医生可以使用虚拟现实技术将手术操作映射到虚拟环境中进行演练,进一步熟悉手术步骤和器械使用,降低手术风险。
四、虚拟现实技术在心理治疗中的应用虚拟现实技术在心理治疗中的应用可以帮助患者更好地应对和克服心理困扰。
通过虚拟现实技术,心理治疗师可以模拟各种心理刺激,帮助患者面对和化解内心的恐惧和焦虑。
例如,在治疗恐高症的过程中,心理治疗师可以使用虚拟现实技术模拟高空场景,让患者在虚拟环境中逐渐适应和克服高处的恐惧。
交互式虚拟现实技术在医学教育中的应用分析交互式虚拟现实(Interactive Virtual Reality,IVR)技术是一种基于计算机仿真的技术,通过头戴式显示器、手柄等设备,让用户可以在虚拟环境中进行身临其境的操作和感知体验。
在医学教育领域,IVR技术的应用可以提供更加直观、生动的学习方式,有助于医学学生提高学习效果和技能水平。
下面将从三个方面对其应用进行分析。
首先,IVR技术可以模拟真实的医学场景,帮助学生进行实践操作和技能训练。
医学领域对实践操作的要求非常高,然而传统的教学模式往往无法提供足够的实践机会。
通过使用IVR技术,学生可以在虚拟环境中进行手术模拟、病人救治等操作,实践各种医学操作技能。
在这个过程中,学生可以通过头戴式显示器观察虚拟环境,并通过手柄等设备进行具体的操作。
IVR技术可以提供多种场景的模拟,不仅可以让学生练习基本的操作技能,还可以模拟各种复杂病例,培养学生的判断和应对能力。
其次,IVR技术可以提供高度交互的学习体验,增加学习的趣味性和参与感。
传统的医学教育模式往往枯燥乏味,缺乏足够的互动和实践体验。
而IVR技术可以通过虚拟环境和设备交互,让学生亲身参与到医学教学过程中。
学生可以自主选择操作,观察虚拟环境中的细节,并根据虚拟环境的变化作出反应。
这种高度交互的学习体验可以极大地增加学生的参与感和投入度,提高学习的效果。
同时,IVR技术还可以提供实时反馈和评估,帮助学生及时调整自己的操作和行为,提高学习效果。
最后,IVR技术可以提供个性化和可定制的学习内容,满足不同学生的需求。
不同学生的学习能力和学习风格有所不同,而传统的教学模式往往只能提供统一的内容和方法。
而IVR技术可以根据学生的需要和能力定制学习内容,提供个性化的培训方案。
学生可以根据自己的学习进度和兴趣选择学习的内容和难度。
此外,IVR技术还可以灵活地调整学习环境中的参数,帮助学生进行反复训练和巩固,提高学习效果。
虚拟现实技术在医学培训中的应用虚拟现实技术(Virtual Reality, VR)是一种通过计算机生成的仿真环境,通过穿戴式设备或者头戴式显示器等工具,使用户能够身临其境地感受和参与其中。
近年来,虚拟现实技术在医学培训领域得到了越来越广泛的应用。
本文将探讨虚拟现实技术在医学培训中的应用,并分析其优势和挑战。
一、手术模拟训练虚拟现实技术在手术模拟训练中具有重要的应用价值。
传统的手术训练主要依靠实习经验和实际手术操作,但这种方式存在时间不确定性和成本较高的问题。
通过虚拟现实技术,医学生和医生可以在一个安全、无风险的环境中进行手术模拟训练,提高操作技能和熟练程度。
例如,利用虚拟现实技术,可以建立一个手术模拟环境,模拟各种手术场景和操作步骤,医学生可以通过虚拟仪器进行操作,从而提高手术技能,并减少手术风险。
二、临床案例模拟除了手术模拟训练,虚拟现实技术还可以用于临床案例模拟。
在临床实践中,遇到复杂的疾病和病例是常见的情况,医学生和医生需要通过实践来提高诊断和治疗能力。
虚拟现实技术可以利用大数据和人工智能的支持,构建各种病例模拟场景和患者情况,医学生可以在虚拟环境中进行观察、诊断和治疗实践,提高医学知识应用能力和解决问题的能力。
这种基于虚拟现实技术的临床案例模拟可以为医学生提供更加真实、全面的培训体验,帮助他们在日后的实践中更好地应对各种情况。
三、交互式教学和远程培训虚拟现实技术还可以用于交互式教学和远程培训。
传统的医学培训通常需要学员和讲师面对面进行教学,但这种方式在地域限制和成本上存在一定的问题。
虚拟现实技术可以构建一个虚拟教室,学员可以通过虚拟设备与讲师进行交互,进行远程教学和培训。
这种交互式教学方式可以突破地域限制,减少时间和经济成本,方便医学生和医生进行学习和培训。
