虚拟现实技术在医学中的应用
虚拟现实在医学中的应用
摘要: 虚拟现实(virtual reality VR, ) 是近年来发展起来的一项新的技术,它已经被广泛地应用于许多领域, 特别是在医学领域。本文介绍了虚拟现实技术在疾病的诊断、康复以及医学教育与培训方面的应用, 并展望了虚拟现实技术在医学中的应用前景。
关键词: 虚拟现实医学应用
引言
虚拟现实作为一门真正具有多媒体交互共享模式的新兴技术, 以其独特的优势, 在各个领域的应用越来越广。特别是LED和CRE显示器技术、高速图形技术、多媒体技术及示踪技术的发展, 虚拟现实技术在医学领域的应用不断扩大, 对传统的医学诊断、治疗和医学科研、教育产生了深远的影响。
1 技术特点
虚拟现实系统是利用计算机以及专用硬件和软件去仿真各种现实境界, 通
过计算机和信息技术构造虚拟自然环境, 将用户和计算机结合成一个整体。用户置身于模仿真实世界而创建的三维电子环境中, 通过各种技术模拟直接进入到虚拟环境去接受和影响环境中各种感觉剌激, 与虚拟环境的人及事物进行行为和思想的交流。用户可以利用人类本能的方式与计算机信息交流, 人的语言、眼神、手势都可以为计算机所识别, 而人则可以用听觉、视觉、触觉来感受计算机信息, 就如同人们在现实环境中人与人交流一样的感受和交互对话, 达到与计算机进行直观、自然的交互。
虚拟现实系统是相当逼真的三维视听、触摸和感觉的虚拟空间环境, 虚拟三维可以随需要而变换, 交替更迭。用户不再是被动性地观看, 而是融合在其中,交互性地体验和感受虚拟现实世界中广泛的三维多媒体内容。可分为: 桌面型、投入型、增强现实型、临境型、逆向型和分布式虚拟现实系统等。桌面虚拟现实系统是利用个人计算机或工作站进行仿真。它以计算机屏幕作为观察虚拟境界的一个窗口, 成本较低, 但投入性差。投入系统是通过各种硬件和软件, 把周围的现实环境屏蔽掉, 完全被虚拟境界包围。虚拟现实技术具有多感知性、投入性、实时交互性和自主性等特征。多感知性是除了一般计算机技术所具有的视觉感知外, 还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知。随着传感器技术的发展, 还有味觉感知、嗅觉感知, 甚至具有人的一切感知功能。投入性(临场感) 是指用户感到作为主角在虚拟环境中的真实程度。实时交互性指用户与虚拟环境中的各种对象相互作用的能力, 对虚拟物体的可操作程度和得到反馈的自然程度, 用手去抓虚拟物体时, 有硬度、重量和拿动的感觉。自主性指虚拟物体依据物理定律按力的方向动作的程度。根据虚拟实现技术的特征, 可通过其存在感P、交互性I 和自主性A 来评价系统的性能, P、I 和A 的值越大, 系统的性能越好。
2 虚拟现实技术的应用
虚拟现实技术具有极其重要的应用前景 ,其中医学领域作为虚拟现实技术
最大吸引力的应用领域之一,目前已广泛地应用在虚拟人体、医学教育、虚拟外科手术、远程医疗等领域。
2.1 虚拟人体
1985 年,美国国立图书馆就开展了人体解剖图像的数字化研究,他们利用
CT 和 MR 扫描及三维图像重建技术,分别建立了一具可视化男人和一具可视化女人。德国汉堡大学则用 CT 和 MR 横截面影像或组织学切片建立起空间模型 ,
采用人工智能技术,把人体各部位不同领域的知识填充到空间模型 ,制成了解剖
三维可视化虚拟人体图谱。此外, 用虚拟技术还建立了人体腿部、肝肾、人恒牙、
心脏等模型。这些虚拟人、虚拟人体图谱及虚拟人体器官 , 其作用除了作为辅
助教学外 , 更重要的是在对患者实施复杂手术前 , 外科医师可以先在由虚拟
现实系统产生的一具虚拟人体上进行练习 , 并借助虚拟环境中信息进行手术计
划、方案的制定等。
2.2 在虚拟环境中培训医院急救室工作人员
医院急救室好似一个剧场, 要有效地完成急救室的急救工作, 需要医护人
员有充分的“排练”准备。现在这种训练工作可以在一个虚拟环境中完成。在这
种训练系统中, 要构造一个虚拟的急救室, 包括病床、桌子、抽屉、手术器械以
及急救室的其他必需器械; 抽屉里还可以装有绷带、剪刀、镊子和注射器等。理
论上讲, 可以让一个虚拟病人受到任何部位及任何程度的伤害。在一个交互式的
虚拟训练环境中, 可预先设计一个病人受伤害的过程, 让接受训练的医护人员
可能治愈这个“病人”, 也可能造成更大的伤害以至发生医疗事故。这样一来,
就基本有了急救室的那种氛围。另外在操作中, 可以靠时间约束来增加受训练者
的心理紧张程度, 或者加入一些随机性干扰因素增加训练难度。最后, 系统可以
自动记载下每个受训者的成绩。
2.3 外科手术计划和模拟
当前,器官移植手术正广泛使用,但它有一个急需解决的问题就是排异性, 也就是接受器官的患者的身体本身可能“不愿意接受”外来器官, 而不管病人
的思想上愿不愿意接受。这种情况只有在手术进行后才能知道, 而这时再采取补
救措施已经来不及了。虚拟现实技术或许在这方面能发挥很大作用。利用它可以
在手术前根据接受器官患者和被移植器官的生理特性及生化特性, 在虚拟环境
中模拟移植后的情况,观察移植后的效果, 为移植手术的实际实施提供
指导。另一个类似的情况是整容手术。为了取得良好的整容效果, 手术前需要
很好的计划,因为稍有不慎,将适得其反。利用虚拟现实技术,手术前先在虚拟环
境中建立病人的模型,医生可以在模型上进行模拟手术,根据效果不断调整手术
方案,直至患者满意为止。这样, 再根据在虚拟环境中确定的方案对患者进行实
际手术,可以有效地避免医疗事故发生。利用虚拟现实技术, 还可以使其他一些
外科手术进行得更安全。许多手术部位周围都有神经之类的重要组织, 手术前
如果不先作仔细规划, 实际手术时就可能伤及这些组织。利用虚拟现实技术,
手术前先在虚拟环境中在虚拟病人身上模拟手术过程, 在危险组织上作上标记,
实际手术时就能想办法避开危险部位, 让手术更安全地进行。
2.4 虚拟现实技术在远程医疗中的应用
目前远程通讯技术的发展使医疗领域中出现了一种叫做远程医疗
（elemedicine）的新技术。运用这项技术,基层医护人员可以获得有关疾病及健
康护理方面的先进技术和最新信息。由于绝大多数的医疗专家都在一些中心医院
和大学里工作,这种远程医疗技术具有很重要的意义。在远程医疗中采用虚拟现
实技术, 外地病人的各种生理参数都反映在医疗专家面前的虚拟病人身上,专家
们便能及时作出结论,并给出相应的治疗措施。这样,利用远程医疗技术, 即使边
远地区的病人也可以得到经验丰富的医生的诊治,特别是那些当地医生无法解决
的疑难杂症。远程外科手术是远程医疗中的一个重要组成部分。在手术时,手术
医生在一个虚拟病人环境中操作, 控制在远处给实际病人作手术的机器人的动
作。目前, 美国佐治亚医学院和佐治亚技术研究所的专家们已经合作研制出了能
