计算机虚拟仿真技术在医学教学中的应用

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1、计算机虚拟仿真技术在医学教学中的应用王文军李冰安川林The Application of computer virtual simulation in medical teaching摘要：虚拟仿真技术已成为教育技术家族的新成员，本文主要介绍了虚拟仿真三维互动平台的组成及工作原理、在医学教育领域的应用，探讨在医学教育领域应用的意义。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 关键词：三维互动虚拟仿真Keywords: three-dimensional, interactive, virtual simulati

3、on[中图分类号]：G434[文献标识码]：A[文章编号]：虚拟仿真技术（VirtualReality,简称VR）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，不仅仅局限于对实景物体的再现，它更多的被应用在超现实的画面的再现，比如近几年中在好莱坞特技影片中出现的蜘蛛人，盗墓迷城中的死神军队等，即是使用了VR技术中的预渲染（pre-render）技术得到的画面效果。这些画面是使用传统技术无法拍摄，或拍摄成本极高的。另一个

4、VR技术带来的飞越，在于VR技术强大交互性，通过特殊的操作手段，观看者将和画面中的物体产生一定程度的互动，例如可以通过控制器，拿起或者放下画面中的物体。简单的说，VR技术在目前就是通过对视觉，听觉的模拟再现来使人产生处于实景当中的感觉。（目前报道已经有触觉模拟的系统，但相对来讲，离现实应用仍有很大的距离）。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，特别是在建筑、军事、航空航天、工业设计、考古等方面，发展尤其迅速。如果将虚拟现实技术，成功的引进到医学教育的领域，将会

5、有着非常广阔的前景。1．计算机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（TheVirtualStudioSystem，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，消除了摄象机不能与背景同步运动的致命弱点，做到真实的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。一般来说，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5员在一间蓝色屏幕代替的真实背景里进行现

6、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。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

7、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的过程。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 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zoom；聚焦focus；光圈zris），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是至关重要的，它可直接影

8、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，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