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【關(guān)鍵詞】 虛擬現(xiàn)實(shí)；人體解剖學(xué)；教學(xué)
虛擬現(xiàn)實(shí)也稱為視覺模擬，是近年來發(fā)展起來的一門跨學(xué)科的綜合集成技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)形成逼真的三維視、聽、觸等感覺，使人作為參與者通過適當(dāng)裝置, 對虛擬世界進(jìn)行體驗(yàn)和交流［1］。傳統(tǒng)的人體解剖學(xué)教學(xué)方法是以課堂教學(xué)為主，再結(jié)合掛圖、模型、標(biāo)本、人體等輔助教學(xué)工具進(jìn)行教學(xué)，并配以尸體解剖來加深學(xué)生的理解。尸體標(biāo)本進(jìn)行解剖是傳統(tǒng)人體解剖學(xué)教學(xué)必不可少的條件，標(biāo)本缺乏嚴(yán)重影響教學(xué)質(zhì)量的提高。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的產(chǎn)生能使學(xué)生在虛擬的人體標(biāo)本上進(jìn)行解剖觀察和學(xué)習(xí)，可緩解尸體標(biāo)本缺乏的狀態(tài)，降低教學(xué)成本，減少危險(xiǎn)性，提高教學(xué)質(zhì)量，彌補(bǔ)教學(xué)條件的不足。
1 虛擬人體標(biāo)本數(shù)據(jù)的獲取和模型的構(gòu)建
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的關(guān)鍵之一是在計(jì)算機(jī)軟件和硬件的支持下，必須有構(gòu)建虛擬場景的數(shù)據(jù)。人體結(jié)構(gòu)和功能極其復(fù)雜，要想在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)對人體結(jié)構(gòu)的精確模擬，首先需要建立基本的人體解剖模型，這是虛擬解剖技術(shù)的前提。數(shù)字化人體研究的開展為構(gòu)建虛擬解剖學(xué)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與相應(yīng)技術(shù)支撐。該研究是將成千上萬條人體斷面數(shù)據(jù)信息在計(jì)算機(jī)里整合重建成人體的三維立體結(jié)構(gòu)圖像，構(gòu)成人體形態(tài)學(xué)信息研究的實(shí)驗(yàn)平臺，建立三維數(shù)字化模型［2］?？梢暬梭w數(shù)據(jù)集提供了完整、連續(xù)、精細(xì)的人體二維解剖圖像，可用于建立三維可視化模型和構(gòu)建虛擬人體解剖模型。使用這種模型，學(xué)生可以在三維空間對人體中感興趣的對象進(jìn)行放大、任意旋轉(zhuǎn)和平移，認(rèn)真細(xì)致的觀察，清楚地了解人體內(nèi)部復(fù)雜的空間關(guān)系。由于模型是數(shù)字化的，可以很方便地對整個(gè)體數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣，使學(xué)生能夠從任意角度、任何剖面觀察人體結(jié)構(gòu)。中國可視人體計(jì)劃自2002年10月完成首例可視化人體數(shù)據(jù)集以來［3］，我們已獲得5例成人(3女, 2男)的可視化數(shù)據(jù)集，整個(gè)數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)量為1 157.23 GB。虛擬人體解剖模型的構(gòu)建解決了目前解剖學(xué)教學(xué)中標(biāo)本緊缺以及標(biāo)本不可重復(fù)使用等缺陷，尤其是和現(xiàn)代教學(xué)中廣泛運(yùn)用的多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教學(xué)、資源共享［4］。
2 虛擬解剖教學(xué)
在建立起虛擬人體標(biāo)本三維模型的基礎(chǔ)上，要實(shí)現(xiàn)虛擬解剖教學(xué)就必須有計(jì)算機(jī)軟件和硬件的支持及提供虛擬的計(jì)算機(jī)界面。在硬件方面，主要是高性能的計(jì)算機(jī)與周邊設(shè)備的組合關(guān)系，表現(xiàn)在更大存儲容量的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備、數(shù)據(jù)中央處理設(shè)備、圖像輸入輸出設(shè)備和人－機(jī)交互設(shè)備等，各組成部分有機(jī)地結(jié)合起來組成協(xié)調(diào)的運(yùn)行系統(tǒng)，以完成虛擬仿真功能。VR軟件系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)中的軟件部分，它包括兩部分：開發(fā)平臺軟件、虛擬現(xiàn)實(shí)投影顯示軟件和系統(tǒng)應(yīng)用軟件。虛擬解剖環(huán)境構(gòu)建完成后，可以為人體解剖學(xué)教學(xué)提供直觀、逼真、形象、方便的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，學(xué)生可以在組織、器官的三維動(dòng)態(tài)人體解剖學(xué)幾何模型上利用專業(yè)的虛擬解剖手術(shù)器械，依據(jù)計(jì)算機(jī)圖像進(jìn)行精確定位，同時(shí)用專業(yè)的力反饋器械和系統(tǒng)來模擬解剖手術(shù)的各種動(dòng)作，并給予模擬解剖操作中的力回饋，使學(xué)生可以感受到人體組織的不同質(zhì)感，還可以選擇任一人體組織結(jié)構(gòu)的三維模型，并將其從數(shù)字化虛擬人體中獨(dú)立出來，再對其進(jìn)行更精細(xì)的觀察。應(yīng)用動(dòng)畫技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在血管、氣管中或在心室間漫游，還可以應(yīng)用虛擬內(nèi)窺鏡對中耳、內(nèi)耳結(jié)構(gòu)以及胃腸道結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維立體顯示。在虛擬解剖過程中，學(xué)生可以反復(fù)進(jìn)行復(fù)習(xí)和訓(xùn)練。由于多媒體網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)用，學(xué)生們還可以隨時(shí)運(yùn)用個(gè)人電腦進(jìn)行簡單的虛擬解剖，不需一起來到解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行學(xué)習(xí)，既可方便老師、學(xué)生，又可節(jié)約寶貴的尸體標(biāo)本，也減少了器械消耗。
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展將對傳統(tǒng)解剖學(xué)教學(xué)手段和教學(xué)方法產(chǎn)生深刻的影響，有利于提高教學(xué)質(zhì)量，拓展教學(xué)思路。目前，國內(nèi)尚無真正運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的人體解剖學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，本研究所目前正進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境建設(shè)，在可視化人體數(shù)據(jù)集和計(jì)算機(jī)三維模型的基礎(chǔ)上，構(gòu)建數(shù)字化人體解剖教學(xué)系統(tǒng)。
【參考文獻(xiàn)】
［1］ 孫秀偉，閻 麗，李彥鋒. 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(VR)在醫(yī)療中的應(yīng)用展望［J］. 醫(yī)療保健器具, 2007, 9(5): 17-20.
［2］ 劉樹偉，張紹祥，吳得昌，等. 斷層影像解剖學(xué)的現(xiàn)狀與未來［J］.中國臨床解剖學(xué)雜志, 1997, 15(1):1-3.
［3］ Zhang SX, Heng PA, Liu ZJ, et al. Chinese visible human project［J］. Clin Anat, 2006, 19:204-215.
［4］ 譚立文，李振強(qiáng)，張 偉.解剖學(xué)多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的組建［J］. 解剖學(xué)雜志, 2003, 26(2): 200-201. |
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