进行远程眼科手术的机器人。这些机器人在有丰富经验的眼科医生的控制下,更安全地完成眼科手术,而不需要医生亲自到现场去。除微型手术机器人外, Satava提出了2 1世纪战地医疗 ( medical bale field) 的构想。这种无创系统由传感器、专家系统、远程手术及虚拟环境等部分组成,它一方面可以对某些危重伤员实施远程手术, 另一方面还是一个特殊远程专家咨询系统。利用这个系统,前方医生在检查伤员时,可以将情况及时传给后方有经验的医生;后方的医生又可以将治疗方案以虚拟环境的形式展示到前方医生的眼前,从而使伤员能得到及时救护,减少人员伤亡。
4 结束语
目前, 虚拟现实技术的医学应用尚处于初期, 技术上还存在许多问题有待
解决, 如显示设备不能很好地接收高质量、高逼真的医学图像; 在复杂环境中, 图像的实时性和生成速度有待进一步提高等。但是, 虚拟现实在医学领域的潜在优势和良好的应用前景是一致肯定的, 必将推动现代医学革命性的发展。
参考文献
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虚拟现实技术及应用
虚拟现实技术旅游中的应用 2013年10月27日
虚拟现实技术在旅游业中的应用 （一）.虚拟现实技术简介: 虚拟现实技术（Virtual Reality），又称灵境技术, 为人机交互界面, 特点在于，计算机产生一种人为虚拟的环境，这种虚拟的环境是通过计算机图形构成的三度空间，或是把其它现实环境编制到计算机中去产生逼真的“虚拟环境”，从而使得用户在视 觉上产生一种沉浸于虚拟环境的感觉 （二）.虚拟现实技术的发展概述 1966年，美国MIT的林肯实验室正式开始了头盔式显示器, 80年代初正式提出了“Virtual Reality”一词。1993年的11月,用虚拟现实技术设计波音777获得成功. 正是因为虚拟现实系统极其广泛的应用领域，如娱乐、军事、航天、设计、生产制造、信息管理、商贸、建筑、医疗保险、危险及恶劣环境下的遥操作、与培训、信息可视 化以及远程通讯等，人们对迅速发展中的虚拟现实系统的广阔应用前景充满了憧憬与 兴趣。 （三）.虚拟现实的定义： 虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机技术，它利用计算机生成 一种模拟环境，是一种多源信息融合交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真， 可借助传感头盔、数据手套等专业设备，让用户进入虚拟空间，实时感知和操作虚拟 世界中的各种对象，从而通过视觉、触觉和听觉等获得身临其境的真实感受 （四）.虚拟现实技术的四个技术特征 I.多感知性 II．存在感 III交互性 IV．自主性 （五）.虚拟现实系统主要由以下六个模块构成 1).检测模块2). 反馈模块3). 传感器模块4.) 控制模块5). 建模模块
（六）.虚拟现实技术的应用 1.虚拟旅游的概述：所谓虚拟旅游，指的是建立在现实旅游景观基础上，通过模拟或超现实景，构建一个虚拟旅游环境，网友能够身临其境般地逛逛看看。虚拟仿 真visual simulation技术的应用范围之一。应用计算机技术实现场景的三维模拟， 借助一定的技术手段使操作者感受目的地场景。 2.它的方式大致是: 虚拟现实技术系统营造虚拟旅游环境,旅游者首先通过网 络平台上, 运用某些设备完全进入虚拟环境中, 并可根据需要利用多种交互设备(如头盔、数据手套和数据服等) 来驾驭该环境, 同时用于操作该环境中的物体(如山水、园 林建筑、植物等) ; 在虚拟环境中, 旅游者还可参与发生的事件,或与其他参与者(旅 游者等) 相互交流; 当虚拟旅游结束时, 旅游者可以自主地退出虚拟旅游环境返回到 现实环境中来。 3.虚拟旅游的发展现状: 依托于虚拟现实技术和信息技术发展起来的虚拟旅游，是旅游业的一次科技革命，目前主要应用于旅游景区、饭店及会展的营销。 和虚拟现实技术在旅游业发展中的应用 万维网地理信息系统（WebGIS）指基于Internet平台，客户端应用软件。采用WWW协议运行在万维网上的地理信息系统。WebGIS可以最大限度的满足旅游政府部门，旅游企业，旅游者不同的需求 首先利用WebGIS的电子地图支持功能实现地图的生成，管理，显示，和网路共享，然后利用旅游专题数据库储存的景区地形数据和建筑，道路等矢量数据，以及相应的 纹理图片，实景图像，音频视频等多媒体数据资料，通过应用虚拟现实建模语言 （X3D,VRML）建模生成逼真的虚拟旅游景区三维场景或全景图像。 利用虚拟现实技术，旅游相关部门和企业能够把本地区具有代表性的景点（园林 古迹，山水人家，寺庙等）数字化，虚拟化到网络上去，供旅游咨询者通过浏览器下 载和浏览，实现在线的虚拟现实旅游，在虚拟化旅游场景中，旅游者可以任意地在其 中漫游，如以鸟的方式俯视景区全景，或者以走动，飞行等不同的方式从上下左右任 意角度进行游览，或者走进建筑物，甚至能够潜入海底世界。旅游者还可以在进行虚 拟旅游的同时，免费听到幕后“导游者”悉心的介绍，这将给旅游者以全新的旅游体验，无疑会比文字，图片之类的广告更吸引，更有效果。
虚拟现实技术及其在教学中的应用
２００７．２ 73 虚拟现实技术及其在教学中的应用 李科峰 湖南省第一师范学校 湖南 ４１０００２ 摘要：将虚拟现实技术应用到教学中，能够更好地满足教学中情景化及自然交互性的要求，学生可以亲身探索不能到达的环境，观察现实中难以观测的现象，更重要的是教师可以简化现实世界中过于复杂的细节，从而可以更好的突出事物的特点，随着该技术在教学应用中的不断研究开发，它在教育领域内将有着极其巨大的应用前景。 关键词：虚拟现实；教学；应用 ０ 引言 虚拟现实技术是二十世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术，它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支。它生成的视觉环境是立体的、音效是立体的，人机交互是和谐友好的。可以预言，虚拟现实技术将是继多媒体、计算机网络之后，在教育领域内最具有应用前景的“明星”技术。 虚拟现实（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ）又称灵境技术是利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨显示技术，生成三维逼真的虚拟环境，使用者戴上特殊的头盔、数据手套等传感设备，或利用键盘、鼠标等输入设备，便可以进入虚拟空间，成为虚拟环境的一员，进行实时交互，感知和操作虚拟世界中的各种对象，从而获得身临其境的感受和体会。 虚拟现实技术的出现实际是计算机图形学、人机接口技术、传感器技术以及人工智能技术等交叉与综合的结果。以虚拟现实技术为代表的新型人机交互技术旨在探索自然和谐的人机关系，使人机界面从以视觉感知为主发展到包括视觉、听觉、触觉、力觉、嗅觉和动觉等多种感觉通道感知；从以手动输入为主发展到包括语音、手势、姿势和视线等多种效应通道输入。 １ 虚拟现实技术的基本特征及类型１．１ 虚拟现实技术具有以下五个主要特征 （１）沉浸性 使之所创造的虚拟环境能使学生产生“身临其境” 感觉，使其相信在虚拟环境中人也是确实存在的，而且在操作过程中它可以自始至终的发挥作用，就像真正的客观世界一样。 （２）交互性 是在虚拟环境中，学生如同在真实的环境中一样与虚拟环境中的任务、事物发生交互关系，其中学生是交互的主体，虚拟对象是交互的客体，主体和客体之间的交互是全方位的。 （３）构想性 是虚拟现实是要能启发人的创造性的活动， 不仅要能使沉浸于此环境中的学生获取新的指示，提高感性和理性认识，而且要能使学生产生新的构思。 （４）动作性 是指学生能以客观世界的实际动作或以人类实际的方式来操作虚拟系统，让学生感觉到他面对的是一个真实的环境。 （５）自主性 是虚拟世界中物体可按各自的模型和规则自主运动。 １．２ 虚拟现实系统按其功能可分成三种类型 （１）桌面三位虚拟现实这由一台普通的计算机系统组成，计算机屏幕作为用户观察虚拟环境的窗口，通过各种输入设备与虚拟现实世界充分交互。系统的特点是结构简单，价格低廉，经济使用，易于普及推广，但缺乏真实的现实体验。 （２） 沉浸的虚拟现实 它是一套比较复杂的系统，使用者通过头盔、数据手套等其他设备与虚拟环境进行交流。该系统虽然可让使用这完全沉浸到虚拟世界中去，由于其价格昂贵，所以难以推广。 （３） 共享性虚拟现实 它是由多个用户通过计算机网络连接在一起，同时参加一个虚拟空间，共同体验虚拟经历，达到协同工作的目的。 ２ 虚拟现实技术在教学中的应用 虚拟现实技术能够为学生提供生动、逼真的学习环境，学生能够成为虚拟环境的一名参与者，在虚拟环境中扮演一个角色，这对调动学生的学习积极性，培养学生的技能都将起到积极的作用。经过初步调查，１００％的学生表示对此软件很有兴趣，比课件更直观，并愿意使用它来进行学习 ；９５％的学生认为它能够较好地解决教学中的难点，对于理解所学知识内容有很大的帮助 ；１００％的学生认为它是一种很丰富的教学资源。 （１）化学和物理实验的应用 化学、物理学科昂贵实验仪器的介绍与展示、参观那些不可能进入的实验空间，如核反应堆、粒子对撞空间等等， 对 基金项目： 湖南省教育厅优秀青年科研项目，课题号：ＮＯ．０４Ｂ０１５和湖南省“十一五”规划重点资助课题项目，课题号：ＸＪＫ０６ＡＺＣ０１０。 作者简介：李科峰（１９８２－），男，助理实验师，研究方向：虚拟现实技术与校园网应用。
虚拟现实技术的历史与发展
虚拟现实技术的历史与发展 摘要：虚拟现实技术作为一种综合多种科学技术的计算机领域新技术,已经涉及众多研究和应用领域,被认为是21世纪重要的发展学科以及影响人们生活的重要技术之一。本文介绍了虚拟现实技术的概念、特性以及发展历史和发展趋势，并对虚拟现实技术的应用前景进行展望。 关键词：虚拟现实技术发展历史发展趋势 一、虚拟现实的概念和特性 虚拟现实(Virtual Reality，又译作灵境、幻真)是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物[1]。虚拟现实技术作为一种新的技术，主要有三个特性，分别是沉浸性、交互性和构想性。 1.沉浸性，是指利用计算机产生的三维立体图像，让人置身于一种虚拟环境中，就像在真实的客观世界中一样，能给人一种身临其境的感觉。 2.交互性，在计算机生成的这种虚拟环境中，人们可以利用一些传感设备进行交互，感觉就像是在真实客观世界中一样，比如：当用户用手去抓取虚拟环境中的物体时，手就有握东西的感觉，而且可感觉到物体的重量。 3.构想性，虚拟环境可使用户沉浸其中并且获取新的知识，提高感性和理性认识，从而使用户深化概念和萌发新的联想，因而可以说,虚拟现实可以启发人的创造性思维。 二、虚拟现实技术的发展历程 虚拟现实技术演变发展史大体上可以分为四个阶段：1963 年以前，蕴涵虚拟现实技术思想的第一阶段；1963年~1972 年，虚拟现实技术的萌芽阶段；1973 年~1989 年，虚拟现实技术概念和理论产生的初步阶段；1990 年至今，虚拟现实技术理论的完善和应用阶段。 第一阶段：虚拟现实技术的前身。虚拟现实技术是对生物在自然环境中的感官和动作等行为的一种模拟交互技术，它与仿真技术的发展是息息相关的。中国古代战国时期的风筝，就是模拟飞行动物和人之间互动的大自然场景，风筝的拟声、拟真、互动的行为是仿真技术在中国的早期应用，它也是中国古代人试验飞行器模型的最早发明。西方人利用中国古代风筝原理发明了飞机，发明家Edwin A. Link 发明了飞行模拟器，让操作者能有乘坐真正飞机的感觉。1962 年，Morton Heilig的“全传感仿真器”的发明，就蕴涵了虚拟现实技术的思想理论。这三个较典型的发明，都蕴涵了虚拟现实技术的思想，是虚拟现实技术的前身。 第二阶段：虚拟现实技术的萌芽阶段。1968 年美国计算机图形学之父Ivan Sutherlan 开发了第一个计算机图形驱动的头盔显示器HMD 及头部位置跟踪系统，是虚拟现实技术发展史上一个重要的里程碑。此阶段也是虚拟现实技术的探索阶段，为虚拟现实技术的基本思想产生和理论发展奠定了基础。 第三阶段：虚拟现实技术概念和理论产生的初步阶段。这一时期出现了VIDEOPLACE 与VIEW两个比较典型的虚拟现实系统。由M.W.Krueger 设计的VIDEOPLACE系统，将产生一个虚拟图形环境，使参与者的图像投影能实时地响应参与者的活动。由M.MGreevy 领导完成的VIEW 系统，在装备了数据手套和头部跟踪器后，通过语言、手势等交互方式，形成虚拟现实系统。 第四阶段：虚拟现实技术理论的完善和应用阶段。在这一阶段虚拟现实技术从研究型阶段转向为应用型阶段，广泛运用到了科研、航空、医学、军事等人类生活的各个领域中，如美军开发的空军任务支援系统和海军特种作战部队计划和演习系统，对虚拟的军事演习也能达到
[虚拟现实,技术]虚拟现实技术及其应用
虚拟现实技术及其应用 摘要 迄今为止虚拟现实技术已经成为计算机技术领域中炙手可热的技术之一。在本文中会基于虚拟现实技术的概况，发展趋势等方面做一些详细的描述并且对其具有的特点进行详细描述，在另一方面会介绍虚拟现实技术在现实生活中的各类丰富多彩的应用，还针对其当前的真实状况，对未来虚拟现实的发展总结了一些展望。 【关键词】虚拟现实技术应用交互 1 虚拟现实概念 虚拟现实来源于英文“Virtual Reality”一词的翻译，还被译为“灵境”的意思。虚拟现实技术最早可以追溯到上世纪50年代，那时候的立体电影配合着大视野的电影图像与声响，就能够让人们能够置身到图像环境中，这也算得上是早起虚拟现实的雏形。 随着科学技术的发展，虚拟技术得到了机遇获得了快速的发展，1990年时专业人员首次对其进行了具体的定义：三维计算机图形学技术，运用多功能传感器的交互式接口技术和高度清晰度的显示技术。虚拟现实技术基于这三种技术创建了一个虚拟的感受环境，使得人们可以感受到现实生活中的一切感官的感受，包括：视觉，听觉，触觉等感官的感受，甚至于感受到一些超越现实技术的环境。 2 虚拟现实的特征 2.1 沉浸感 “沉浸”可以理解为身临其境的意思。用户不仅仅是利用双眼或者大脑进入虚拟环境，而是全身心的完整的进入到虚拟环境中。当用户投入到计算机创造的虚拟的三维空间内，能够真切的感觉到身边的一切都是真实的。在这个过程中虚拟现实技术使得身体在知识探索过程中能动作用得到了保障。 2.2 交互性 在虚拟现实技术配置了一种开放，互动的虚拟环境，这种技术的使用者能够通过三维交互设备操纵计算机给出的对象，与此同时还能够使得虚拟环境中的对象应对环境作出应有的反应。 2.3 构想性 所谓“构想”指的是利用虚拟现实技术能够模拟出很多现实生活中原本不存在的或者极不容易被观察到的环境，用户能够从虚拟环境中得到感性与理性的认识，得到启发，萌发创造力，拥有意识上质的飞跃。