虚拟现实技术在医学培训中的应用带来了许多优势,但也面临一些挑战。
首先,虚拟现实设备和软件的成本较高,这限制了其在大规模医学培训中的应用。
中药药理学教学中虚拟仿真实验的运用虚拟仿真技术是一种通过计算机程序模拟真实世界的过程,它在各个领域都有广泛的应用。
在医学教育中,虚拟仿真技术可以帮助学生更好地理解药理学的概念和原理。
本文将探讨虚拟仿真实验在中药药理学教学中的运用。
首先,虚拟仿真实验可以提供学生一个安全、实际的学习环境。
中药药理学实验通常涉及到大量的中药材和药物,有些中药具有一定的毒性或副作用,因此进行实际实验时可能存在安全隐患。
而虚拟仿真实验可以在模拟环境中进行,学生可以自由地操作和探索,而不必担心实验中的危险情况。
其次,虚拟仿真实验可以提供更加细致和直观的实验过程。
在中药药理学教学中,实验操作是非常重要的一部分,学生需要了解实验步骤、操作要领以及实验的结果解读等。
虚拟仿真实验可以通过界面和动画的方式,直观地展示实验过程,比传统的教学方法更有趣味性和直观性,可以提高学生的学习兴趣和参与度。
另外,虚拟仿真实验可以提供更加灵活和多样的实验设计。
在传统的实验教学中,学生通常只能进行其中一个固定的实验设计,而虚拟仿真实验可以提供多个不同的实验场景和设计,以满足不同学习目标和需求。
学生可以根据自己的兴趣和学习进程选择合适的实验内容,并可以反复进行实验,加深对药理学知识的理解和记忆。
此外,虚拟仿真实验还可以提供更加深入的实验分析和解释。
中药药理学教学的目的之一是培养学生的实验设计和数据解读能力。
虚拟仿真实验可以记录和保存学生进行实验的数据,同时提供数据分析和解释的功能,帮助学生理解实验结果背后的原理和机制,并培养学生的问题解决和科学思维能力。
最后,虚拟仿真实验还可以提供个性化的学习体验。
传统的实验教学由于人力和设备等方面的限制,学生通常只能进行有限次数的实验操作。
而虚拟仿真实验可以根据学生的学习进度和需求,提供个性化的学习体验,学生可以根据自己的学习情况进行不同程度的实验操作,提高学习效率和效果。
综上所述,虚拟仿真实验在中药药理学教学中具有广阔的应用前景。
第22卷第3期2008年6月中国医学教育技术CHINAMEDICALEDUCATIONTECHNOIDGYV01.22No.3Jun.2008虚拟仿真技术在医学教学中的应用初探王文军,李冰,安川林(第四军医大学教育技术中心,陕西西安7l0032)【摘要】:虚拟仿真技术已成为教育技术领域研究的一个热点。
文章主要介绍了虚拟仿真三维互动平台的组成及工作原理以及在医学教育领域的应用和意义。
【关键词】:三维;互动;虚拟仿真【中图分类号】:G434【文献标识码】:A【文章编号】:1004-5287(2008)03旬230旬3AppUcatiOnofvirtuaIsimulationtechnologyinmedicaleducation耽,瑶耽倒hn。
厶曰ing。
An(流M口凡Z流(&mer旷尉w毗如MZ‰^∞ZDgy。
凡u砒M沈o∥胁如口Z‰觇阳蚵。
艇缸,l710032,吼iM)【Abstract】:Vinualsimulationtechnologyh鹪becomeahotissueineducationaltechnologyrese8rch.Thispaperisintendedtointroducetheconstitutionandworkingprinciplesofvirtualsimulationonthethree.dimensionalinteractiveplaⅡ-oHn.Italsodiscusse8theapplicationandsignificanceof、rirhlaLlsimulationinmedicaleducation【Keywor‘Is】:three—dimension;intemction;Virtualsimulation虚拟仿真技术(vinl一a】Realit)r,简称Ⅷ)是一种依靠计算机的图形处理,进行图像再现的一种方法。
与传统的图像再现手段(如电影、电视、DV等)相比,VR技术有了本质的飞越:一是VR技术对于图像的再现不仅局限于对实景物体的再现,它更多地被应用在超现实的画面再现上。
