《虚拟现实技术》讲义教案04应用

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1、第四章应用可以用五个准则确定适当的应用领域。⑴对国家的重要性；(2)技术挑战性；(3)短期内的现实性；⑷SE技术有独立作用的领域；(5)适当增加政府支持就可以成功的领域。符合这些准则的领域有：设计制造和销售，医疗和健康，危险操作，训练，教育，信息可视化，远程交往和远程旅行。选定这七个领域并不表示它们才是值得注意的。有不同经历和兴趣的人可能选择不同的领域。这七个领域以外，还有娱乐、艺术和国防。娱乐方面的技术开发不是国家的需要。VE只能提供勉强的艺术表现力。随着接口技术的改进，予计在VE用于艺术上会大大增加。国防的很多任务已包括在其它应用领域。下面简要介绍这些领域。4.1巨疗和康复医学知识

2、库在过去30年以惊人的速度扩展。于是，专业医生也难以跟踪实践的变化，医学大学生和普通人难以吸收在教育中提供的信息。如同其它信息密集学科，计算机和通讯技术有重要作用，它减少对医生和大学生的认知要求，帮助他们管理、过滤和处理多信息源。医学知识技术的下列领域适于由VE、增强现实和遥操作系统处理。(1)各个器官和系统的解剖关系。知道一个器官在另一个器官下面是解剖知识的基础。能漫游人体并看到自然状态的解剖以及各器官和系统互相关系，将促进获取解剖知识。(2)涉及精确运动控制和手眼协调的操作技巧的开发。手术训练器在获取所需技巧上很有用。(3)图象解释。虽然各种图象设备在医学上是普通的，但它们的有效利

3、用依赖着观看者分辨正常和异常图象细小差别的技巧。(4)用遥操作的远程医疗。在外地往往难以会见医疗专家。远程医疗(咨询或远程处治)使专家可在远地工作。遥操作能有效变换医生的感觉运动系统(诊断或手术)，更好地适应工作。4.1.1外科虚拟现实用于外科影响到很多不同领域如教育学生人类解剖学和病理学，新医生的手术过程训练，复杂过程的手术规划，手术中的指导和信息帮助，以及预计手术结果。（1）虚拟现实解剖学训练器改进教学效果的早期工作利用数字射线照片，附带专家系统的2-D（非沉浸的）解剖学模型，或"问题与答案”的教学工具。此后，AdamSoftwareInc.开发了完整的人体解剖模型，这是在PC和M

4、ac计算机上。CD-ROM版本的价格约2700美元。标准的数字人体很快也将在“国家医学实验室”（美国）得到，这是基于它的尸体数据库。“标准人体”将在线安放，为各个医院和大学的班级教学遥远使用o建模3T）人体部位的下一步是内插2T核磁共振图象“切片”。最近的_个例子是脑的模型，这是在Boston的theBrighamandWomenfsHospital和GeneralElectricR&DCenter合作开发的。“一对特殊的眼镜把图象转换成“立体”格式，这使深度的幻觉很真实。利用在计算机上击键，脑子按击键命令旋转。击其它的键，脑的膜被剥离，展示出内部各部分。大脑皮层，灰色物质被剥去，展示

5、出大脑白色物质底层的整个菜花表面。”对真正的“虚拟人体”仿真，需要另外两个特性。一个是沉浸的显示（HMD）,另一个是人体部件的运动和属性建模。这需要肌肉骨骼组合及周围的软硬组织的生物力学模型。这个沉浸的系统是Piper等人为了研究较低级人体生物力学开发的。“可视的人”的更复杂的版本是动态模型,它能说明各个器官和系统在正常或疾病状态怎样运动，它们怎样响应各种外加的力。于是，学生可以看到正常或疾病状态的心脏，并观察胃怎样运动。现在已开发了几个虚拟世界，演示基本解剖学，用作训练仿真器的初步模型。一个是VPL制成的视神经模型。这个模型以三维表示由视网膜到光学脑皮层的视神经路径。人可以通过手势在

6、路径上漫游，观看邻近结构的每一侧。在这种方式中，较少的工作是构造人类思维中的三维图象，较多的工作是学习解剖学关系。第二个模型是Satava创造的腹部初步模型。在这个仿真器中，可以在消化道漫游，参观胆和胰腺。这是由肠道内部描述解剖的唯一的教授工具。它也有利于训练学生作内窥镜检查，并教授腹部结构的解剖关系。基本上说，人可以漫游各器官，体验它们的实际关系。另一个教育工具是增强现实系统，它让用户看到重叠在真实结构上的虚拟信息。看穿的显示让用户看到周围环境，以及在眼镜上显示的图象。波士顿和北卡大学的研究创造了看穿的显示，它利用计算机辅助断层成象扫描（CT）,磁共振成象（MRI）,或超声技术。在北

7、卡大学（UNC）的增强现实研究依据超声图象描述三维的腹部结构。特别是，研究者创造了三维图形并投影在头盔显示（HMD）,重叠在用户看到的腹部。用于怀孕女人的这个程序允许操作者在腹部开个窗口。不切开皮肤就以三维方式看到胎儿。虽然用这个程序看生长中的胎儿受到限制，但这个技术将引起腹部结构可视化。（2）外科手术仿真器外科仿真器初期研究得到了腿部手术和腹部手术的虚拟现实模型。系统是与VPLResearch合作开发的，用两个SGI310VGXIrises,