虚拟现实技术在医学中的应用
虚拟现实在医学中的应用 摘要: 虚拟现实(virtual reality VR, ) 是近年来发展起来的一项新的技术,它已经被广泛地应用于许多领域, 特别是在医学领域。本文介绍了虚拟现实技术在疾病的诊断、康复以及医学教育与培训方面的应用, 并展望了虚拟现实技术在医学中的应用前景。 关键词: 虚拟现实医学应用 引言 虚拟现实作为一门真正具有多媒体交互共享模式的新兴技术, 以其独特的优势, 在各个领域的应用越来越广。特别是LED和CRE显示器技术、高速图形技术、多媒体技术及示踪技术的发展, 虚拟现实技术在医学领域的应用不断扩大, 对传统的医学诊断、治疗和医学科研、教育产生了深远的影响。 1 技术特点 虚拟现实系统是利用计算机以及专用硬件和软件去仿真各种现实境界, 通 过计算机和信息技术构造虚拟自然环境, 将用户和计算机结合成一个整体。用户置身于模仿真实世界而创建的三维电子环境中, 通过各种技术模拟直接进入到虚拟环境去接受和影响环境中各种感觉剌激, 与虚拟环境的人及事物进行行为和思想的交流。用户可以利用人类本能的方式与计算机信息交流, 人的语言、眼神、手势都可以为计算机所识别, 而人则可以用听觉、视觉、触觉来感受计算机信息, 就如同人们在现实环境中人与人交流一样的感受和交互对话, 达到与计算机进行直观、自然的交互。 虚拟现实系统是相当逼真的三维视听、触摸和感觉的虚拟空间环境, 虚拟三维可以随需要而变换, 交替更迭。用户不再是被动性地观看, 而是融合在其中,交互性地体验和感受虚拟现实世界中广泛的三维多媒体内容。可分为: 桌面型、投入型、增强现实型、临境型、逆向型和分布式虚拟现实系统等。桌面虚拟现实系统是利用个人计算机或工作站进行仿真。它以计算机屏幕作为观察虚拟境界的一个窗口, 成本较低, 但投入性差。投入系统是通过各种硬件和软件, 把周围的现实环境屏蔽掉, 完全被虚拟境界包围。虚拟现实技术具有多感知性、投入性、实时交互性和自主性等特征。多感知性是除了一般计算机技术所具有的视觉感知外, 还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知。随着传感器技术的发展, 还有味觉感知、嗅觉感知, 甚至具有人的一切感知功能。投入性(临场感) 是指用户感到作为主角在虚拟环境中的真实程度。实时交互性指用户与虚拟环境中的各种对象相互作用的能力, 对虚拟物体的可操作程度和得到反馈的自然程度, 用手去抓虚拟物体时, 有硬度、重量和拿动的感觉。自主性指虚拟物体依据物理定律按力的方向动作的程度。根据虚拟实现技术的特征, 可通过其存在感P、交互性I 和自主性A 来评价系统的性能, P、I 和A 的值越大, 系统的性能越好。 2 虚拟现实技术的应用 虚拟现实技术具有极其重要的应用前景 ,其中医学领域作为虚拟现实技术 最大吸引力的应用领域之一,目前已广泛地应用在虚拟人体、医学教育、虚拟外科手术、远程医疗等领域。 2.1 虚拟人体 1985 年,美国国立图书馆就开展了人体解剖图像的数字化研究,他们利用 CT 和 MR 扫描及三维图像重建技术,分别建立了一具可视化男人和一具可视化女人。德国汉堡大学则用 CT 和 MR 横截面影像或组织学切片建立起空间模型 ,
虚拟现实技术的应用研究
虚拟现实技术的应用研究 来源:毕业论文网 摘要：随着计算机技术的迅猛发展，虚拟现实技术的应用日趋广泛和深入。基于此，本文 将深入浅出地对虚拟现实技术的定义、应用领域、未来的发展前景和存在的问题进行介绍，重点阐述虚拟现实技术的应用领域以及相关研究，以期使读者对于虚拟现实有一个相对明 晰的认知。本文内容介绍：在第2部分会对虚拟现实技术进行简单介绍;第3部分将部分应用虚拟现实技术的领域进行介绍;第4部分描述虚拟现实技术研究现状和前景;在第5部分 对全文进行总结。 关键词：虚拟现实技术研究现状虚拟现实应用虚拟现实发展前景 一、引言 虚拟现实对于很多人来讲还是一个比较新的词汇，也可能你听说过，但并不了解，只 是认为佩戴显示设备，观看虚拟出来的内容，有身临其境之感，以为这就是虚拟现实技术。不尽然，那虚拟现实技术究竟指什么呢?本文将为读者解决这个困惑。 二、虚拟现实技术简介 2.1什么是虚拟现实技术 虚拟现实技术即虚拟现实。虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)是近年来出现的高 新技术。从本质上来说，虚拟现实是一种先进的计算机用户接口，它通过给用户同时提供视、听、触等各种直观而又自然的实时感知交互手段，因此具有多感知性、存在感、交互性、自主性等重要特征。虚拟现实技术并不是一项单一的技术，而是多种技术综合后产生的，其核心的关键技术主要有动态环境建模技术、立体显示和传感器技术、系统开发工具 应用技术、实时三维图形生成技术、系统集成技术等五大项。 2.2虚拟现实技术特征 虚拟现实技术主要有四个特征：(1)沉浸性：主要是指让计算机产生一种虚拟的环境，让参与到其中的人有一种和现实世界一样的感觉，就如身临其境一般。(2)交互性：主要是指用户对计算机模拟出的虚拟环境中的物体具有可操作性和从虚拟环境中的物体上得到的 反馈。(3)想象力：主要是指虚拟现实技术它具有很广阔的想象空间，不仅可以模拟出现实存在的世界，而且还可以模拟出不存在的环境。(4)多感知性：主要是指这项技术不仅能够让我们感受到视觉和听觉这两种一般计算机就可以给我们提供的感觉外，还可以给我们提 供触觉、味觉等一般计算机难以模拟出的感觉。 三、虚拟现实技术的应用领域 虚拟现实技术在很多领域内均有比较理想的应用，如教育与培训、娱乐与艺术、医学、军事、商业等领域，下面我们将就其中几个比较典型的应用领域展开叙述。 3.1教育与培训
虚拟现实技术应用及其未来展望