随着计算机硬件技术的飞速发展,VR技术从最早的纯画面展示到娱乐领域的应用,已经发展到了现在各行各业中。
如果将虚拟现实技术成功地引入到医学教育领域,将会有着非常广阔的前景。
l虚拟仿真三维互动平台的基本组成和工作原理虚拟演播室系统(neVirtualStudiosystem,简称vss)是近年来随着计算机技术飞速发展和色键技术不断改进而出现的一种新的电视教材制作系统。
虚拟课堂采用了传统的色键合成系统,却突破了传统色键系统的限制,消除了摄像机不能与背景同步运动的致命弱点,做到使演员能深入到虚拟的三维场景中,并能与其中的虚拟对象实时交互。
一套典型的虚拟课堂系统一般由三个子系统组成:跟踪、图形绘制和合成。
在虚拟课堂中教师在一间蓝色屏幕代替的真实背景里进行现场讲演,三维计算机图形发生器实时产生一个逼真的虚拟环境,并按以下程序工作:摄像机镜头的定位、测量、运动走向及视角、视野处理,摄像机采集前景视频信号,同时摄像机上的跟踪系统实时提供摄像机移动的信息,这些数据被送至一个实时图形计算机,并从摄像机的镜头视角再生成一个虚拟环境。
以蓝色屏幕为背景拍摄的摄像机图像,经延时后与选自计算机的虚拟背景以相同时码进行工作,并通过色度键控器“联合”在一起,实时产生一个组合的图像。
也就是说把一组信息需要实时传给图像绘制系统,图像绘制系统根据当前摄像机的位置实时地绘制出相应的背景信号和遮挡信号,然后再由合成系统根据遮挡信号来合成前景视频信号与背景信号,形成一个为我所用的视频信号过程。
虚拟课堂除了传统演播室所具有的装置外,还必须有能获取摄像机运动参数的摄像机运动跟踪系统以及能实时生成与前景图像保持正确透视关系的背景图像。
最后,来自摄像机的前景和生成的背景在色键合成器中合成并输出。
1.1摄像机运动参数的获取摄像机的运动参数包括镜头运动参数(变焦z00m;聚焦focus;光圈耐s),机头运动参数(摇移pan;俯仰tilt)及空间位置参数(地面位置x、Y和高度z)等。
这些参数的获取对虚拟演播室系统来说收稿日期:2007—12—20作者简介:王文军(1981一),男,陕西韩城人,助理工程师,学士学位,主要研究方向:虚拟演播室技术在军事医学教学中的应用研究。
万方数据第22卷第3期王文军等.虚拟仿真技术在医学教学中的应用初探23l是至关重要的,它可直接影响到虚拟背景的生成。
目前,常见的有两种方式可获得摄像机的这些运动参数一机械跟踪方式和图像分析识别方式。
我们采用的是“机械跟踪方式”。
这种摄像机跟踪系统采集摄像机的位置及透视数据,它通常被安装在三角架或基座之上。
为测量摄像机的镜头运动参数,需要在摄像机镜头上安装附加装置。
这个装置中包含有传感器和有关电子装置,称为镜头运动参数编码器。
这是一种精确的旋转编码器。
镜头编码器通过托架与镜头上变焦环和聚焦环的齿轮紧密咬合。
当变焦环或聚焦环发生位置变化时,编码器能够检测出上、下、左、右摆动的细微角度并将其编码输出。
信息数据通常通过一些串行接口类型如Rs乏32或Rs422传送给计算机。
摄像机的地面位置x、Y及高度z也可用类似的编码器方式测量,即用相应的传感器检测摄像机的升降和云台脚的转动,并对其参数值进行编码。
x、Y及z跟踪器允许传感摄像机上、下、左、右全方位的信息,可以装在滑轨或升降架上…。
1.2背景的生成1.2.1虚拟场景的制作虚拟课堂准备的一个重要任务是建立三维场景。
虚拟课堂的背景图像可以是来自录像机或摄像机的活动视频,也可以是静止图像等,但使用最多的是由计算机创作的二维或三维图形CG(ComputerGraphics),即虚拟场景。
这些场景用三维软件制作完成。
教师可以用开放的三维平台及软件例如:so鼬nage、Maya、3Dma)【或Bryce建立三维场景,并把它们直接送进系统,也可以在虚拟课堂系统自带的三维数据库中选用,同时还可使用标准动画软件工具对三维模型进行修改处理悼J。
1.2.2实时生成背景实时生成背景是指在摄像机运动参数控制下,背景生成装置对制作好的背景信号进行处理,实时生成与前景有正确透视关系的背景图像。
所谓实时,是指生成速度可达到50场/秒。
1.3蓝室和光照1.3.1蓝室由于虚拟课堂系统允许摄像机运动,蓝室设计变得非常重要。
虚拟课堂的拍摄环境一般是由一面或多面蓝墙和蓝色的地板组成的“蓝室”,对蓝色讲台没有实际的物理尺寸限制,真实蓝背景的大小可以决定有多少师生在虚拟场景中活动。
