計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)在醫(yī)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

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1、計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)在醫(yī)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用王文軍李冰安川林The?Application?of?computer?virtual?simulation?in?medical?teaching摘要：虛擬仿真技術(shù)已成為教育技術(shù)家族的新成員，本文主要介紹了虛擬仿真三維互動(dòng)平臺(tái)的組成及工作原理、在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域的應(yīng)用，探討在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域應(yīng)用的意義。Abstract:?Virtual?simulation?has?become?new?member?of?modern?education?technologies.?This?paper?is

2、?intended?to?introduce?the?constitution?and?principles?of?virtual?simulation?on?three-dimensional?interactive?platform.?In?addition,?application?and?significance?of?virtual?simulation?in?medical?關(guān)鍵詞：三維互動(dòng)虛擬仿真Keywords:?three-dimensional,?interactive,?virtual?simulati

3、on[中圖分類號(hào)]：G434[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]：A[文章編號(hào)]：虛擬仿真技術(shù)（VirtualReality,簡(jiǎn)稱VR）是一種依靠計(jì)算機(jī)的圖形處理，進(jìn)行圖像再現(xiàn)的一種方法，與傳統(tǒng)的圖像再現(xiàn)手段（如電影、電視、DV等）相比，VR技術(shù)有了本質(zhì)的飛越，一是VR技術(shù)對(duì)于圖像的再現(xiàn)，不僅僅局限于對(duì)實(shí)景物體的再現(xiàn)，它更多的被應(yīng)用在超現(xiàn)實(shí)的畫面的再現(xiàn)，比如近幾年中在好萊塢特技影片中出現(xiàn)的蜘蛛人，盜墓迷城中的死神軍隊(duì)等，即是使用了VR技術(shù)中的預(yù)渲染（pre-render）技術(shù)得到的畫面效果。這些畫面是使用傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)法拍攝，或拍攝成本極高的。另一個(gè)

4、VR技術(shù)帶來(lái)的飛越，在于VR技術(shù)強(qiáng)大交互性，通過(guò)特殊的操作手段，觀看者將和畫面中的物體產(chǎn)生一定程度的互動(dòng)，例如可以通過(guò)控制器，拿起或者放下畫面中的物體。簡(jiǎn)單的說(shuō)，VR技術(shù)在目前就是通過(guò)對(duì)視覺，聽覺的模擬再現(xiàn)來(lái)使人產(chǎn)生處于實(shí)景當(dāng)中的感覺。（目前報(bào)道已經(jīng)有觸覺模擬的系統(tǒng)，但相對(duì)來(lái)講，離現(xiàn)實(shí)應(yīng)用仍有很大的距離）。隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，VR技術(shù)從最早的純畫面展示，到娛樂(lè)領(lǐng)域的應(yīng)用，已經(jīng)發(fā)展到了現(xiàn)在各行各業(yè)中，特別是在建筑、軍事、航空航天、工業(yè)設(shè)計(jì)、考古等方面，發(fā)展尤其迅速。如果將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，成功的引進(jìn)到醫(yī)學(xué)教育的領(lǐng)域，將會(huì)

5、有著非常廣闊的前景。1．計(jì)算機(jī)虛擬仿真三維互動(dòng)平臺(tái)的基本組成和工作原理虛擬演播室系統(tǒng)（TheVirtualStudioSystem，簡(jiǎn)稱VSS)是近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展和色鍵技術(shù)不斷改進(jìn)而出現(xiàn)的一種新的電視教材制作系統(tǒng)。虛擬課堂采用了傳統(tǒng)的色鍵合成系統(tǒng)，卻突破了傳統(tǒng)色鍵系統(tǒng)的限制，消除了攝象機(jī)不能與背景同步運(yùn)動(dòng)的致命弱點(diǎn)，做到真實(shí)的演員能深入到虛擬的三維場(chǎng)景中，并能與其中的虛擬對(duì)象實(shí)時(shí)交互。一般來(lái)說(shuō)，一套典型的虛擬課堂系統(tǒng)一般由三個(gè)子系統(tǒng)組成：跟蹤、圖形繪制和合成。在虛擬課堂中教5員在一間藍(lán)色屏幕代替的真實(shí)背景里進(jìn)行現(xiàn)

6、場(chǎng)講演，三維計(jì)算機(jī)圖形發(fā)生器實(shí)時(shí)產(chǎn)生一個(gè)逼真的虛擬環(huán)境，并按以下程序工作：攝像機(jī)鏡頭的定位、測(cè)量、運(yùn)動(dòng)走向及視角、視野處理，攝像機(jī)采集前景視頻信號(hào)，同時(shí)攝像機(jī)上的跟蹤系統(tǒng)實(shí)時(shí)提供攝像機(jī)移動(dòng)的信息，這些數(shù)據(jù)被送至一個(gè)實(shí)時(shí)圖形計(jì)算機(jī)。從攝像機(jī)的鏡頭視角再生成一個(gè)虛擬環(huán)境。以藍(lán)色屏幕為背景拍攝的攝像機(jī)圖像，經(jīng)延時(shí)后與選自計(jì)算機(jī)的虛擬背景以相同時(shí)碼進(jìn)行工作，并通過(guò)色度鍵控器“聯(lián)合”在一起，實(shí)時(shí)產(chǎn)生一個(gè)組合的圖像。也就是說(shuō)把一組信息需要實(shí)時(shí)傳給圖像繪制系統(tǒng)，圖像繪制系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前攝像機(jī)的位置實(shí)時(shí)地繪制出相應(yīng)的背景信號(hào)和遮擋信號(hào)，然后再由

7、合成系統(tǒng)根據(jù)遮擋信號(hào)來(lái)合成前景視頻信號(hào)與背景信號(hào)，形成一個(gè)為我所用的視頻信號(hào)的過(guò)程。虛擬課堂除了傳統(tǒng)演播室所具有的裝置外，還必須有能獲取攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)以及能實(shí)時(shí)生成與前景圖像保持正確透視關(guān)系的背景圖像。最后，來(lái)自攝像機(jī)的前景和生成的背景在色鍵合成器中合成并輸出。1?攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的獲取攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)包括鏡頭運(yùn)動(dòng)參數(shù)（變焦zoom；聚焦focus；光圈zris），機(jī)頭運(yùn)動(dòng)參數(shù)（搖移pan；俯仰tilt），及空間位置參數(shù)（地面位置X、Y和高度Z）等。這些參數(shù)的獲取對(duì)虛擬演播室系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的，它可直接影

8、響到虛擬背景的生成。目前常見的有兩種方式可獲得攝像機(jī)的這些運(yùn)動(dòng)參數(shù)，機(jī)械跟蹤方式和圖像分析識(shí)別方式。我們采用的是“機(jī)械跟蹤方式”這種攝像機(jī)跟蹤系統(tǒng)采集攝像機(jī)的位置及透視數(shù)據(jù)，它通常被安裝在三角架或基座之上。為測(cè)量攝像機(jī)的鏡頭運(yùn)動(dòng)參數(shù)，需要在攝像機(jī)鏡頭上安裝附加裝置。這個(gè)裝置中包含有傳感器和