虚拟现实技术应用及其未来展望 虚拟现实是利用计算机、电子技术、图像技术、传感器技术、多媒体技术、人机接口技术及仿真技术等多种科学技术发展起来的计算机领域的最新技术, 是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。虚拟技术是一门富有挑战性的交叉技术、前沿科学和研究领域。目前虚拟技术已涉及到军事、教育、医学、心里学、商业、影视等领域,是21世纪的重要发展学科。 一、虚拟技术的特征 虚拟环境是利用计算机生成并控制的,因此人处在利用虚拟技术创建的拟环境之中和真实环境是没有差别的。虚拟现实具有3个最突出的特性:交互性、沉浸性和构想性。 1、交互性： 人们可以通过使用专门的输入和输出设备(主要通过数据手套、头盔、数据衣等)以自然地方式(如自身的语言、动作等)和虚拟世界中的对象进行交互操作和交流。 2、沉浸感： 沉浸感是指用户在纯自然的状态下借助交互设备和自身的感知觉系统对虚拟环境的投入程度。虚拟世界给人一种身临其境的感觉。 3、构想性：指借助虚拟技术可以使用户沉浸其中并获得新的知识,从而使用户深 化概念和萌发新意。因此说虚拟现实可以启发人创造性思维,使抽象概念具体化。 二、虚拟现实技术的应用领域 虚拟现实技术应用非常广泛,它可以用于军事、教育训练、设计规划、产品建模、心理学治疗及艺术与娱乐等多方面。 1、军事领域 虚拟现实技术已成为军事和航天领域的先锋技术虚拟技术最初是美国航空航天局与军事部门为了模拟训练而开发的。现在广泛用于各兵种部队的战术研究、演习、模拟训练和培训等,战斗实验室已成为数控战士的战场。 “司令部军事演习”也已成为一种军事演习的重要形式,这类演习可用于为未来战争组织装备、主导原则和综合训练等决策提供参考数据。美国航空航天局埃姆斯研究中心还建立了一座虚拟实验室,它所拥有的飞机模型器无论从规模上还是从逼真程度来看都处于世界之最,主要用于研究现在的或拟议中的飞机飞行控制、制导、座舱显示、自动化和操纵的品质,它能够获得有关飞机性能的实时数据和视图,并且航空研究人员和设计师坐在家里就可以“进入”该实验室进行操作,其灵敏度远远高于现在的任何其他此类研究手段。 虚拟现实技术在军事领域中发挥着重要的作用,被广泛的应用于军事训练、武装装备的研究和生产以及军事教育等各个方面。目前的军事模拟训练
虚拟现实技术、仿真与医学的关系
虚拟现实技术、仿真与医学的关系
虚拟现实技术在医学中的应用及进展 关键词：虚拟现实技术医学 随着计算机技术的飞速发展，正逐渐显示其强大的生命力。目前，它与多媒体、网络技术并成为三大前景最好的计算机技术，在越来越多的领域得到广泛的应用。 一、简述虚拟现实技术 1.虚拟现实技术的科学含义 虚拟现实（virtual reality,VR）技术是由计算机生成的一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。它通过视、听、触觉等作用于使用者，使之产生身临其境的交互视景的仿真。它综合了计算机图形、图像处理与模式识别，智能技术、传感技术、语言处理与音响技术、网络技术等多门科学，是现代仿真技术的进一步发展和应用。使用者借助必要的设备自然地与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，产生身临其境的感觉和体验，使人机交互更加自然和谐。 2. 虚拟现实技术的特点 多感知性（multi sensory）、沉浸感（immersion）、交互性（interactivity）、构想性（imagination）。这些特征使操作者能够进入一个由计算机生成的交互式三维虚拟环境中，与之产生互动，进行交流。通过参与者与仿真环境的相互作用，并借助人本身对所接触事物的感知和认知能力，启发参与者的思维，全方位获取环境所蕴含的各种空间信息和逻辑信息。 3.虚拟现实技术的构成 一般的VR系统主要由专业图形处理计算机、应用软件系统、输入设备和演示设备等组成，即人们可以通过视觉、听觉、触觉等信息通道感受到设计者思想的高级用户界面。 硬件平台：由于虚拟世界本身的复杂性及计算实时性的要求，产生虚拟环境所需的计算量极为巨大，这对中心计算机的配置提出了极高的要求。目前，国外的VR系统一般配有SGI或SUN工作站［1］，大型的VR系统，采用的是计算机并行处理系统。当前的研究趋于桌面虚拟现实系统，它价格较低、易于实现同时又能满足VR的部分特征要求，因而将会得到更为广泛的应用。 软件系统：软件系统是实现VR技术应用的关键。VR技术在国外的应用比国内早，目前具有代表性的桌面VR技术有：Web3D中的X3D、VRML、Java 3D、Cult3D Viewpoint、Atmosphere，以及应用于服务器上的Superscape VRT、EAI Sense 8 World ToolKit、MPI Vega等，它们为VR技术在虚拟医学系统中应用提供了工具。 二、虚拟现实技术在医学发展中研究状况 1、发展 1965年，Sutherland在篇名为<<终极的显示>>的论文中首次提出了包括具有交互图形显示、力反馈设备以及声音提示的虚拟现实系统的基本思想，从此，人们正式开始了对虚拟现实系统的研究探索历程。而生命活动又是全世界人命关注的重点，每一种新技术的发现基本上都会应用到医学，所以虚拟现实技术自然而然就应到医学的研究中。 早在1985年，美国国立医学图书馆就开始人体解剖图像数字化的研究，并由美国科罗拉多州立医学院将一具男性尸体和女性尸体分别做了1mm和0.33mm间距的CT和MR扫描，所得图像数据经压缩后，建立了“可视人”并于1995年出版发型了CD盘片。学生可以在计算机屏幕上对“可视人”进行冠状面和矢状面而对解剖，并可把局部的图像进行
虚拟现实技术及应用
虚拟现实技术及应用 Virtual Reality Technology and Application 课程编号：30420132 学分数：2 开课单位：计算机技术与自动化学院 课内总时数：40（其中实验14学时） 任课教师姓名及职称：张大坤教授、刘坤良讲师 开课学期：第2学期教学方式：讲授＋实践 一、教学要求及目的 本课程是介绍计算机学科前沿技术的一门任选课。着重介绍20世纪90年代末兴起的虚拟现实技术的发展概况，并讲述最有影响力的基于Internet的虚拟现实建模语言VRML，使学生能采用VRML语言创建一个多彩的三维虚拟世界。 二、课程的主要内容 1．虚拟现实技术概论 人机交互技术的历史与发展 虚拟现实技术的基本概念 虚拟现实系统的分类 虚拟现实技术的主要应用领域 2．实现VR系统的三维交互设备 VR的三维跟踪传感设备 VR的立体显示设备 手数字化设备 其他交互设备 3．实现VR系统的相关技术 实时显示处理技术 三维虚拟声音 触摸和力反馈技术 三维建模技术 4．虚拟现实建模语言VRML基础知识 VRML语言简介 VRML的编辑器和浏览器 VRML的基础知识 VRML基本的节点介绍
5．设计VRML的虚拟世界 设计故事梗概 创建构件 传感器、事件及路由 动画和脚本 修改与调试 6．实践环节 实验1：VRML编程环境及简单形体创建 实验2：简单的虚拟场景的搭建 实验3：在虚拟场景中实现动态效果 实验4：创建一个实时漫游的虚拟场景 综合测试（考核） 三、教材及主要参考书 1、虚拟现实系统，张茂军，科学出版社，2001 2、虚拟现实技术，申蔚等，北京希望电子出版社，2002，9 四、预修课程 计算机图形学、多媒体技术 五、适用专业、范围 计算机应用技术专业、计算机软件与理论专业