教师背后的蓝色墙壁允许多种类型的摄像机进行尽可能的摇移。
建立蓝色的边墙是另外一个得到更大视野范围的办法,可以因此得到最大的视角。
有一点需注意,正面墙与邻墙的角度应大于900,这将更容易打灯光,并且墙壁之间也不会互相反射[3】。
而且,当摄像机取远景时,不仅需要教师身后是蓝色,地板也要求是蓝色的。
地板应该足够大,能包括阴影,否则,落在真实背景之外的阴影将被剪除。
如果在真实布景中有折角,打光会非常困难。
同时,需要在监控器上进行额外的调整来均匀明暗差异,这将使保留阴影变得更困难。
圆滑的角落可以帮助减少灯光的明暗差异。
1.3.2灯光对虚拟课堂系统来说灯光是最重要的问题之一。
在通常情况下,蓝色讲台需要被照得非常均匀。
在虚拟课堂中通常用冷光。
大多数经常使用的冷光类型是KINOFLO及VIDEssENcEHJ。
灯光应经常保持足够高的角度来使阴影落在地面上而不是背景墙上。
2VR技术在医学教育领域的应用现状目前,VR技术在国内教育领域的应用已经较为常见了,一些高危性的行业(如,飞行员的教学)已经有了比较成熟的体系。
民用的部分(如,汽车驾驶的教学)也已经进入了商业化阶段。
日本的一些厂商,甚至制作了教家庭主妇如何记忆菜谱的教学软件。
但它在国内医学教育中的应用还处于起步阶段。
究其原因,一方面是医学领域有着极强的专业性,专业技术的壁垒比较高;另一方面,也和医学教学人员对于vR技术的认识不够或理解存在偏差有一定的关系。
目前,已经有一些多媒体教学中用到了VR技术,但仍处于比较早期的纯画面展示类型,仅仅是将传统的图片、图谱,变成了3D动画,缺乏交互性。
而且应用的学科比较集中。
在少量有一定交互性的使用中,也局限于多角度观看。
其实,VR技术在医学中的应用有广阔的前景,例如,学生在进行手术学学习之前,可以通过vR制作的模拟手术系统进行预习。
这样,在进行实际操作的时侯,有的放矢,教学效果相比预习文字描述的步骤要深刻得多,将大大减少失误造成的实验动物和标本的浪费(目前来看,因计算机硬件水平的限制,模拟手术仍无法完全取代实际的操作过程,但作为有益的补充,要强于传统的教学效果)。
又比如,在学习诊断学时,心脏的心音听诊是个难点,这时可以让学生通过VR系统,在虚拟的病人身上,直接看到心脏内部的结构,将心音的录音与心脏实际的工作过程相关联,使学生可以以三维的方式,从各个角度观看心瓣膜工作状态与心音产生的关系,这种学习的直观程度,即使在真实病人的身上,配合彩色超声也很难达到。
万方数据232中国医学教育技术第22卷第3期3制约VR技术在医学教育方面应用的因素虽然VR技术在医学教育中有着极好的应用前景,但仍有以下几个因素对其发展有着制约。
一是目前计算机处理器的硬件水平的发展。
虽然说计算机处理器速度在近十年来的发展已经是翻天覆地,但仍与医学的模拟要求有相当的差距。
人体是一个非常复杂的系统,其数据量之大,即使是超大型的计算机也难以胜任。
二是交互性解决方案的复杂性。
医学与其它学科不同,针对的是人体而不是死板的机器。
在飞行员的虚拟驾驶课程中,学生所作的操作及得到的回馈(如,操控驾驶控制杆引起的体位变化),基本上与真实飞机一致,甚至于操作杆上会有力度的回馈。
而对于人体的操作回馈,目前除去视觉之外还没有太好的解决方案。
、三是没有多少可以借鉴的案例。
要摸索的东西很多,制作人员与教师之间的沟通不够,制作思路不够广泛,也是制约其发展的一个重要原因。
针对这些问题,解决的方案是立足现有条件,从实际使用的可能性出发,制作不必求全求大。
针对教学中的问题,用VR系统实现作精、作透。
对于能够模拟的尽量模拟,无法模拟的则想办法模仿,毕竟VR教学不是万能的,只要能加深学生的印象,促进学生理解、巩固记忆也为初步成效。
例如,日本任天堂公司生产的wii游戏机,可以用于网球的练习,虽然说其控制器在球拍打到球的一瞬间,手臂上并不会有撞击的感觉,但对于加强身体和眼力的协调,以及掌握挥拍的姿势,也不失是一种很好的尝试。
另外,制作人员与教师之间要多沟通,通过交流,才能保证最终成品的质量。
4VR技术在医学教育中应用的重要意义医学教育与其它基础学科的教学有所不同,它不但要传授医学理论、医学原理,更需要了解现代医学的发展,了解有关医学的最新动态。