虚拟现实技术在高校教育中的应用
虚拟现实技术在高校教育中的应用 摘要：虚拟现实技术被普遍认为是继计算机技术、网络技术后,在21世纪最有潜力的技术。本文介绍了虚拟现实技术的发展历史及在高校教育中的作用及优势。根据虚拟现实技术具备的特征，分析了虚拟现实技术在高校中的教育应用方向。 关键字：虚拟现实技术；教育应用； 1.引言 随着信息化教育的快速发展，高新技术的应用已经成为了教育领域前进的方向，用以帮助学习者培养自我学习能力以及知识更新能力。而虚拟现实技术是当今国内外最热门的研究领域之一。在教学中使用虚拟现实技术，可以充分调动学习者的思维和感觉器官，对于一些难以接近的教学内容以及难以还原的情景，也可通过虚拟现实技术进行景物内部多方位观察和情境再现。 2.虚拟现实技术概述 虚拟现实, 英文为V irtual Reality, 简称VR。又译作灵境、幻真是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。VR 是指利用三维图形生成技术、多传感交互技术、多媒体技术、人工智能技术、人机接口技术以及高分辨显示技术等高新技术, 生成三维逼真的虚拟环境。提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。同时人与虚拟环境之间可以进行多维信息的交互作用, 用户从定性和定量综合集成的虚拟环境中可以获得对客观世界中客观事物的感性和理性的 认识, 从而深化概念和建构新的构思和创意。 虚拟现实包括多感知性（Multi-Sensory）、沉浸感（Immersion）、交互性（Interactivity）、构想性（Imagination）四个关键特性。它们强调了在虚拟现实环境中人所占据的主导地位。 所谓“多感知性”，是指视觉感知、听觉感知、触觉感知、力觉感知、运动感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。 所谓的“沉浸感”，是指用户在虚拟环境中所体会到的真实感程度。最佳的效果是使用者在体验过程中难辨真假。 所谓的“交互性”，指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度（包括实时性）。 所谓的“构想性”，是指用户在使用虚拟现实系统过程中，结合各类信息及自身的行为，展开想象、联想、推理和逻辑判断等，从而习得更多的知识，达到更深层次的实践锻炼 3. 虚拟现实技术在国内外教育领域的研究现状 VR提出于上个世纪60年代, 但只是在近10年随着计算机技术的快速发展, 才在越来越 多的领域得到了推广应用。美国是从事VR 研究最早、研究范围最广、研究水平最高、相关研究对国家发展贡献最大的国家。目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面[1]。日本也是在当前实用VR 的研究与开发中居于领先地位的国家之一, 主要致力于建立大型VR知识库的研究。 3.1虚拟现实技术在国外教育领域的研究现状 目前在发达国家, VR在教育领域已得到了广泛的应用。早在1985 年, 美国国立医学图书馆(NLM )就开始人体解剖图像数字化研究, 并利用虚拟人体开展虚拟解剖学、虚拟放射学及虚拟内窥镜学等学科的计算机辅助教学；1992年，马克·英格里伯格和洛宾·比得迪提合作创建了一个虚拟物理实验室, 其目标是使它成为具有高度可操作性的实验环境, 以便学
虚拟现实技术行业应用范围
虚拟现实技术行业应用范围 1.城市规划 在城市规划中经常会用到虚拟现实技术，用虚拟现实技术不仅能十分直观的表现虚拟的城市环境，能运用三维GIS地理信息系统来表现直观的三维地形地貌，为城市建设提供可靠的参考数据。而且能很好的模拟各种天气情况下的城市，能了解排水系统，供电系统，道路交通，沟渠湖泊等等。而且能模拟自然灾害的突发情况。对于政府在城市规划的工作中起到了举足轻重的作用。 2.医学 虚拟现实技术在医学领域上的应用主要体现在医学动画上。传统的医学动画仅仅只能在平面、三维的角度展示医学原理、人体结构等。而虚拟现实技术的应用突破了视角的限制，让人能进到“体内”，在人体内漫游，以任意角度观察人体结构。 3.文物保护 虚拟现实技术在文物保护方面也是应用相当广泛的，埃及的金字塔就做过网上的体验中心，运用了全景虚拟技术和三维虚拟技术，而且IBM目前正在运用VR虚拟现实技术对北京故宫进行整个故宫的数字虚拟。届时大家也许可以在网上直接看到数字三维化的故宫。 4.交通 无论是在空中、陆地还是海洋河流的交通规划模拟方面，VR虚拟现实技术都有其得天独厚的优势，不仅仅能用三维GIS技术将各种交通路线表现得十分到位，更能动态模拟各种自然灾害情况。 5.房地产 近几年在房地产的表现和推广应用方面，VR虚拟现实技术被得到越来越多的应用，把虚拟现实和传统的建筑动画、地产动画结合起来，不仅十分完美的表现室内的环境和整个小区的环境，设施。还能表现不存在但即将建成的绿化带，https://www.360docs.net/doc/474412798.html,喷泉，休息区，运动场等等。不仅如此，用户还能在三维的室内空间中自由行走、任意漫游、仔细欣赏小区的每一处风景。大大刺激了浏览者的感受。 6.游戏 对于游戏的开发，目前虚拟现实技术比较适合开发：角色扮演类、动作类、冒险解迷类、竞速赛车类的游戏，其先进的图像引擎丝毫不亚于目前的主流游戏引擎的图像表现效果，而且整合配套的动力学和AI系统更给游戏的开发提供了便利。 7.军事 虚拟现实技术就是诞生于军事应用，在军事应用方面很多，包括：模拟战场，模拟操作，模拟驾驶，模拟装配等等。都需要通过VR技术来实现。而且在相关军事工作汇报中也会有VR技术的支持。 8.家电 家电产品的展示、展览、发布上。运用虚拟现实技术不仅可以完美表现产品的外观，更能将其功能表现的淋漓尽致。而且家电行业产品种类繁多、数量庞大。市场需求量十分大，无论是使用全景虚拟还是视频虚拟还是三维虚拟技术都能在家电行业大有作为。
虚拟现实技术应用在医学手术仿真
虚拟现实技术应用在医学手术仿真 1.前言 目前，VR技术在医学领域中有着广泛的应用，如远程和本地手术、手术计划、医生教育和手术训练、恐惧症和其他心理疾病的治疗、病人康复和技能训练、减轻疼痛等等[1]。它也被用在大规模医学病历的可视化上，以及用在医疗设施的建筑规划上。某些应用在一些发达国家已取得了很大的进步，如在仿真内窥镜、模拟手术、医疗培训和智能决策系统研制等方面，无论是在理论研究还是实际应用方面都取得了相当的成果。在医学手术仿真人体解剖图谱，要求所显示的器官形状、位置、颜色、动态效果非常精确和逼真。这就对图形图像处理技术提出了更高的要求、要涉及到图像分割、图像配准、图像显示、图像形变等一系列技术。由于VR数据量很大，精度要求非常高，并且要动态显示，因此对计算机的速度和存储容量都有很高的要求。当今的计算机技术已经能够生产出功能强大的计算机，为虚拟现实的应用提供了硬件的条件。在VR系统中，为了修改虚拟环境的状态，需要使用各种激励器模拟产生人的各种感觉，再用传感器收集它们的反馈信息，这些信息反映了VR环境的变化。总之在医学仿真训练是虚拟现实技术应用的一个重要领域。 2.当前虚拟医学手术仿真训练的技术难点 随着计算机技术、传感器技术的飞速发展，虚拟医学手术仿真训练的研究在模型实时显示、器官组织纹理的制作、碰撞检测与定位和触觉传感等方面已经取得了一定的进展，并已有个别的成型系统研制成功，但当前虚拟医学手术仿真训练的研究还需解决如下技术难点：1.仿真的逼真性较低，主要原因是虚拟人体组织的精确解剖结构和实时显示算法仍有待改进；2.虚拟组织的各种行为模型的建立还不够完善和真实；3.多通道感觉的缺乏，目前研究大多集中于视觉虚拟，对其他感觉通道如听觉、触觉等较为缺乏，而在医学手术中力的反馈是非常重要的据的融合和复杂模型的LOD 模型优化等技术尚有待发展；4.由于西方人种与黄色人种在生理结构上有一定的差异，国外人体模型并不能完全适应我国的需要。因此，目前还没有适合于我国虚拟手术用的人体模型。
虚拟现实应用技术专业实训课程的教学研究
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/474412798.html, 虚拟现实应用技术专业实训课程的教学研究作者：曾鹏 来源：《学习与科普》2019年第30期 摘要：本文基于笔者的教学实践和相关研究，首先介绍了虚拟现实技术的前景和实训课程出现的问题，然后问题从教学理念、教学方式、教学反馈三个方面，对虚拟现实应用技术专业实训课程的优化进行了研究。 关键词：虚拟现实应用技术专业;实训课程;优化 伴随着我国新一轮产业革命的临近，虚拟现实应用技术也开始逐渐活跃在人们的视野之中。虚拟现实应用技术可供应用的领域非常广泛，在影视、航天、建筑和医学等方面都能得到应用，各个高校顺应产业改革的步伐，也纷纷开始了虚拟现实技术与应用专业的相关课程。本文以虚拟现实应用技术专业实训课程为例，基于产教融合的思想对实训课程加以优化，为虚拟现实应用技术专业的进一步发展提供参考。 一、相关性分析 1.虚拟现实应用技术前景 虚拟现实应用技术也称灵境技术，属于仿真技术的一个前沿方向。虚拟现实应用技术依托电子信息、计算机技术和仿真技术，构造出虚拟环境来给用户以沉浸式的体验，当前最为代表性的虚拟现实技术当属VR眼镜。虚拟现实技术集交互性、沉浸性、自主性、构想性和多感知性于一体，当前各高校纷纷开设了虚拟现实技术专业，旨在为社会培育出高素质的技术型人才。 2.实训课程教学现状 因为虚拟现实应用技术专业开设的时间较为短暂，使得其实训课程在构建时便遇到了许多的问题。首先是资源的引入和整体实训课程缺乏一定的系统性，虚拟现实应用技术专业是一项集多种技术于一体的系统性开发工程，要求岗位工作人员不仅需要掌握相关建模语言的编写，更要掌握插补器和传感器的具体应用，需要完备的开发流程进行整体的规范，部分学校在进行实训课程时采用的是手工作坊式的开发模式，与企业的岗位需求有不小的差距;其次是整体积极性不足，主要表现为企业的积极性和学生的热情不足，使得整体的实训进度达不到预期的目标。企业方面主要是因为需要一线人员的长期参与，同时无法获得足够的短期效益，所以积极性不高，学生方面主要是因为实训课程的难度较大，使得部分学生无法跟上实训课程的进度。 二、专业实训课程教学优化设计 1.教学理念优化
虚拟现实技术及其应用
虚拟现实技术及其应用 学号 姓名 班级 内容摘要：虚拟现实技术的发展史，虚拟现实技术的概念，虚拟现实技术的特征，虚拟现实系统的分类，虚拟现实技术的应用领域，虚拟现实技术的研究现状。 关键词：Virtual Realit系统、计算机、交互性、模拟仿真 一、虚拟现实技术的发展史 虚拟现实技术（Virtual Reality）简称VR技术，是20世纪末逐渐兴起的一门综合性信息技术，融合了数字图像处理、计算机图形学、人工智能、多媒体、传感器、网络以及并行处理等多个信息技术分支的最新发展成果。 1929年，Edward Link设计出用于训练飞行员的模拟器 1956年，Morton Heilig开发出多通道仿真体验系统Sensorama 1965年，Ivan Sutherland发表论文“Ultimate Display”（终极的显示） 1968年，Ivan Sutherland研制成功了带跟踪器的头盔式立体显示器（Head Mounted Display，HMD） 1972年，Nolan Bushnell开发出第一个交互式电子游戏Pong 1977年，Dan Sandin、Tom DeFanti和Rich Sayre研制出第一个数据手套——Sayre Glove 20世纪80年代，美国国家航空航天局（NASA）组织了一系列有关VR技
术的研究：1984年，NASA Ames研究中心的M.McGreevy 和J. Humphries开发出用于火星探测的虚拟环境视觉显示器；1987年，Jim Humphries设计了双目全方位监视器（BOOM）的最早原型。 1990年，在美国达拉斯召开的Siggraph会议上，明确提出VR技术研究的主要内容包括实时三维图形生成技术、多传感器交互技术和高分辨率显示技术，为VR技术的发展确定了研究方向。 从20世纪90年代开始，VR技术的研究热潮也开始向民间的高科技企业转移。著名的VPL公司开发出第一套传感手套命名为“DataGloves”，第一套HMD 命名为“EyePhones”。 进入21世纪后，VR技术更是进入软件高速发展的时期，一些有代表性的VR软件开发系统不断在发展完善，如MultiGen Vega、OpenSceneGraph、Virtools 等。 二、虚拟现实技术的概念 虚拟现实技术是指利用计算机生成一种模拟环境，并通过多种专用设备使用户“投入”到该环境中，实现用户与该环境直接进行自然交互的技术。虚拟现实是一种由计算机和电子技术创造的新世界，是一个看似真实的模拟环境，通过多种传感设备，用户可根据自身的感觉，使用人的自然技能对虚拟世界中的物体进行考察和操作，参与其中的事件，同时提供视、听、触等直观而又自然的实时感知，并使参与者“沉浸”于模拟环境中。 虚拟现实(VirtualReality简称VR)是近年来出现的高新技术。VR是一项综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术传感技术、人工智能等领域。它用计算机生成逼真的三维视听使人作为参与者，通过适当装置自然地对虚拟世界进行体验和交互作用。VR主要有三方面的含义：第一，虚拟现实是借助于计算机生成逼真的实体，“实体”是对于人的感觉(视听触嗅)而言的。第二，用户可以通过人的自然技能与这个环境交互。自然技能是指人的头部转动眼动手势等其他人体的动作。第三，虚拟现实往往要借助于一些三维设备和传感设备来完成交互操作。 虚拟现实技术(VR)主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。感知是指理想的VR应该具有一切人所具有的感知。除计算机图形技术所生成的视觉感知外，还有听觉、触觉、力觉、运动等感知，甚至还包括嗅觉和味觉等，也称为多感知。自然技能是指人的头部转动，眼睛、手势、或其他人体行为动作，由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据，并对用户的输入做出实时响应，并分别反馈到用户的五官。传感设备是指三维交互设备。常用的有立体头盔、数据手套、三维
虚拟现实技术在医学中的应用
【综合】虚拟现实技术在医学中的应用 姜红，王利，张兆臣 （泰山医学院，山东泰安２７１０１６）Ｅ皿盈口互四卫匝丑匠曝中国医疗设备 ［摘要】虚拟现实技术是多学科交叉融合的结晶，目前已经在许多领域得到了广泛应用与快速发展。本文介绍了虚拟现实技术在虚拟手术、远程医疗、康复训练、医学教育与培训等几个方面的应用，并对虚拟现实技术在医学中的应用前景进行了展望。 【关键词】虚拟现实；虚拟手术；远程医疗；康复训练；医学教育 【中图分类号】Ｒ３１９［文献标志码】Ｂ【文章编号］１６７４—１６３３（２００８）０８－－００４９－０４ ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＶｉｒｔｕａｌＲｅａｌｉｔｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＭｅｄｉｃｉｎｅ ＪＩＡＮＧＨｏｎｇ，ＷＡＮＧＬｉ，ＺＨＡＮＧＺｈａｏ－ｃｈｅｎ （ＴａｉｓｈａｎＭｅｄｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅ，Ｔａｉ’鲫Ｓｈａｎｄｏｎｇ２７１０１６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＶｉｒｔｕａｌＲｅａｌｉｔｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅｃｒｙｓｔａｌｏｆｔｈｅｃｒｏｓｓ－ｈｎｋａｎｄａｎｍｌｇａｍａｔｉｏｎｏｆｍａｎｙｓｕｂｊｅｃｔｓ，ｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｕｐｔｉⅡｎｏｗａｎｄｄｏｕｂｌｅ－ｑｕｉｃｋｌｙｄｅｖｅｌｏｐｅｄｉｎｔｈｅｖａｒｉｏｕｓｄｏｍａｉｎｓ．Ｉｎｔｈｅｍ，ｔｈｅａｐｐｈｃａｆｉｏｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＶｉｒｔｕａｌＲｅａｌｉｔｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｈｅｍｅｄｉｃａｌｄｏｍａｉｎｈａｓｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｃｏｍｅｔｏｆｒｏｎｔ．ｎｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅ印ｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｌｏｔｓｏｆｆｉｅｌｄｓ，ｓｕｃｈ弱ｖｉｒｔｕａｌｓｕｒｇｅｒｙ，ｌｏｎｇ－ｄｉｓｔａｎｃｅｍｅｄｉｃａｌｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎａｎｄｅｘｅｒｃｉｔａｔｉｏｎ，ｅｄｕｃａｔｉｏｎａｎｄｔｒａｉｎｉｎｇ，ｅｒｅ，ａｎｄｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈｅｐｒｏｓｐｅｃｔｏｆｔｈｅａｐｐｈｅａｆｉｏｎｏｆＶｉｒｔｕａｌＲｅａｌｉｔｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｈｅｍｅｄｉｃａｌｄｏｍａｉｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙ；ｖｉｒｔｕａｌｓｕｒｇｅｒｙ；ｔｅｌｅ－ｍｅｄｉｃａｌｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｒｅｈａｂｆｉｉｔａｆｉｏｎ；ｍｅｄｉｃａｌｅｄｕｃａｔｉｏｎ ０前言 虚拟现实（ＶｉｒｔｕａｌＲｅａｌｉｔｙ，ＶＲ）是由计算机产生一个集视、听、嗅、触ｆ１１、力、运动觉等感觉于一体的沉浸交互式虚拟环境，操作者借助必要的交互、传感与跟踪、显示设备以人类自然的方式从任何角度与虚拟三维环境中的物体进行交互，产生身临该虚拟环境的感受与体验。该虚拟环境可以是对某一现实领域的模拟，也可以是对某一构想世界的仿真ｆ２Ⅱ，１１４１。可以说，虚拟现实技术是计算机图形学、医学图像处理、可视化技术、软件工程、人机接口技术、传感与测量技术、仿真技术、模式识别、人工智能、分布实时处理技术、网络技术等多学科交叉融合的结晶。虚拟现实技术为人们探索宏观世界、微观世界以及出于种种原因不便于直接观察事物的运动变化规律，提供了极大的便利。迄今为止，已经在航天、军事、通信、医疗、教育、娱乐、建筑、制造业与商业等各个领域得到了广泛应用及快速发展。 １虚拟现实技术在医学中的应用 １．１虚拟手术 收稿日期：２００７—１２－１１ 虚拟手术（ＶｉｒｔｕａｌＳｕｒｇｅｒｙ）系统是专门用来对手术全过程进行仿真的虚拟现实应用系统１５Ｉ，主要包括虚拟建模、医学数据的可视化、人体组织器官的应力形变仿真、传感与反馈、高速图形显示与图像处理等几部分。其中，虚拟建模包 含虚拟环境（场景）的建模及虚拟人体组织、器官甚至血供 等的建模。医学数据的可视化是将ＣＴ、ＭＲＩ及ＰＥＴ等得到 的二维断层数字影像经过图像处理转变为三维立体模型， 并可进行多视角显示，辅助医生对病灶及周围组织器官血 供等情况进行分析【５１。输入设备在使用自由度和空间活动 范围上都应该尽量模拟真实的手术器械，能够实时捕捉操作者的动作并通过传感设备向计算机系统报告，计算机便 会检测虚拟手术器械与研究对象模型间的碰撞，并在符合 切割的条件下进行模型分裂，计算其形变，通过反馈装置将 组织器官血供等形变的反作用力实时力反馈给操作者以便 其实时掌握操作进度及进行下一步操作，与此同时，实时获 得组织器官血供等几何形状及物体性能的改变，进行真实 感的图形绘制并高速显示出来，为操作者提高视觉反馈Ｉｓｌ。这样，虚拟手术系统就在视觉、触觉、力觉等感官上为操作 者提供了手术场景的真实再现。 １．１．１机器人辅助手术系统机器人辅助手术（ＲｏｂｏｔＡｓｓｉｓ—ｔａｎｔＳｕｒｇｅｒｙ，ＲＡＳ）系统，通常被用于微创手术精确定位，同 ４９掰恐岩８期 万方数据